文摘
沥青路面的康复过程使用铣和填充技术会导致几个环境问题由于碾压沥青混合的处理或自然资源的探索。减轻这些影响的另一个选择是重用这种研磨材料,称为再生沥青路面(RAP),建设新的路面层。在几种可用技术重用的说唱,冷回收使用乳化沥青回收代理已经显示出巨大的潜力。本研究的目的是评估应用程序的冷再生沥青混合使用100% RAP乳化沥青回收代理作为一个新的路面基层。试验部分建成使用这种材料在交通拥挤的高速公路路面基层在巴西,和其结构行为监测12个月使用落锤挠度计(FWD)来评估其性能随着时间的推移。此外,实验室检测项目进行评估回收混合刚度和强度通过弹性模量和间接抗拉强度测试。这些测试是用来调查存储间隔的影响(7、14、28天)考虑混合和压实的混合物之间的时间。压实后固化时间的影响(1、3、7、26和56天)也被评估。验证在实验室和在试验部分的刚度随养护时间。此外,backcalculated弹性弹性模表示值在同一个数量级获得在实验室测试。 In addition to the laboratory test findings, it was also observed that the longer the period of storage, the higher the values of stiffness and tensile strength for short periods of curing. This behavior was not verified when longer curing periods were used. In general, the use of cold recycled asphalt mixtures as base course of new pavements proved to be a promising alternative to reuse RAP.
1。介绍
再生沥青路面(RAP)是由碾压沥青路面恶化并被用于新的沥青混合物热或冷。使用说唱的优点包括减少勘探的原始材料,节省成本和减少自然资源的使用,并提供更少的环境破坏(1]。
在1990年代,路面基础就地回收技术与说唱在巴西成为了一个常见的解决方案。然而,巴西的速度回收沥青层应用新的人行道仍然很低,可能是由于相信传统热沥青混合物比回收的有更好的性能。
可能在几个礼仪分类回收技术。例如,沥青回收与回收协会(ARRA)定义了五个类别:冷规划、热回收,热就地回收,冷回收(就地或在中央),和全深度复垦。回收技术的选择是最适合每个康复项目,平衡每个人的优点和缺点,取决于几个因素,如路面水平退化和设备和材料的可用性。
冷回收应该是首选的回收方法由于经济效益达到降低生产消耗的能源和自然资源(2]。当执行在正确的时间,路面结构的完整退化之前,可以减少维护成本30%至50%在逆铣和填充的解决方案(3]。此外,可以重用整个沥青层,减少原材料收购、运输、施工周期,和掩埋。
这个研究的目的是评估应用程序产生的冷再生沥青混合使用100% RAP的乳化沥青回收代理新路面基层。评估混合物的性能,2公里的新路面巷建成的试验部分重交通公路在圣保罗,巴西。结构行为监控通过FWD在施工后12个月。此外,样本收集冷再生混合试验部分的施工和使用期间在实验室项目调查材料存储和固化时间的影响。存储在这里指的是时间内混合和压实与压实后固化时间指的是时间,直到测试执行。
2。冷再生沥青混合料与乳化沥青回收代理
冷沥青回收可以与不同的添加剂和生产材料、混合或在特定的回收工厂。因此,回收方法通常分为粒度稳定,化学稳定(与石灰、硅酸盐水泥或粉煤灰),和沥青稳定(乳化或泡沫)。
乳化沥青(或沥青乳液)是小的沥青粘结剂的悬浮液滴在水的帮助下乳化剂的机械作用[4]。乳化沥青回收机构,指定ARRA [5和供料3),是专门为冷沥青回收和开发产品可以包含矿物或植物部分恢复说唱残余沥青添加剂。乳化沥青回收剂是提高一些特点制定最终回收的沥青混合机械和施工性能的目的。
