沥青路面水泥乳化沥青再生半柔性高强混合料应用技术指南.docx
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沥青路面水泥乳化沥青再生半柔性高强混合料应用技术指南
水泥-乳化沥青
半柔性高强混合料应用技术指南
(试用版)
2008-03-28
前言
80年代后期,随着高速公路、城市快速主干道出现,重车荷载轴重和行车速度从量变发展到质变,传统半刚性基层强度虽较柔性基层有所提高,但雨后由沥青面层渗入基层水在高速重轮作用下形成动水压力,使三渣基层发生翻浆松散,致沥青面层损坏,而采用水稳性较三渣好水泥稳定碎石基层易产生收缩裂缝,反射至沥青面层后仍易导致沥青面层损坏。
为了改变这种现象,引进了水泥—乳化沥青半柔性混合料新型基层和中下面层材料。
水泥—乳化沥青半柔性混合料最初是由法国、荷兰发明,在90年代初期,他们将二种胶结料同时将集料粘结在一起,一种是完全刚性水泥,一种是完全柔性乳化沥青,这种混合料兼有半刚性和柔性优点,它和柔性材料相比其温度敏感性低,后期强度高;和刚性材料相比,它不产生收缩裂缝;早强、工期短。
实施这种混合料关键技术是应用一种微膨胀专用乳化沥青,它遇到水泥后,不会像一般乳化沥青那样立即破乳,而能保持一段时间,能和水泥和骨料充分混合,发生化学反应,然后再破乳并和水泥一起形成半柔性胶结料,且初始强度形成快,后期强度仍和时俱增。
这种混合料生产工艺可以进行工厂冷拌制,也可进行现场冷再生,即应用冷再生机械在现场完成开挖铣铇、破碎、加料、拌和、摊铺、初压等一系列施工环节,具有节能环保优点,此外在现有水泥路面上加铺这种混合料和沥青面层,形成从刚性→半柔性→柔性新型白加黑路面结构,还具有应力吸收层作用,较传统白加黑结构从刚性→柔性更有利于避免和减缓反射裂缝出现。
近年来,法、荷兰、瑞士、日本、波兰、东南亚等国家已大量应用。
国内广东、河北等高等级公路也已推广应用。
为了克服上海半刚性基层弊端,在上海公路推广应用时,规范施工工艺特制定本指南,希在进一步扩大使用中,总结提高,以便上升为地方行业规程。
1.总则
1.01水泥—乳化沥青半柔性高强混合料是由水泥、水、微膨胀专用乳化沥青和集料组成介于水泥稳定和沥青砼之间新型道路建筑材料,为了规范这种材料施工工艺,保证施工质量,充分发挥其优良性能,特制定本指南。
1.02适用范围
本指南适用于各级公路加固改建和新建工程中基层和中下面层,其他城市道路也可参照执行。
1.03基本要求
1、应用水泥—乳化沥青半柔性混合料施工前,应结合工期、交通组织、现场周边环境情况编写详细施工作业计划和施工组织设计。
2、施工过程中,应贯彻安全生产、文明施工方针,严格执行安全操作规程,确保安全生产。
3、施工过程中应有质量监理。
并做好工程质量检验和验收工作。
4、沥青路面实验检测实验室应通过认证,取得相应资质,试验人员持证上岗,仪器设备必须检定合格。
1.04相关标准
水泥—乳化沥青半柔性混合料施工除执行本指南外,还应符合国家、交通部及本市相关标准规定。
2.原材料技术要求
2.01矿料
厂拌新混合料矿料应符合《沥青混凝土施工技术规范》(JTGF40-2004)规定矿料技术要求。
对于再生路面结构矿料不作具体规定,但经过再生试拌(或掺入必要新料)混合料须满足混合料技术指标要求。
厂拌新混合料中矿料技术要求如下:
(1)粗集料
粗集料应采用石质坚硬、清洁,不含风化颗粒、近立方体颗粒碎石。
宜采用反击式破碎机轧制而成,严格控制细长扁平颗粒含量。
粗集料根据使用公路等级以及使用层位,仍可参照热拌沥青混合料要求(表1)执行。
表1水泥-乳化沥青混合料用粗集料质量技术要求
指标
高速公路、一级公路
其它等级公路
