由于歷史原因,我國(guó)道路設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)“強(qiáng)基薄面”,絕大部分路面都是半剛性基層瀝青路面。早期修建的瀝青路面逐漸進(jìn)入大修期,瀝青路面的維修及路面材料的再生循環(huán)利用等問(wèn)題迫在眉睫。截止2017年底,我國(guó)的高速公路通車?yán)锍虨?3.65萬(wàn)公里,公路總里程477.35萬(wàn)公里。面對(duì)我國(guó)日益龐大的已建成公路交通網(wǎng)絡(luò),泡沫瀝青冷再生技術(shù)獲得了良好的發(fā)展契機(jī)。作為一種新型瀝青基膠結(jié)料,泡沫瀝青適用于冷拌工藝,泡沫瀝青冷再生混合料在路用性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。然而,泡沫瀝青冷再生技術(shù)盡管已被引進(jìn)我國(guó)發(fā)展多年,但仍然在創(chuàng)新性、實(shí)用性和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化程度等方面存在不足,尤其是進(jìn)口設(shè)備過(guò)高的售價(jià)已經(jīng)成為最大的障礙,極大地限制了泡沫瀝青冷再生技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用。為了突破進(jìn)口設(shè)備的平臺(tái)制約,本文獨(dú)辟蹊徑,選擇以國(guó)產(chǎn)水穩(wěn)拌合站為設(shè)備平臺(tái)加裝泡沫瀝青功能模塊的創(chuàng)新方式實(shí)現(xiàn)水穩(wěn)拌合站的泡沫瀝青功能化,深入研究基于水穩(wěn)拌合站的泡沫瀝青冷再生技術(shù),緊密圍繞泡沫瀝青冷再生技術(shù)在試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、施工、評(píng)價(jià)等不同階段的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究,包括室內(nèi)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)設(shè)備、泡沫瀝青指標(biāo)評(píng)價(jià)、混合料設(shè)計(jì)、水穩(wěn)拌合站改裝、施工工藝、施工均勻性評(píng)價(jià)以及新型路面結(jié)構(gòu)等內(nèi)容,旨在通過(guò)大量室內(nèi)外試驗(yàn),進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究分析獲得階段性成果,提出一種全新的基于水穩(wěn)拌合站的泡沫瀝青廠拌冷再生工藝,推動(dòng)泡沫瀝青冷再生技術(shù)的研究與應(yīng)用。在室內(nèi)瀝青發(fā)泡試驗(yàn)設(shè)備開(kāi)發(fā)階段,本文分析了德國(guó)維特根公司W(wǎng)LB10型瀝青發(fā)泡機(jī)的應(yīng)用局限性,針對(duì)其缺陷,采用一系列設(shè)備改進(jìn)措施,研制成功改進(jìn)型瀝青發(fā)泡機(jī)iFoam,并對(duì)iFoam進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證,并驗(yàn)證其可行性。在泡沫瀝青指標(biāo)評(píng)價(jià)階段,本文首先分析了現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)的不足,然后從滿足泡沫瀝青和集料拌合均勻性的實(shí)用性角度出發(fā),綜合考慮試驗(yàn)方法的可操作性和試驗(yàn)結(jié)果的可量化程度,提出了一種新型瀝青發(fā)泡性能評(píng)價(jià)指標(biāo)——簡(jiǎn)化效能指數(shù),解決了基于最大膨脹率和半衰期的傳統(tǒng)泡沫瀝青發(fā)泡性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的互斥問(wèn)題,試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、可靠,試驗(yàn)結(jié)果可量化、正相關(guān)。在泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)階段,本文基于大量的泡沫瀝青冷再生混合料試驗(yàn),提出了以骨架密實(shí)型為基礎(chǔ)的泡沫瀝青冷再生混合料級(jí)配設(shè)計(jì)曲線,突破了人們對(duì)于泡沫瀝青冷再生混合料屬于懸浮型級(jí)配的認(rèn)知,同時(shí)降低填料0.075mm過(guò)篩率的要求至3%,突破了規(guī)范規(guī)定的不小于6%的要求,顯著提高了RAP的利用率。在水穩(wěn)拌合站改裝階段,本文通過(guò)泡沫瀝青功能模塊串聯(lián)的方式開(kāi)發(fā)了兩階段發(fā)泡技術(shù),使瀝青的發(fā)泡效果進(jìn)一步得到優(yōu)化,滿足了冷再生對(duì)泡沫瀝青的技術(shù)要求。本文通過(guò)離散元軟件建立了水穩(wěn)拌合鍋的三維模型,模擬分析了泡沫瀝青冷再生混合料在拌合過(guò)程中的均勻性問(wèn)題,論證了水穩(wěn)拌合站平臺(tái)的可行性,并且通過(guò)離散元軟件模擬獲得了合理的葉片拌合速度,為實(shí)際的設(shè)備改造和后續(xù)的拌合生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。通過(guò)成功鋪筑泡沫瀝青冷再生路面試驗(yàn)段,本文從材料要求、機(jī)械要求、施工準(zhǔn)備、施工工藝、施工質(zhì)量控制與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等方面綜合闡述了基于國(guó)產(chǎn)水穩(wěn)拌合站的泡沫瀝青冷再生施工關(guān)鍵技術(shù)。為了對(duì)鋪筑完成的試驗(yàn)路進(jìn)行混合料均勻性評(píng)價(jià),本文采用工業(yè)CT技術(shù)對(duì)泡沫瀝青冷再生芯樣進(jìn)行高精度掃描,評(píng)價(jià)分析本文設(shè)計(jì)的泡沫瀝青冷再生混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)均勻性,然后將工業(yè)CT掃描處理的截面圖像匯總使用ABAQUS有限元三維重構(gòu)建模對(duì)泡沫瀝青冷再生混合料的各深度處力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析,提出細(xì)觀力學(xué)均勻性的評(píng)價(jià)指標(biāo),也進(jìn)一步驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的泡沫瀝青冷再生混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的均勻性及細(xì)觀力學(xué)的均勻性。為了進(jìn)一步提升泡沫瀝青冷再生混合料的應(yīng)用價(jià)值(用于瀝青路面上面層),本文基于功能性設(shè)計(jì)的理念,進(jìn)一步提出了滲固封層+泡沫瀝青冷再生層的新型路面結(jié)構(gòu)。首先通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證滲固封層具有良好的抗滑、防水、淺表加固的功能。然后對(duì)新型路面結(jié)構(gòu)的路用性能進(jìn)行了一系列試驗(yàn)評(píng)價(jià)分析,證明該種新型冷再生路面結(jié)構(gòu)路用性能優(yōu)良。最后進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)承載力主要指標(biāo)的驗(yàn)算。本文的研究成果體現(xiàn)了對(duì)外來(lái)技術(shù)引進(jìn)、消化再提升的螺旋式發(fā)展的客觀規(guī)律,為泡沫瀝青廠拌冷再生技術(shù)在我國(guó)的普及推廣奠定了良好的基礎(chǔ),為探索符合中國(guó)國(guó)情的泡沫瀝青冷再生技術(shù)發(fā)展之路起到了拋磚引玉的作用,具有廣闊的市場(chǎng)推廣價(jià)值。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U416.26
【部分圖文】：

