水泥为添加剂的沥青路面冷再生技术的研究
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摘要
随着我国公路建设事业的发展，虽然目前仍然处于建设的高峰期，但是一批早期修建的地方道路和高速公路已经相继进入了养护和改、扩建阶段。在这一时期将会产生大量的废旧沥青路面材料，而这些材料是可以再生利用的资源，如果废弃，不仅会造成浪费，同时也会污染环境。废旧沥青路面材料是路面废料的一种，其再生利用技术在发达国家已经相当成熟，并得到了广泛的应用，而我国在这方面尚处于起步阶段。本文主要是研究利用水泥为添加剂稳定废旧沥青路面材料修筑路面基层和底基层的可行性与技术问题。
利用水泥处治废旧沥青路面材料属于沥青路面冷再生的范畴，其再生机理是将加工破碎的废料(包括废旧的沥青混合料和部分灰土基层)重新利用，经过水泥进一步的稳定作用，形成与水泥稳定级配粒料类似的基层和底基层材料。
本文设计了一系列室内试验，分别对原材料和再生混合料的物理力学性能进行了研究。初步对再生混合料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量和劈裂强度等主要力学指标进行了分析评定，总结了其强度性能与刚度性能随水泥剂量、旧路面与灰土比例和养生龄期的变化规律，并建立了各指标之间的相互联系；此外对再生混合料的水稳定性、抗冻性、干缩特性、温缩特性和疲劳特性也进行了试验分析；在上述研究的基础上还探讨了原材料性质对再生混合料性能的影响。本文所提出的再生混合料设计参数以及疲劳试验研究结果，可以供设计、生产和进一步研究工作参考。
文章最后介绍了沥青路面冷再生的设计和施工方法，结合实体工程综合评价了再生混合料的使用性能。研究结果表明，以水泥为添加剂的沥青路面冷再生技术是一种非常适宜的道路维修改造方式，应该在沥青路面大中修工程中，尤其是缺乏砂石材料的地区推广应用。
Though the highway construction is at the rush period presently in our country, some local roads and freeways should be maintained and reconstructed in succession. As a result, a mass of old pavement materials will be produced. These materials should be recycled instead of being discarded for fear of environment pollution. The old asphalt mixture is also one of them. Its recycling technique has been applied extensively in some developed countries and is just come into use in our country. This paper primary investigates the feasibility and technique of cement stabilized recycled asphalt mixture using in base and subbase course.
The old asphalt mixture being dealt with cement is a cold in-place recycling method. The mechanism is that the crushed asphalt mixture and lime soil are reused and is stabilized by cement additive. So the material can be applied in base and subbase course such as cement stabilized aggregate.
The physical and mechanical properties of the raw materials and the recycled mixture are studied respectively in this paper by means of indoor experiments. The primary mechanical indexes of the recycled mixture are tested, including the unconfined compressive strength, the resilient modulus and the cleavage strength. The changing laws of these indexes are related to the cement content, the ratio of old asphalt mixture to lime soil and the aged-period. And the relationship of each index is established. Furthermore, the water-resisting property, the frost resisting property, the dry shrinkage property, temperature contraction property and fatigue property are investigated. On the basis of the above-mentioned research, the effect of the raw materials towards the recycled mixture is analyzed. The design parameters and the fatigue test result given in this paper can be available in design, engineering as well in further research.
The designing and constructing technics are also developed in this paper and the engineering performance of the recycled mixture used in highway entity pavement is comprehensively evaluated. The research indicates that cold in-place recycling of the old asphalt mixture is a favorable method for highway maintenance and reconstruction and especially should be applied in the region where is scarce of aggregate.