试验方法
石料压碎值,%
≤28
≤30
T0316
洛杉矶磨耗值,%
≤30
≤35
T0317
表观相对密度
≥2.50
≥2.45
T0304
吸水率,%
≤3.0
≤3.0
T0304
坚固性,%
≤12
—
T0314
和沥青粘附性
—
—
T0616
不小于4
不小于4
T0663
针片状颗粒含量,%
≤18
≤20
T0312
其中粒径大于9.5mm,%
≤15
—
其中粒径小于9.5mm,%
≤20
—
<0.075mm颗粒含量(水洗法),%
≤1
≤1
T0310
软石含量,%
≤5
≤5
T0320
(2)细集料
应采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当颗粒级配。
对砂当量以及小于0.075mm部分含量要加以严格控制,建议将小于0.075mm部分控制在12.5%以下。
具体技术要求可参照表2、表3要求。
表2水泥-乳化沥青混合料用细集料质量技术要求
项目
高速公路、一级公路
其它等级公路
试验方法
表观相对密度
≥2.50
≥2.45
T0328
坚固性(>0.3mm部分),%
≥12
—
T0340
含泥量,%
≤3
≤5
T0333
砂当量,%
≥60
≥50
T0334
亚甲蓝值,g/kg
≤25
—
T0346
棱角性(流动时间),s
≥30
—
T0345
表3水泥-乳化沥青混合料用石屑或机制砂规格
规格
公称粒径
(mm)
水洗法通过各筛孔质量百分率(%)
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
S15
0~5
100
90~100
60~90
40~75
20~55
7~40
2~20
0~10
S16
0~3
—
100
80~100
50~80
25~60
8~45
0~25
0~15
(3)填料
填料应当采用石灰岩矿粉,矿粉必须干燥、清洁。
表4水泥-乳化沥青面层矿粉质量技术要求
项目
高速公路、一级公路
其它等级公路
试验方法
表观相对密度
≥2.50
≥2.45
T0352
含水量,%
≤1
≤1
T0103烘干法
粒度范围<0.6mm
100
100
T0351
<0.15mm
90~100
90~100
<0.075mm
75~100
70~100
外观
无团粒结块
—
亲水系数
<1
T0353
塑性指数
<4
T0354
热安定性
实测记录
T0355
2.02微膨胀专用乳化沥青
微膨胀专用乳化沥青主要技术性能如下:
表5微膨胀专用乳化沥青技术指标
项目
质量指标
试验方法
可由厂方提供
监理方复测
破乳速度不小于
6h
T0658
√
粒子电荷
正
T0653
√
筛上剩余量(1.18mm筛),%不大于
0.1
T0652
√
恩氏黏度E25
2~30
T0622
√
和粗粒式、细粒式集料拌合试验
均匀
T0659
√
水泥拌和试验筛上剩余%不大于
2
T0657
√
蒸发残留物性质
蒸发残留物,%不小于
56
T0651
√
针入度(25℃,100g)1/10mm
45~150
T0604
√
延度(15℃),cm不小于
40
T0605
√
溶解度(三氯乙烯),%不小于
97.5
T0607
√
储存稳定性%
1d不大于
1
T0655
√
5d不大于
5
T0655
√
2.03水泥
水泥可采用常规水泥,优先采用道路硅酸盐水泥,在没有道路硅酸盐水泥情况下,可采用425硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
2.04水
饮用水可直接作为混凝土搅拌和养生用水。
对水质有疑问时,应检验下列指标,合格者方可使用。