冷再生混合物通常分为稳定或沥青混合物,这取决于他们的机械性能。例如,稳定混合物一般沥青粘结剂残留的少量说唱,这可能低力学行为的影响。在这种情况下,稳定混合物显示混合行为粒状材料和热拌沥青胶结材料或(6]。
另一方面,当沥青粘结剂残留在说唱是活跃的,这被认为是一个沥青再生混合,因此传统的方法可以用于混合设计。在这种情况下,乳化沥青回收剂是专门选择说唱与活跃的残余沥青粘结剂(5]。
应该识别的另一个方面是回收材料外套说唱的方式。例如,泡沫沥青在小点分布说唱后表面的沥青粘结剂沥青泡沫爆炸。这个过程创造了许多焊接点,生成一个混合颗粒材料和沥青混合料之间的行为。仍然在乳化沥青回收的情况下,代理,乳剂破裂后,沥青结合料的地方流向说唱表面。因此,沥青和连续薄膜,如沥青混合料,涵盖了说唱表面。然而,结合弱于后者是因为沥青膜的厚度(6]。
重要的是要考虑到冷沥青混合物,回收与否,随着时间的推移失去水分,这通常被认为是养护期。在此期间,寒冷的沥青混合物增加机械阻力对拉伸强度和刚度。在这一时期回收代理之间的交互和说唱残留沥青岁是发达5),至少与最外部层。这种机制可以解释为芳烃分子之间的分子质量交换和残余沥青粘结剂(7]。
研究调查的影响不同的回收代理、内容、压实方法和能量,粒度测量校正,养护期(8,9),比如安德拉德(10]。然而,存储期间没有系统地研究。贮藏期的力学行为的影响最终回收的沥青混合对物流很重要当回收沥青工厂远离建筑工地。对于一个整体来看,冷再生沥青混合料的力学性能不同的研究总结在表1。指出,固化时间、固化温度、压实不遵循标准化的协议;因此,很难执行进一步的比较分析。水泥冷再生沥青混合料允许的使用强度的改善通过促进乳化乳化沥青和水泥生产中使用的水合物(12]。
此外,Meocci et al。2)指出,常用的加速固化过程(72 h在40°C)不允许混合的强度和刚度,获得更高的值10天后,行为也应评估在这个研究固化时间的变化。相同的作者还观察到一个进化的刚度挠度测量29和90天。
最后,另一个特点,影响再生混合物的固化温度的影响。养护期间,温度升高导致更高的模量增加,最大值,而在低温下固化过程较慢,不惩罚的潜在性能混合物(14]。
3所示。材料
3.1。说唱和乳化沥青回收剂特性
一万吨的说唱维护活动的高速公路为当前的研究提供了可能。三桩的不同地点采集的样本,然后RILEM (团聚国际歌des Laboratoires d 'Essais等生物苏尔les Materiaux等结构)指南随访分析层次,活页夹的内容,和粘合剂的一致性(15在实验室。如图1,三个说唱样本按照建议的中等层次ARRA [16]。沥青粘结剂后的平均粒度曲线提取(白色曲线)也显示。
索氏提取的方法被用来确定沥青结合料的说唱内容样本。结果显示轻微的变化在他们的内容(5.3%,4.7%,和4.9%的残余沥青粘结剂)。此外,Abson方法(17)被用来获得残余沥青粘结剂及其渗透和软化点进行了分析。结果显示10和11(×10之间的渗透−1毫米)和软化点92°C到95°C,显示低渗透和软化点比处女沥青粘结剂高值,即使在旋转薄膜烘箱试验(18]。沥青粘结剂,由RTFOT模拟测试热混合后,应该提出一个最大60°C和渗透软化点15到22 (×10−1毫米)。因此,获得的值表明残余沥青结合料的老化。
本研究中使用的乳化沥青回收剂SBS (Styrene-Butadiene-Styrene),包含一组阳离子缓慢乳液与矿物振兴代理,专门为说唱正在研究开发的。它认为说唱残留粘结剂的氧化程度、表面能、比表面积(SSA)特征的说唱19]。
3.2。沥青冷再生混合料设计
马歇尔击实被用来准备标本含2.0%,2.5%,和3.0%的乳化沥青回收代理。与75吹脸,压实后标本治愈在60°C和72 h后在室温下保持24小时。马歇尔稳定性试验的结果表明,标本以2.5%的乳化沥青回收剂有更高的价值。这个数量被定义为设计内容用于回收项目,ARRA[的混合料配合比设计5]。
众所周知,胶结材料,如石灰或硅酸盐水泥,可提高抗拉强度和刚度。然而,在这项研究中仅添加乳化沥青回收代理。
3.3。冷沥青再生混合生产
生产的沥青冷再生混合物进行使用静止的回收工厂,rt - 500,如图2。这种植物特定部分粉碎和筛说唱,和31毫米筛用于限制说唱粒子的最大大小。