利用水泥处治废旧沥青路面材料属于沥青路面冷再生的范畴，其再生机理是将加工破碎的废料(包括废旧的沥青混合料和部分灰土基层)重新利用，经过水泥进一步的稳定作用，形成与水泥稳定级配粒料类似的基层和底基层材料。
本文设计了一系列室内试验，分别对原材料和再生混合料的物理力学性能进行了研究。初步对再生混合料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量和劈裂强度等主要力学指标进行了分析评定，总结了其强度性能与刚度性能随水泥剂量、旧路面与灰土比例和养生龄期的变化规律，并建立了各指标之间的相互联系；此外对再生混合料的水稳定性、抗冻性、干缩特性、温缩特性和疲劳特性也进行了试验分析；在上述研究的基础上还探讨了原材料性质对再生混合料性能的影响。本文所提出的再生混合料设计参数以及疲劳试验研究结果，可以供设计、生产和进一步研究工作参考。
文章最后介绍了沥青路面冷再生的设计和施工方法，结合实体工程综合评价了再生混合料的使用性能。研究结果表明，以水泥为添加剂的沥青路面冷再生技术是一种非常适宜的道路维修改造方式，应该在沥青路面大中修工程中，尤其是缺乏砂石材料的地区推广应用。
Though the highway construction is at the rush period presently in our country, some local roads and freeways should be maintained and reconstructed in succession. As a result, a mass of old pavement materials will be produced. These materials should be recycled instead of being discarded for fear of environment pollution. The old asphalt mixture is also one of them. Its recycling technique has been applied extensively in some developed countries and is just come into use in our country. This paper primary investigates the feasibility and technique of cement stabilized recycled asphalt mixture using in base and subbase course.
The old asphalt mixture being dealt with cement is a cold in-place recycling method. The mechanism is that the crushed asphalt mixture and lime soil are reused and is stabilized by cement additive. So the material can be applied in base and subbase course such as cement stabilized aggregate.
The physical and mechanical properties of the raw materials and the recycled mixture are studied respectively in this paper by means of indoor experiments. The primary mechanical indexes of the recycled mixture are tested, including the unconfined compressive strength, the resilient modulus and the cleavage strength. The changing laws of these indexes are related to the cement content, the ratio of old asphalt mixture to lime soil and the aged-period. And the relationship of each index is established. Furthermore, the water-resisting property, the frost resisting property, the dry shrinkage property, temperature contraction property and fatigue property are investigated. On the basis of the above-mentioned research, the effect of the raw materials towards the recycled mixture is analyzed. The design parameters and the fatigue test result given in this paper can be available in design, engineering as well in further research.
The designing and constructing technics are also developed in this paper and the engineering performance of the recycled mixture used in highway entity pavement is comprehensively evaluated. The research indicates that cold in-place recycling of the old asphalt mixture is a favorable method for highway maintenance and reconstruction and especially should be applied in the region where is scarce of aggregate.
引文
[1] 沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防．北京：人民交通出版社，2001：380～385