(1)硫酸盐含量(按SO42-计)小于0.0027mg/mm3。
(2)含盐量不得超过0.005mg/mm3。
(3)PH不得小于4.0
不得含有油污、泥和其他有害杂质。
3.水泥-乳化沥青半柔性混合料配合比设计
3.01混合料级配
(1)级配标准
水泥-乳化半柔性混合料级配可采用我国公路沥青路面施工技术规范中AC-20C、AC-25C或ATB-30。
三种级配如表6所列。
当使用再生集料时,需要根据再生集料级配状况以及粒径大小选择合适级配。
表6水泥-乳化沥青混合料级配
级配
类型
通过以下筛孔(mm)质量百分率(%)
37.5
31.5
26.5
19.0
16.0
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-20C
100
90~100
78~92
62~80
50~72
26~56
16~44
12~33
8~24
5~17
4~13
3~
7
AC-25C
100
90~100
75~90
65~83
57~76
45~65
24~52
16~42
12~33
8~24
5~17
4~13
3
~7
ATB30
100
90~
100
70~
90
53~
72
44~
66
39~
60
31~
51
20~
40
15~
32
10~
25
8~
18
5~
14
3~
10
2~
6
(2)级配设计建议
沥青混合料矿料级配应应满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40——2004)要求。
混合料级配选择可根据结构层要求,以及原材料具体情况作出选择,对于再生沥青面层材料,面层骨料相对于基层骨料稍细,一般可以选择AC-20C、AC-25C,对于再生基层混合料和破碎水泥混凝土板,一般采用公称粒径稍大级配,一般可选择AC-25C、ATB-30。
级配设计需按照级配曲线中值进行设计,级配曲线应连续光滑。
在具体设计中,需根据所用集料级配状况,如再生集料级配特点,级配设计范围,混合料性能进行级配调整。
为了配制出连续光滑级配曲线,根据集料实际级配状况,对于不能很好得满足设计级配要求集料,建议采用多档集料进行组配。
特别是细集料,往往采用一档难于达到级配设计要求,可采用多档集料。
对于再生集料,需要通过添加新集料办法改善混合料级配状况。
例如采用再生沥青混合料为集料,集料中细集料含量往往不能满足要求,首先需要了解原混合料级配状况,沥青含量、沥青老化状况等指标。
根据级配实际状况,向再生集料中添加适当比例细集料。
3.02混合料目标配合比设计
水泥-乳化沥青半柔性混合料设计内容包括专用乳化沥青用量确定,液体用量确定(或用水量确定),水泥用量确定。
(1)水泥-乳化沥青半柔性混合料配合比设计
水泥-乳化沥青半柔性混合料,既具有沥青稳定类性质,又具有水泥稳定类性质,但乳化沥青为混合料主要胶结料,因此在评价性能时,应当以沥青稳定类材料设计、试验方法和标准为主,同时兼顾水泥稳定类材料设计、试验方法和标准。
设计方法采用修正马歇尔方法,即在试验过程中按照马歇尔试件成型,按照马歇尔实验方法和半刚性材料试验方法分别进行指标验证。
半柔性混合料评价标准通过马歇尔稳定度、劈裂强度、水稳定性、无侧限抗压强度各指标进行综合评定。
最后通过实验确定最佳乳化沥青用量、用水量和水泥用量。
a.微膨胀专用乳化沥青用量
微膨胀专用乳化沥青作为混合料主要胶结料,设计时应作为主要变量讨论。
要求成型养生后混合料满足表7各指标要求:
表7水泥-乳化沥青再生混合料试验技术标准
测试指标
目标值
试件尺寸
Φ101.6mm×63.5mm
击实次数(双面)
75
养生标准
