沥表路面就地冷再生技术深入研究

摘要

针对我国公路主要型式为半刚性基层沥青路面及其破坏类型,乳化沥青就地冷再生技术(coldin-place recycling,CIR)可作为沥青路面养护维修、升级方式之一,与传统的沥青路面大中修方式相比,能够节约原材料,提高旧路等级,缩短工期,交通影响小,节省成本；同时循环利用废料、保护环境,并彻底消除原沥青路面面层的拥包、车辙和松散等病害。
　　 首先,基于表面活性剂技术分析沥青乳化机理、乳化沥青制备机理、稳定机理和破乳机理。针对不同的旧料(reclaimed asphalt pavement,RAP),采用不同的配方制备就地冷再生用乳化沥青；拌和试验用于评价乳化沥青是否满足就地冷再生使用要求。基于工程项目的实施,提出用于就地冷再生的乳化沥青指标和标准。
　　 其次,选择某一沥青路面的旧料,根据宏观性能试验确定最佳水泥用量和最佳乳化沥青用量；根据最佳材料用量成型水泥、乳化沥青和乳化沥青-水泥冷再生混合料,扫描电镜测试三种再生混合料的微观结构形貌,并进行界面状态分析；定性分析表明水泥添加剂中可加速乳化沥青破乳,提高早期强度,“加筋”作用和提高沥青与RAP粘附性等作用机理。老化模拟试验和微观模型的有限元分析结果表明RAP中老化沥青层可减少应力或应变集中,在集料和新沥青层之间作为缓冲层或应力吸收层,可避免材料劲度突变,提高乳化沥青冷再生混合料的路用性能。
　　 然后,对再生混合料的动态模量参数进行了全面的分析研究,方差分析结果表明添加新粗料或水泥均能提高再生混合料在高温(或低频)条件下的动态模量。Witczak模型和Hirsch模型进行再生混合料动态模量预估,评价各自模型适应性及发展校正模型。结果表明Witczak模型适用于不添加水泥和新料的再生混合料,Hirsch模型和对添加水泥的再生混合料具有较好的预测结果。通过规划求解函数、引入沥青粘度或复数剪切模量调整系数得到校正模型。动态模量和相位角主曲线分析结果表明加入水泥可降低再生混合料的粘性性质,提高其弹性性质,表现为添加水泥可提高再生混合料的高温性能,与微观界面分析结果一致。相同温度下抗压模量对应于动态模量主曲线上某一频率,建立动态模量与抗压模量的互相关系。基于间接拉伸试验结果,拟合得到再生混合料的劲度模量预估方程和疲劳方程,结果表明水泥可以提高再生混合料的劲度模量和低应力水平下的疲劳寿命,与动态模量试验参数损耗因子分析结果相一致。
　　 最后,基于旧路路况调查结果,确定适合就地冷再生的旧路状况评价指标与标准。针对不同交通等级的旧半刚性基层沥青路面,通过弯沉指标确定用作面层的就地冷再生结构设计方案。基于就地冷再生路段的实施,提出乳化沥青就地冷再生混合料设计方法、性能评价指标与标准；同时,基于伪逆方法分析了RAP旧集料形态对再生混合料强度性能的敏感性.工程实践表明就地冷再生层在3年使用过程中结构强度逐步增长,再生路面具有较好的抗车辙、抗裂和抗水损等性能。
　　 技术环境经济分析结果表明沥青路面就地冷再生技术相对于铣刨加铺方案可以降低初始修建成本、减少有害气体排放和节省新石料；同时,寿命周期成本分析(life-cycle cost analysis,LCCA)结果表明再生路面50年使用周期内具有更优的成本效益。沥青路面就地冷再生技术满足“资源节约、节能减排、环境友好”的交通可持续发展要求.