[2] 钟江，熊宝恒．就地冷再生技术在中国的应用．筑路机械与施工机械化．2000，(3)：23～24
[3] 赵文光．道路的就地冷再生．筑路机械与施工机械化．1997，第14卷(总第67期)：31～32
[4] 吕伟民，严家汲．沥青路面再生技术．北京：人民交通出版社，1989：1～11，201211，223～229
[5] J.A.Epps. Guidelines for Recycling Asphalt Pavements. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1980: 139～154
[6] 日本道路协会．日本路面废料再生利用技术指南．王元勋，张文魁译．北京：人民交通出版社，1990：25～27
[7] Blumer M. Recycling aus der Sicht der Bemessung. Strasse und Verkehr. 1992, (7): 25～36
[8] Huffman, J.E. Update on Asphalt Concrete Recycling, Reclamation. Better roads. 1998, (7): 19～22
[9] 赵文光．国外道路就地冷再生机械．筑路机械与施工机械化．1999，(2)：20～21
[10] 高伯翔，王海燕，杜二鹏等．沥青路面冷再生基层、底基层技术的研究报告．2001：3～4
[11] 吕伟民，葛荣滦．冷法再生沥青路面结构与工艺的研究．华东公路．1994，(5)：71～75
[12] 张晋炮．沥青路面就地再生施工机械．筑路机械与施工机械化．1997，(3)：9～12
[13] 沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面．北京：人民交通出版社，1998：18～19，719～724，3～25，719～924，292～356
[14] Mckeen, Hanson. New Mexico' s Experience with Cold Insitu Recycling. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 112～137
[15] Harold paul. Evaluation of Recycled Projects for Performance. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1996: 231～246
[16] 杨锡武，梁富权．水泥粉煤灰稳定混合料修筑高等级道路路面基层的试验研究．中国公路学报．1994(增1)：80～86
[17] 俞建荣，栗学铭，窦有年．粉煤灰水泥稳定粒料的路用性能研究．中国公路学报．1998(增刊)：30～35
[18] A.KEZDI著。稳定土道路．张起森，梁锡三译．北京：人民交通出版社，1989：114～135
[19] 同济大学道路与交通工程研究所等．半刚性基层沥青路面．北京：人民交通出版社，1991：191～201
[20] 朱光耀．水泥稳定风化砂砾土路面基层的研究．东北公路。1998(2)：27～35
[21] 姜庆林，刘奉桥．紧密嵌挤骨架密实型水泥稳定砂砾混合料配合比设计．东北公路，1998(3)：32～35
[22] 交通部．JTJ014-97，公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出版社，1997
[23] H.R.Soleymani, Rebecca Mc.Daniel. Investigation of the Black Rock Issue for Recycled Asphalt Mixtures. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 2000: 366～386
[24] 张登良．沥青路面．北京：人民交通出版社，1999：100～105
[25] Robert Peterson, H.R.Soleymani, Robert Anderson. Recovery and Testing of RAP Binders from Recycled Pavement. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 2000: 72～87
[26] Prithvi S.Kandhal. Asphalt Cold Recycling Technology in Pennsylvania. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1984: 618～631
[27] Castedo. H, Wood.L.E. Materials Characterization of Cold Asphalt Recycling of Rural and Urban Low-volume Roads. Transportation Research Board. Washington D.C, 1987
[28] 李艳春，陈朝霞，阎峰．旧路面材料的冷再生利用及力学性能分析．公路交通科技．2001，(5)：15～16
[29] 肖桂彰．道路复合材料．北京：人民交通出版社，1999：84～87
[30] Edward Kearney. Cold Mix Recycling: State-of-the-Practice. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 486～505
[31] Richard E.Y. Yeo, Kieran G.Sharp. Recycled Crushed Concrete Stabilized with Cementitious Binder. The 3rd International Conference on Road and Airfield Pavement Technology. Beijing, 1997: 1347～1355
[32] 黄政宇．影响混凝土抗折弹性模量若干因素的试验研究．混凝土．1993(5)：
[33] 交通部．JTJ058-2000，公路工程集料试验规程．北京：人民交通出版社，2000
[34] 交通部．JTJ053-94，公路工程水泥混凝土试验规程．北京：人民交通出版社，1994
[35] 孙荣恒，黄雯莹，伊亨云．数理统计．重庆大学出版社，1999：214～237
[36] 交通部．JTJ057-94，公路工程无机结合料稳定材料试验规程．北京：人民交通出版社，1994
