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原文传递沥青路面全厚度冷再生快速修复技术研究

论文题名：	沥青路面全厚度冷再生快速修复技术研究
关键词：	现场冷再生;沥青路面;废旧沥青混合料;实时监控;本构关系
摘要：	现场冷再生(ColdIn-PlaceRecycling,以下简称CIR)技术是继厂拌热再生,厂拌冷再生及现场热再生技术之后的一种对破旧沥青道路进行再生修复和和重建的新方法。由于CIR技术能够最大限度的利用原有废旧材料,并且相对于传统道路修复技术而言,具有低能耗、低污染、高效率等优点,已经成为道路再生修复领域中不可或缺的一种方法,也成为未来道路修复领域中的主要发展方向之一。　　本论文依托国家“863‘(2009AA11Z106)’课题‘沥青路面全厚度再生快速修复关键技术和装备’”,以国外多年来研究沥青路面全厚度冷再生的理论和经验为指导,针对CIR系统中回收沥青路面材料(ReclaimedAsphaltPavementMaterials,简称RAP)的配比(废旧沥青料A与稳定土S的比例A／S)与胶凝材料种类之间的相互影响进行了系统研究；通过拟定不同胶凝材料体系(水泥基、乳化沥青、泡沫沥青、复合胶凝材料体系)和RAP组分,确定了不同胶凝材料体系中各组分的最优配比及工艺条件,根据此构建了数学模型,建立材料的本构关系,借助数学理论对材料性能进行阐述；同时探讨了沥青发泡的机理及影响因素,独立研发了实验室用沥青发泡设备,为研究和利用泡沫沥青提供了重要的条件；另外编写了CIR系统实时监控软件,以便与实际工程中沥青道路冷再生机组控制单元进行数据对接和机组工况的实时监控,为CIR系统的更好操作和工艺的提高奠定了重要基础。主要研究成果如下: 　　 1.研究了现场冷再生(CIR)技术的特点,确定了拟定的几种胶凝材料体系的最佳工艺方案: 　　 (1)模拟现场路面材料再生条件,选定代表性路面材料,利用水泥浆体雾化喷洒搅拌的方法,克服了传统方法中胶凝材料与混合料混合不充分的缺点,使实验数据最大程度接近现场实际应用。　　 (2)突破沥青道路冷再生的传统方法,将冷再生过程中铣刨料组分按照铣刨深度进行组分设计,考虑组分变化对再生道路混合料性能的影响。　　 (3)确定了单一水泥基体系固化PAP配比:A／S=1／5～5／5,水泥掺量0～8％,掺水6～12％；研究中Cl组分PAP的强度最高,干燥状态下无侧限抗压强度达到2.27MPa,且水稳定性较好,浸水抗压强度达到2.02MPa,再生混合料达到中华人民共和国行业标准JTGF41-2008中无机结合料稳定冷再生混合料技术要求。　　 (4)粉煤灰-水泥(F—C)复合胶凝材料体系中,相对于水泥基胶凝材料体系,两类稳定土冷再生混合料的强度及水稳性均有所降低。当组分为FCl时,冷再生稳定混合料能够达到行业标准对二级及二级以下公路底基层强度要求,同时能够减少水泥用量,节约成本。　　 (5)碱激发粉煤灰-水泥(HF—C)复合胶凝材料体系:A／S为1／3～3／3,水泥掺量为0～8％,粉煤灰掺量0～6％,碱含量为0～12％,配比为HFCl和HFC2两种配比时,1＃和2#两类稳定土达到最优性能,达到标准对无机结合料稳定冷再生混合料技术要求。　　 (6)盐类-水泥泥早强复合胶凝材料体系中,A／S为2／5～5／5,水泥掺量0～6％,盐类掺量0～0.2％,加水量0～10％,在组分达到YCl配比时,再生混合料达到行业要求,且加入盐类物质后再生混合料5d强度相对于不加盐类物质的混合料强度提高60％以上,与传统冷再生工艺相比,实现交通开放时间缩短28％以上。　　 (7)水泥泡沫沥青体系不同混合料的组分、泡沫沥青量、水泥掺量以及发泡用水量之间的相互关系。　　 2.研究了泡沫沥青主要性能指标及作为胶凝材料在CIR系统中对RAP的胶结性能　　 (1)以国内外对沥青发泡的机理研究为理论指导,自主研发了实验室用沥青发泡设备,确定了其工作状态下空气压力、温度、沥青泵转速、发泡用水量等工作参数；控制泡沫沥青膨胀比大于10,半衰期大于8s。通过自主研发,使实验室用沥青发泡设备相比国外同类产品价格降低50％以上,有利于推广国内对泡沫沥青的研究,突破国外高价技术垄断的局面；　　 (2)研究了温度、气压和发泡用水三个参数对沥青发泡效果的影响:理论上讲,温度、气压和发泡用水量是影响发泡效果的三个主要因素,但在实际操作中主要通过调整温度和用水量来调整发泡效果；在正常发泡范围内,最大膨胀比随发泡用水量量的增加而增大,半衰期与之相反；　　 (3)分析泡沫沥青固化再生混合料的机理,研究水泥-泡沫沥青复合胶凝材料体系对RAP的固化效果,提高混合料的性能。两种类型稳定土混合料在FACl组分时,综合性能达到最优,水泥-泡沫沥青作为稳定剂时,再生混合料强度相比单一泡沫沥青胶凝材料体系再生混合料的强度和稳定性提高27％以上。　　 3.构建材料的本构关系,利用数学模型来阐释材料的某些特性　　 (1)应用数学理论研究水泥稳定土的应力-应变关系,分析材料在受力状态下的变形特性。稳定土中随着水泥掺量不断提高,混合料有向脆性材料发展的趋势,这也是研究胶凝材料稳定冷再生混合料过程中需要考虑胶凝材料用量的问题所在。　　 (2)结合课题研究内容,利用数学方程的设计和变形对沥青路面全厚度冷再生过程进行描述。当一段需要维修的道路深度一定,即h是常量时,由Mt=wk(h(t))h(t)v(t)△t可知,Δt内的加料量和速度成线性关系。当转子全部在面层以下(极限状态)时,由V物料‘(t)=Vv(t)可知铣刨料的体积变化率为转子体积与再生机行走速度和时间t的线性关系。　　 4.编写CIR系统实时监控软件　　编写沥青路面全厚度冷再生监控软件系统,建立人机交互界面,通过设置系统操作权限对冷再生机组进行操作、检测及维护等工作。
作者：	王海峰
专业：	建筑材料与工程
导师：	马保国
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文