在寒冷的沥青再生混合生产,500公斤的材料收集表征在实验室项目。这种材料在室温下储存松散在实验室到各自的测试执行。提到相同的材料是很重要的在寒冷的回收工厂在这个项目是提供给实验室测试。
说唱发现含水率为2.5%,增加乳状液包含1.0%的水,混合回收的最终水分含量是3.5%左右。为了防止水分含量的变化通过雨或蒸发,回收混合物仍然覆盖着塑料领域,而在实验室材料仍然存储在一个封闭的塑料筒。
4所示。实验室研究
4.1。的影响压实方法和能量
本研究的第一部分试图确定哪些方法和压实能量将用于实验室项目。评估每个压实方法将如何影响压实容重的混合,因此孔隙,三种方法和六个能量进行了分析:(i)修改学监(MPT),(2)马歇尔与50和75年打击(M50和M75)两侧,和(3)回转压缩机50,75年和100年的波动(G50, G75, G100)。三个标本成型条件。平均结果如图3。
见图4实际上,标本塑造使用修改后的学监的测试显示,容重最低,因此空气孔隙含量最高,而那些使用回转压缩机压缩提出了更高的体积密度和较低的气孔。明显的差异主要取决于压实和能源应用的类型出现的合理的解释不同的结果发现本文当与其他研究相比,如上所示。
虽然标本压实间接回转压缩机出现高值的强度和弹性模量、压实等巴西会在场上很难实现,因为可用的压实设备。为这一领域的研究中,首次使用串联式压路机的压实的冷再生混合。9-wheel辊权重约25日5 t卷16次,然后再串联辊是用于完成。羊足辊的使用也是测试;然而,由于没有压实层的不规则造成增益,决定只使用串联和轮胎压路机。不管滚动的数量,不可能达到一个更高的压实密度比马歇尔方法发现每边75吹。
4.2。存储和固化时间的影响
存储时间和固化时间的影响其在实验室和弹性模量进行评估。三个存储周期7、14和28天被选在这项研究中评估的影响时间之间的混合和冷再生沥青混合料的压实沥青乳化沥青回收代理。
压实后,圆柱形标本治愈,3、7、14、28天,直到它(20.];和弹性模量(21)进行。三个标本被压实的每个条件存储时间和固化时间使用马歇尔压缩机有75吹脸,推荐ARRA [5]。
压实后,每个样品被治愈72 h 60°C迫使烘箱加速初始养护期。只有天24小时标本保存在这个条件。之后,在室温下标本被治愈25°C。和弹性模量进行了测试在25°C。数据3和5分别显示两个测试的结果,间接抗拉强度和弹性模量。
结果表明,三天的固化的刚度和强度显著增加冷再生混合。可以看出存储28天的松散和不破坏他们的力学行为;相反,弹性模量和抗拉强度增加,证明这些类型的混合物可以存储。天治疗后,压实后的标本存储时间的7和14天没有足够的凝聚力在抗拉强度测试。这种行为可能会表示,水分减少并不是唯一原因刚度和强度增加,但也的时候年龄在沥青和乳化沥青回收代理之间的交互影响这些回收的力学行为混合物。
混合存储7天制作标本,经过7天的治疗,平均抗拉强度低于0.3 MPa,即最低推荐值ARRA [16]。然而,当相同的混合存储为14至28天,参加了这个建议的值,再次展现了是一个年龄在沥青和乳化沥青回收代理之间的交互在储存期间。
本研究的结果发现是类似于先前提出的一些研究,混合物的特殊性,除了评估研究Raschia et al。12];其他人有一些波特兰水泥的内容,这可以解释类似的抗拉强度值甚至标本压缩在较小的能量,比如修改学监(9]。
获得的结果相比Mollenhauer et al。11)和Raschia et al。12),其当前研究的价值更低。在这种情况下,除了波特兰水泥含量的研究Mollenhauer et al。11),他们所使用的压缩方法是回转压实,这可能提供了一个更好的压实,因此,降低气孔。然而,当相比,马等的研究。10马歇尔压实机使用),当前研究的价值观相似,尽管固化时间短。重要的是要指出,马等。10)使用波特兰水泥的混合物,这不仅增强了实力,但也加速固化过程,因为水泥消耗的水由于其水化。对于弹性模量,这一研究获得的结果非常类似于其他研究以前见表1,从1500到2000 MPa。