[37] 凌建明，谢华昌，庄少勤等．水泥-石灰土水稳定性的实验研究．同济大学学报．2001，29(6)：733～737
[38] 王建明．石灰粉煤灰稳定高液限粘土的路用技术性能．粉煤灰综合利用．1998，(3)：7～10
[39] 赵可，李耀宗．石灰增钙粉煤灰增钙渣混合料收缩特性研究．粉煤灰综合利用．1997，(3)：51～54
[40] 刘毅，陈晔．半刚性基层材料收缩性能实验方法探讨．湖南交通科技．1999，25(1)：16～18
[41] 交通部．JTJ052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程．北京：人民交通出版社，2000
[42] 胡鸣琴等．半刚性材料组成设计及强度发展规律的试验研究．见：中国公路学会道路工程学会编，道路工程学术会议论文集(沥青路面专辑)．大连．1991
[43] 沙爱民．半刚性路面材料结构与性能．北京：人民交通出版社，1998：37～39，78～92
[44] 梁世春，陈晓瑞．二灰碎石半刚性基层材料变形特性的研究．山西交通科技．1999，(4)：40～42
[45] J.M.Matthews, et al, Investigation of Laboratory Fatigue Testing Procedures for Asphalt Aggregates Mixtures, J.Transp. Eng., ASCE, Vol. 119, 1993 (4)
[46] 黄卫．沥青路面设计指标和设计方法研究．南京：东南大学博士学位论文，1994
[47] 阿佩斯金．柔性路面强度的试验与评定(中译本)．北京：人民交通出版社，1986
[48] 陈兆能、邱泽麟、余经洪．《试验分析与设计》．上海交通大学出版社，1991年
[49] 常魁和，高群．公路沥青路面养护新技术．北京：人民交通出版社，2001：355～366
[50] L.E.Santucci, M.T.Hayashida. Design and Testing of cold Recycled Asphalt Mixes. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1983: 416～440
[51] Donald D.Davidson. Recycling of Substand-dard or Deteriorated Asphalt Pavement-A Guideline for Design Procedures. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 112～136
[52] 赵文光．国外道路就地冷再生工艺．筑路机械与施工机械化．1997，14(69)：29～31
[53] 赵文光．国外道路就地冷再生机械．筑路机械与施工机械化．1999，16(79)：20～21
[54] Wood. LE, White.TD, Nelson. TB. Current Practice of Cold In-place Recycling of Asphalt Pavement. Transportation Research Board. Washington D.C, 1988
[55] 夏景志．WR2500冷再生机在沥青路面公路改建中的应用研究．科技与效益．1999：43～44
[2] 钟江，熊宝恒．就地冷再生技术在中国的应用．筑路机械与施工机械化．2000，(3)：23～24
[3] 赵文光．道路的就地冷再生．筑路机械与施工机械化．1997，第14卷(总第67期)：31～32
[4] 吕伟民，严家汲．沥青路面再生技术．北京：人民交通出版社，1989：1～11，201211，223～229
[5] J.A.Epps. Guidelines for Recycling Asphalt Pavements. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1980: 139～154
[6] 日本道路协会．日本路面废料再生利用技术指南．王元勋，张文魁译．北京：人民交通出版社，1990：25～27
[7] Blumer M. Recycling aus der Sicht der Bemessung. Strasse und Verkehr. 1992, (7): 25～36
[8] Huffman, J.E. Update on Asphalt Concrete Recycling, Reclamation. Better roads. 1998, (7): 19～22
[9] 赵文光．国外道路就地冷再生机械．筑路机械与施工机械化．1999，(2)：20～21
[10] 高伯翔，王海燕，杜二鹏等．沥青路面冷再生基层、底基层技术的研究报告．2001：3～4
[11] 吕伟民，葛荣滦．冷法再生沥青路面结构与工艺的研究．华东公路．1994，(5)：71～75
[12] 张晋炮．沥青路面就地再生施工机械．筑路机械与施工机械化．1997，(3)：9～12
[13] 沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面．北京：人民交通出版社，1998：18～19，719～724，3～25，719～924，292～356
[14] Mckeen, Hanson. New Mexico' s Experience with Cold Insitu Recycling. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 112～137
[15] Harold paul. Evaluation of Recycled Projects for Performance. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1996: 231～246
[16] 杨锡武，梁富权．水泥粉煤灰稳定混合料修筑高等级道路路面基层的试验研究．中国公路学报．1994(增1)：80～86
[17] 俞建荣，栗学铭，窦有年．粉煤灰水泥稳定粒料的路用性能研究．中国公路学报．1998(增刊)：30～35
[18] A.KEZDI著。稳定土道路．张起森，梁锡三译．北京：人民交通出版社，1989：114～135
[19] 同济大学道路与交通工程研究所等．半刚性基层沥青路面．北京：人民交通出版社，1991：191～201
[20] 朱光耀．水泥稳定风化砂砾土路面基层的研究．东北公路。1998(2)：27～35
[21] 姜庆林，刘奉桥．紧密嵌挤骨架密实型水泥稳定砂砾混合料配合比设计．东北公路，1998(3)：32～35