基于泡沫瀝青的混合料路用性能符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展的理念和推廣道路建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)低碳化的要求。回顧泡沫瀝青冷再生技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展歷程，能夠深深地感受到開(kāi)展混合料技術(shù)性能方面研究的必要性和緊迫性。泡沫瀝青冷再生技術(shù)在我國(guó)研究和應(yīng)用的歷史并不長(zhǎng)，但發(fā)展速度很快，泡沫瀝青冷再生混合料技術(shù)的研究需要更好地服務(wù)于社會(huì)發(fā)展的需求，與時(shí)俱進(jìn)，勇于創(chuàng)新。1.2.3 泡沫瀝青冷再生設(shè)備工藝研究現(xiàn)狀根據(jù)工藝特點(diǎn)，泡沫瀝青冷再生分為廠拌冷再生[76-77]和就地冷再生[78-79]兩種類型。泡沫瀝青廠拌冷再生是指舊瀝青路面材料經(jīng)過(guò)銑刨，運(yùn)送至指定的場(chǎng)地，根據(jù)需要添加新料，通過(guò)固定的再生設(shè)備加入泡沫瀝青，在常溫下拌合形成新的再生混合料，運(yùn)送至道路施工現(xiàn)場(chǎng)，使用攤鋪設(shè)備進(jìn)行攤鋪，壓實(shí)成型后，成為路面一個(gè)結(jié)構(gòu)層次的整套工藝。廠拌冷再生是分為兩個(gè)階段的，第一階段是瀝青銑刨料的回收，第二階段是冷再生、拌合、攤鋪和壓實(shí)�；驹O(shè)備配置如下圖 1-1：