40℃,72h
劈裂强度/kPa
干燥(72h,25℃)
≥200
浸水(72h,25℃)
≥150
劈裂强度比/%
>75
马歇尔稳定度/kN
≥4(72h)
无侧限抗压强度(7天)/MPa
>1.4
无侧限抗压强度养生7天,第一天不脱模在40℃烘箱中养生24h,脱模后在室温25℃条件下养生6天。
在确定乳化沥青用量时,主要通过马歇尔稳定度和劈裂强度两项指标进行控制,乳化沥青用量一般在2~6%。
b.用水量
用水量以及液体用量对混合料流动性和施工和易性有着显著影响。
用水量小,混合料拌合困难,难于压实,也不利于乳化沥青在集料表面上分散;用水量过多,易产生粗细集料离析,以及乳液跑浆。
用水量通常采用经验法确定,即试拌观察确定,一般用水量为集料总重量2~5%,具体需根据拌合试验试拌情况而定。
c.水泥用量
添加水泥利于调节乳化沥青破乳以及凝结速度,对乳化沥青混合料强度起到了早强作用,利于快速开放交通。
确定水泥用量时,主要通过无侧限抗压强度(表7)这一指标进行控制。
但也不宜一味强调抗压强度,当水泥用量较多时,超过3%,易引发混合料收缩裂缝等问题。
当水泥用量较少时,低于1%,水泥将不能起到有效加筋作用。
根据以往工程经验,水泥用量一般为2~3%,通常采用2%经验标准。
(2)水泥-乳化沥青半柔性混合料性能检验
当完成水泥-乳化沥青再生混合料以上各指标设计后,还需要对混合料做水稳性检验,参照表7相应要求执行。
(3)混合料目标配合比确定
不论是在混合料初步设计阶段,还是性能检验阶段,如果混合料各项指标不能满足表7相应指标要求,就需要重新进行设计。
通过混合料初步设计和性能检验,最终确定水泥-乳化沥青半柔性混合料目标配合比,以作为生产配合比依据。
3.03混合料在路面结构中应用
根据水泥-乳化沥青半柔性混合料材料性质特点,一般用于结构层基层、中、下面层,而不直接用于面层。
在层和层之间需要喷洒粘层油。
对于存在病害沥青路面,可以直接进行现场再生。
将其用于水泥混凝土路面加铺层过渡层,但在水泥混凝土板上摊铺水泥-乳化沥青半柔性混合料之前,需要修复水泥混凝土板各种病害,并在其上喷洒粘层油,以防止碾压时混合料推移。
4.生产
4.01水泥-乳化沥青半柔性混合料生产分为厂拌和就地拌制两种形式。
厂拌对于新集料和再生集料均适用。
就地拌制主要针对再生料。
不论哪一种生产方式,都应根据材料实际状况按照水泥-乳化沥青半柔性混合料确定目标配合比进行调整,使之满足表7标准。
4.02对于生产不含再生料或者使用少量再生料水泥-乳化沥青半柔性混合料,采用厂拌方法较为适宜。
其生产设备,可以采用沥青混合料拌合楼或者半刚性材料连续式拌合机设备,均为常温生产。
4.03对于生产以再生料为主水泥-乳化沥青半柔性混合料,采用现场拌合方法较为适宜。
可采用德国维特根公司生产就地冷再生机进行生产。
该设备能够一气完成边破碎、边拌合、边摊铺、边整平工作。
具有快速机械化施工优点。
4.04对于砼路面再生,需先进行砼路面破碎和整平后,再用就地冷再生机进行生产。
5.施工
沥青路面施工必须根据工地现场情况编制施工组织设计,并保证合理施工工期。
5.01水泥-乳化沥青半柔性混合料摊铺
1厂拌混合料摊铺
水泥-乳化沥青半柔性混合料摊铺采用沥青摊铺机进行摊铺。
(1)水泥-乳化沥青半柔性混合料摊铺气温不得低于5℃,如果在摊铺中遇雨应停止摊铺,防止乳液流失。
禁止在雨天天气下施工。
建议在天气晴朗,温度适宜条件下摊铺;
(2)摊铺机必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,不得随意变换速度或中途停顿,以提高平整度、减少混合料离析。
摊铺速度宜控制在2~5m/min范围内。