[22] 交通部．JTJ014-97，公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出版社，1997
[23] H.R.Soleymani, Rebecca Mc.Daniel. Investigation of the Black Rock Issue for Recycled Asphalt Mixtures. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 2000: 366～386
[24] 张登良．沥青路面．北京：人民交通出版社，1999：100～105
[25] Robert Peterson, H.R.Soleymani, Robert Anderson. Recovery and Testing of RAP Binders from Recycled Pavement. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 2000: 72～87
[26] Prithvi S.Kandhal. Asphalt Cold Recycling Technology in Pennsylvania. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1984: 618～631
[27] Castedo. H, Wood.L.E. Materials Characterization of Cold Asphalt Recycling of Rural and Urban Low-volume Roads. Transportation Research Board. Washington D.C, 1987
[28] 李艳春，陈朝霞，阎峰．旧路面材料的冷再生利用及力学性能分析．公路交通科技．2001，(5)：15～16
[29] 肖桂彰．道路复合材料．北京：人民交通出版社，1999：84～87
[30] Edward Kearney. Cold Mix Recycling: State-of-the-Practice. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 486～505
[31] Richard E.Y. Yeo, Kieran G.Sharp. Recycled Crushed Concrete Stabilized with Cementitious Binder. The 3rd International Conference on Road and Airfield Pavement Technology. Beijing, 1997: 1347～1355
[32] 黄政宇．影响混凝土抗折弹性模量若干因素的试验研究．混凝土．1993(5)：
[33] 交通部．JTJ058-2000，公路工程集料试验规程．北京：人民交通出版社，2000
[34] 交通部．JTJ053-94，公路工程水泥混凝土试验规程．北京：人民交通出版社，1994
[35] 孙荣恒，黄雯莹，伊亨云．数理统计．重庆大学出版社，1999：214～237
[36] 交通部．JTJ057-94，公路工程无机结合料稳定材料试验规程．北京：人民交通出版社，1994
[37] 凌建明，谢华昌，庄少勤等．水泥-石灰土水稳定性的实验研究．同济大学学报．2001，29(6)：733～737
[38] 王建明．石灰粉煤灰稳定高液限粘土的路用技术性能．粉煤灰综合利用．1998，(3)：7～10
[39] 赵可，李耀宗．石灰增钙粉煤灰增钙渣混合料收缩特性研究．粉煤灰综合利用．1997，(3)：51～54
[40] 刘毅，陈晔．半刚性基层材料收缩性能实验方法探讨．湖南交通科技．1999，25(1)：16～18
[41] 交通部．JTJ052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程．北京：人民交通出版社，2000
[42] 胡鸣琴等．半刚性材料组成设计及强度发展规律的试验研究．见：中国公路学会道路工程学会编，道路工程学术会议论文集(沥青路面专辑)．大连．1991
[43] 沙爱民．半刚性路面材料结构与性能．北京：人民交通出版社，1998：37～39，78～92
[44] 梁世春，陈晓瑞．二灰碎石半刚性基层材料变形特性的研究．山西交通科技．1999，(4)：40～42
[45] J.M.Matthews, et al, Investigation of Laboratory Fatigue Testing Procedures for Asphalt Aggregates Mixtures, J.Transp. Eng., ASCE, Vol. 119, 1993 (4)
[46] 黄卫．沥青路面设计指标和设计方法研究．南京：东南大学博士学位论文，1994
[47] 阿佩斯金．柔性路面强度的试验与评定(中译本)．北京：人民交通出版社，1986
[48] 陈兆能、邱泽麟、余经洪．《试验分析与设计》．上海交通大学出版社，1991年
[49] 常魁和，高群．公路沥青路面养护新技术．北京：人民交通出版社，2001：355～366
[50] L.E.Santucci, M.T.Hayashida. Design and Testing of cold Recycled Asphalt Mixes. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1983: 416～440
[51] Donald D.Davidson. Recycling of Substand-dard or Deteriorated Asphalt Pavement-A Guideline for Design Procedures. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 1997: 112～136
[52] 赵文光．国外道路就地冷再生工艺．筑路机械与施工机械化．1997，14(69)：29～31
[53] 赵文光．国外道路就地冷再生机械．筑路机械与施工机械化．1999，16(79)：20～21
[54] Wood. LE, White.TD, Nelson. TB. Current Practice of Cold In-place Recycling of Asphalt Pavement. Transportation Research Board. Washington D.C, 1988
[55] 夏景志．WR2500冷再生机在沥青路面公路改建中的应用研究．科技与效益．1999：43～44