例如,相比席尔瓦获得的值(9和安德雷德13),高弹性模量得到的结果。然而,测试配置和压实方法是不同的。这些作者塑造的标本修改学监(导致较低的试样压实)使用三轴配置和测试它们。在比较研究Raschia et al。12),在分析混合和压实25°C时,较低的刚度值被发现。这种差异可以与压实,但在这种情况下,回转压缩机导致更好的压实,收益率更高的刚度值。
5。测试区建设和监控
试验部分的路面结构设计是建立在一个拥挤的交通公路在巴西,它呈现在图6。看到,150毫米冷再生混合设计的基础课程。此外,保持可持续发展观点的研究,路基加固也设计建设和拆迁废料的再生骨料。
商用车的每日平均数量在一年9000左右。快车道的类似试验部分(最左边的车道),项目中的重型交通车辆车道对应总数的3%(270重型车辆)和AASHTO等效单轴加载(ESAL),在本车道,是1.7 E + 06 10年期项目,总额的3%在5.7 E + 07 ESALs的跑道。随着测试区轻交通比其他车道,它预计将执行更好的长期的关于永久变形和疲劳寿命。
的建设过程中,冷再生混合产生的固定回收工厂和存储30天。冷再生混合层的建设做了两层,压实后针对150 mm的厚度。第二层执行时才开始底层实现了含水率在3%以下。两个冷再生混合层之间的粘结层使用快速设置乳液的速度0.4 l / m2。图7显示了冷再生混合第一次使用后的钢轮压路机。
压实控制表示至少21.03 kN / m3,旨在达到压实度为95%或更高。完成回收层后,50 mm的热拌沥青面层。之间的时间执行的第二层沥青冷再生沥青混合和热沥青混合是5至15天,根据施工进度和寒冷的沥青再生混合含水率(3%)。
随后,为了纠正水平签署,一层12毫米的微型浮出水面。完成额外的车道呈现在图8。
建筑活动在试验部分证明了冷再生混合物具有良好的和易性和所需的设备都是一样的经常使用在建设新的沥青路面。
施工后的试验部分,结构监测活动开始了。结果,挠曲盆地使用FWD测定,标准20.1 kN的负载。挠度条件的分析旨在评估回收混合刚度增加常规交通领域在固化过程。如图所示在实验室评估、刚度的回收混合后应该增加固化过程。
FWD挠度测量了7后,90年,180年,360天的审判分段施工。”Dx对应的挠度值以“x”mm加载应用程序的观点。因此,D0值(垂直位移的点下负载)获得被校正的参考温度25°C,图中可以看到9。
指出,挠度值减少养护期间的路面结构。同时,字段结构行为的结果表明改进路面刚度而言,可能由于固化过程。没有像其他路面层特征可以证明这个偏转降低,固化混合回收的随着时间的推移可能会提供一个重要的刚度增加。然而,重要的是要指出,第一次FWD测定调查后建设今年3月,雨季的结束在圣保罗的状态。相比之下,其他测量调查发生在8月,10月,3月,360天后。气候条件的城市附近的面积试验部分呈现在图10。
为了减轻这种疑问,D1200年(垂直位移测量在1200毫米的负载)点的挠度盆地也进行了分析,针对识别如果路基含水量的影响D0值。结果表明,D1200年值保持在同一基准见图11。这一分析证实,路基的水分含量可能没有影响的结果D0从第一个后来实地调查。
另一个参数,可以用来评估基础刚度的基础伤害指数(BDI)。位移测量的BDI的区别是300毫米(D300年在600毫米)和(D600年FWD加载板)。它被认为是最好的指示器路面基本层的条件下,其刚度成反比(22]。BDI值大于400µ米不足导致路面(23]。这个分析的结果呈现在图12。BDI试验剖面分析,100µm采用作为一个“伟大的基础条件的限制。“重要的是要强调这个参数决定D30.和D60由于温度校正,任何数据失真D0不会影响BDI的值。
BDI评估显示表达的刚度增加冷再生混合固化时间。从图12,它是指出,约有90的高值µ40米,而较低的BDI值µm。这种行为之前同意的趋势观察到本文关于实验室检测结果。
除了刚度,抗永久变形也是衡量测量发情。可能变形可能发生的任何颗粒层,变形的热拌沥青冷再生混合物,或通过一个集成的变形。测量发情,Dynatest路面高性能三维激光扫描仪配备了两个,这是能产生一个截面的路面一毫米的一项决议。测量进行了一年半后,测试区建设。