当发现混合料出现明显离析、波浪、拖痕时,应分析原因,予以消除;
(3)摊铺机应采用自动找平方式,用钢丝绳引导高程控制方式;
(4)沥青混合料集料最大粒径和摊铺层厚度相平匹配。
单层厚度不宜小于集料公称尺寸2~3倍,以减少离析,便于压实。
如发现有超大粒经粗集料,应当进行人工清除。
(5)沥青混合料松铺系数应根据混合料类型试铺试压确定。
摊铺过程中应随时检查摊铺层厚度及路拱、横坡,并按《公路沥青路面施工技术规范》方法由使用混合料总量和面积校验平均厚度。
一般松铺系数在1.2~1.3。
2就地拌合摊铺
对于沥青路面,可以采用维特根就地冷再生机进行就地破碎,就地拌合,就地摊铺。
就地冷再生设备需要根据再生深度要求选择不同设备,最大再生深度可达30cm。
对于已经破碎集料,例如现场破碎水泥混凝土路面,在使用就地冷再生设备拌合摊铺前,需要将破碎石料先用平地机、压路机整平碾压后,才能进行再生机、乳化沥青罐车、洒水车等机械作业。
5.02水泥-乳化沥青半柔性混合料碾压
水泥-乳化沥青半柔性混合料碾压遍数应通过试验段确定。
既要满足压实度,又不能造成过压推移现象,一般参照下表进行。
表8水泥-乳化沥青半柔性混合料碾压参数
摊铺厚度
/cm
初压
复压
终压
压路机
遍数
压路机
遍数
压路机
遍数
10
轻型
2~3
振动
静1振2~4
20t轮胎压路机或钢轮压路机
2~3
15
中型
振动
2~3
22
重型
强振动
2~3
由于乳化沥青混合料初期强度较低,为防止产生推挤,碾压时,必须注意控制压路机行进速度。
一般采用1.5~1.7km/h行进速度进行控制;
碾压分三阶段进行,第一阶段初压不加振动,以防止乳液被流失。
碾压由边缘向中间,并注意错轴宽度且不漏压;第二阶段,采用高频率低振幅模式碾压;第三阶段,使用轮胎压路机或钢轮压路机碾压,原则同前。
碾压至没有轮迹出现为止。
碾压总遍数根据压实度控制和调整,直至达到规定压实度。
现场通过灌砂法测定压实度,压实度达到规范规定数值。
当压实过程中有推移现象时,应停止碾压,待凉晒一段时间,水分基本蒸发后,经复压到压实为止。
5.03交叉口、厂区接口、纵横施工缝处理
在交叉口地段无法避免车辆转弯,行驶和横向交通穿越时,可适当铺宽0.7~1.0m,待今后挖除后重建,或设置带有斜坡模板以利开放交通。
厂区接口地段处理可参照执行。
当道路横断面无中央分隔带,施工时宜在分幅施工纵向设置有支撑模板,先将其固定,模板板面垂直于路面,然后再摊铺碾压。
横向施工缝路段可参照执行。
继续摊铺时,需在施工缝处喷洒粘层油。
6.养生和开放交通
6.01经检测合格后,进入养生阶段。
养生时间至水泥-乳化沥青半柔性混合料表面完全干燥为止。
若天气干燥、平均气温高于20℃,宜养生24小时。
若天气潮湿,平均气温低于7℃,应养生3~5天,视实际情况现场确定。
当环境介于两者之间,可酌情处理。
6.02在初步开放交通时,建议对行车速度进行限制:
车速不得超过40km/h。
禁止重车、超载车辆通行。
指导通行车辆匀速慢行,禁止紧急制动、加速启动以及车辆转弯和扭转。
7.质量验收
7.01测定现场压实度,要求实测密度不小于实验室标准密度96%,最大理论密度92%。
7.02混合料生产取样,每生产500吨抽检一次,并进行实验室养生测试,要求混合料各项指标不低于表7规定要求。
其它验收标准按《公路工程质量检验评定标准》(JTGF80/1-2004)执行。
8.摊铺面层
在符合开放交通条件表面干燥后方可进行面层摊铺。
摊铺面层前,需要清扫基层表面松散浮粒,喷洒粘层油。
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