圖 1-2 就地冷再生設(shè)備配置（輪胎式）就地冷再生的特點(diǎn)是冷再生料是由專用的冷再生設(shè)備機(jī)組自行式完成，施工效率較高。由于所有的施工工序都是在現(xiàn)場(chǎng)完成的，免除了運(yùn)輸環(huán)節(jié)，所以成本上有優(yōu)勢(shì)。但缺點(diǎn)在于難以對(duì)冷再生料的質(zhì)量進(jìn)行有效地過(guò)程控制，冷再生料的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)配無(wú)法預(yù)測(cè)，冷再生料拌合的均勻性遠(yuǎn)不及廠拌冷再生。此外，關(guān)于冷再生層的平整度，就地工藝遠(yuǎn)不及廠拌工藝，因?yàn)槠降貦C(jī)的找平功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及攤鋪機(jī)。即便像配備了熨平板的履帶式冷再生機(jī)械，由于工作寬度不足一個(gè)車道，依次搭接而成的平整度仍不及一次成型的攤鋪機(jī)。近年來(lái)，為了彌補(bǔ)工藝上的不足，就地冷再生設(shè)備工藝也在發(fā)生一些變化。例如，在就地冷再生設(shè)備上安裝廠拌設(shè)備標(biāo)配的雙臥軸強(qiáng)制攪拌鍋以改善冷再生混合料的均勻性；在就地冷再生設(shè)備上安裝更寬的銑刨拌合轉(zhuǎn)子并且另外配備攤鋪機(jī)以改善冷再生層的平整度，基本設(shè)備配置如下圖 1-3 所示。這樣的變化有利有弊，一方面使工程質(zhì)量更有保障，但另一方面也使設(shè)備成本更高，實(shí)際上并不利于設(shè)備的普及推廣。

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文從拌合機(jī)理看，就地冷再生的拌合裝置是一個(gè)轉(zhuǎn)子，通過(guò)轉(zhuǎn)子上密布的刀具排合 RAP 集料的作用，而廠拌冷再生[83]則是采用雙臥軸強(qiáng)制攪拌鍋[84]，因此，量控制的角度出發(fā)，廠拌冷再生設(shè)備所采用的雙臥軸強(qiáng)制攪拌有利于集料的充是優(yōu)先考慮的施工工藝類型。就地冷再生的拌合機(jī)理如下圖 1-4 所示。廠拌冷的雙臥軸強(qiáng)制攪拌鍋如下圖 1-5 所示。

【參考文獻(xiàn)】

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1 王端宜;梁何浩;丁蓬勃;錢琪;徐馳;;滲固型瀝青混凝土路面封層性能室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)[J];公路;2015年11期

2 汪正興;王志海;劉增宏;;瀝青混合料理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)方法研究[J];中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2015年04期

3 李智;陳思宇;;基于虛擬抗壓試驗(yàn)的瀝青混合料質(zhì)量均勻性評(píng)價(jià)方法研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2015年S1期

4 王金勇;隋悅明;宋鵬飛;;公路基層泡沫瀝青就地冷再生施工技術(shù)[J];青島理工大學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

5 蘇衛(wèi)國(guó);孫浩;;舊水泥混凝土路面直接加鋪薄層瀝青罩面方案選擇分析[J];公路工程;2015年02期

6 馬士賓;陳奕;張彩利;王清洲;;基于顯微成像技術(shù)的溫拌泡沫瀝青水分消散規(guī)律研究[J];中外公路;2015年01期

7 代考;錢琪;梁何浩;王端宜;;巖瀝青微表處路用性能加速加載試驗(yàn)研究[J];公路交通技術(shù);2014年03期

8 朱興明;;泡沫瀝青現(xiàn)場(chǎng)冷再生室內(nèi)試驗(yàn)探索[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2013年12期

9 邱泳;秦建春;;泡沫瀝青冷再生技術(shù)及成套施工技術(shù)研究[J];水利水電施工;2013年06期

10 陳慨;鄭建新;;影響泡沫瀝青發(fā)泡性能相關(guān)因素研究[J];交通世界(建養(yǎng).機(jī)械);2013年12期

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1 姚強(qiáng)寶;;泡沫瀝青就地冷再生施工技術(shù)淺述[A];全國(guó)城市公路學(xué)會(huì)第十四屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

本文編號(hào)：2819557