当地的运输代理(通讯社的记者都做Estado de圣保罗(ARTESP))需要一个最大平均每公里7毫米的车辙。车辙是计算每40 m,之间的平均左发情和右发情。图13显示了平均发情的值在每一个40米,以及平均公里。
虽然是不可能衡量发情的进化从建筑业当前测量(545天),可以确认一年和六个月后建筑的平均发情的低,在最关键的部分,约4毫米,孤立点测量最多6毫米。此外,如前所述,4毫米对应的总和在每个层永久变形;即冷回收沥青层的变形更少,表明它可以有一个很好的抗永久变形。
另一个参数测量是道路纵剖面的进化,通过测量国际平整度指数(IRI)。测量进行激光表面光度仪180和545天后测试部分的建设。更好的理解结果,IRI值综合每200 m和图所示14。
在1年IRI变化是微不足道的。测试部分的平均IRI维持在2.1毫米/米,用小尺寸的变化。因此,可以肯定,纵向不均匀性不发展评价的第一年。不规则的演变可能暗示路面发展的缺陷,并没有分析时期所示。
5.1。Backcalculation
最后分析冷再生混合刚度的进化是backcalculation弹性模。软件使用EVERCALC,导致几个模拟多个线性弹性层。每个盆地backcalculated分别获得每个测试层的弹性模量。
第一次测量,施工完成后,7天表示,冷再生混合层的平均弹性模量358 MPa,变异系数(CV)的43%。执行第二次测量时,尽管广泛的值,平均模量增加到1725 MPa,简历是37%。第三次测量,180天后,弹性模量仍与前一个相同,平均价值1840 MPa, 36%的简历。最后测量,360天后,平均模量为1835 MPa, 27%的简历。
获得的值在试验部分非常类似于使用实验室测试执行(约1800 MPa)。这种行为可能在实验室证明刚度的评价可以正确地估计冷再生混合的刚度。
5.2。环境方面和成本
测试段的执行提供几个环境和财务收益相比,传统的解决方案。传统的热拌沥青路面设计了80毫米,150毫米级配优良碎石,碎石干,达到400毫米,400毫米劣质的碎石。表2展示了主要的环境收益回收路面。
此外,它可以提到减少能源混合的热拌沥青和减少烟雾排放环境中的热拌沥青。
在这一点上,一个更完整的财务分析似乎草率,因为一个正确的分析应在整个生命周期的人行道上。然而,当比较结构采用传统的一个以前准尺寸相同的10年期项目期间,有可能获得成本降低约14%,路面的施工总成本的8%。
6。结论
本研究的目的是评估应用程序产生的冷再生沥青混合使用100% RAP乳化沥青回收剂,没有水泥,作为一种新的路面基层。(1)实验室分析首先评估存储时间和固化时间的影响的冷再生混合物。加强观察,存储时间,起初,冷再生混合的机械性能,可能是因为岁之间的交互的沥青和乳化沥青回收代理松散状态的混合物。固化时间,这个最初的增加变得冷漠,所有样品达到相同的水平。(2)最少7天养护时间被要求达到最低ARRA推荐的。的最终价值56天后治愈先生在1500年和2500年之间MPa,符合其他的仲裁价值研究和设计。(3)最后的偏转和最后的BDI表明良好的结构能力的基础刚度。在审判期间部分监控,一年半后,表面没有痛苦的迹象,在固化时间和路面刚度增加,繁殖在实验室里观察到的行为。车辙和IRI仍在路边最大值建立权威,没有增加。(4)降雨和气温的变化并不影响偏差的措施。相反的气候条件的值在180 - 360天建设是相同的。(5)也,是很重要的,这种技术可以重用说唱的100%,降低了成本,这种材料对环境的影响。此外,当说唱不能被重用在人行道上,可以利用不同的目的。测试结果表明,冷再生沥青混合料使用乳化沥青回收剂促使改善机械特性,可以作为替代新沥青路面课程。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者承认Grupo CCRCCR公路研究中心,CCRViaOeste高速公路特许,圣保罗大学理工学院的支持在这个研究。这项研究,试验部分建设、实验室项目,和现场监测由Grupo CCR,及其出版物是由Grupo CCR。