专利名称：含沥青材料的现场低温再生的制作方法
背景技术：
本发明涉及重建(reconstructing)和铺设道路。尤其涉及现场低温再生(CIR)方法，用于设计沥青乳胶混合物和铺筑道路。
一般地，当修复道路时，材料被铣刨(milled)并被运走。随后将热混合物运送到施工现场，并将其放置在铣刨后的区域上。这样处理的一个缺点是耗时，因为该过程需要两种操作。在其中一个操作中，铣刨道路，清除材料。随后在第二个操作中，将热沥青运送到现场，并将其铺设在铣刨过的路面上。这样处理的另一个缺点是铣刨后的材料通常不能够再利用。
目前，可采用建筑道路用的含沥青材料的现场低温再生(CIR)方法对处于待修整或处于恶劣条件下的道路进行替换或者修复。但是，这些CIR处理过程缺乏充分的设计，由此存在普遍性的问题，如乳胶含量的不一致性问题。有时它们不能够体现所需要的性能。而且，用普通CIR处理得到的道路不安全，有时导致剥落(raveling)，路面有坑洞，具有车辙，瓦解(disintegration)问题和有裂缝。
为了克服这些缺陷，一种采用可再生材料且能提供较好路面性能的工艺是需要的。
发明概述本发明的目的是提供一种现场低温再生的方法，该方法可改善性能，并具有更强的一致性，从而可修复极度受损的道路段。
根据本发明，由修筑道路的方法可达到前述和其它目的。该方法包括获取具有代表性的道路路芯(core)，分析该路芯，粉碎路芯，在气候回顾的基础上选择基本上无溶剂型的乳胶，混合该乳胶和再生的沥青路面颗粒(RAP)以形成沥青乳胶混合物，通过剥落测试；由间接张力测试进行的热裂预告测试，结合真空饱和度进行的潮气敏感度测试，以及随后的干燥马歇尔稳定性测试来测试沥青乳胶混合物的性能。该方法还包括在这些测试数据的基础上设计CIR层。该方法还包括将现存的沥青层碾磨下来，剩下至少约1英寸的路面，将乳胶添加到再生的沥青路面颗粒中，将所设计的现场低温再生层铺设到道路上，并且压实它。
本发明的其它目的，优点和新的特征将在下面阐述，并为本领域所属普通技术人员所公知，并由本发明的应用所获知。
附图的简要说明该附图构成说明书的一部分，其中
图1表示应用在本发明的CIR处理过程中的RAP和岩石的筛网分析图表，在实施例1中进行描述；图2表示残余强度数据的图表，该数据由根据本发明的实施例1进行的潮气敏感度真空饱和测试获得；图3表示在实施例1中，根据本发明得到的样本和普通样本，在50℃温度下使用沥青路面分析机(Asphalt Pavement Analyzer)得到的比较数据的图表；图4表示在实施例2中，在根据本发明的CIR处理过程中应用的RAP和岩石的筛网分析的图表；图5表示根据本发明在实施例2中进行的剥落测试的结果的图表；图6表示在实施例3中进行的，在本发明的CIR处理过程中应用的RAP的筛网分析的图表；图7表示根据本发明，在实施例3中测量的道路的各种不同位置(station)上的硬度测量值的图表；图8表示在实施例4中进行的，在本发明的CIR处理过程中应用的RAP和岩石的筛网分析的图表；图9是在实施例4中讨论的，在25℃时比较本发明的样本和普通样本的弹性模量的图表；图10表示在实施例4中，本发明的含有3％重量乳胶的样本的间接张力强度的图表。
优选实施例的详细描述当公路表面达到使用年限时就需要考虑本发明的现场低温再生的处理方法。当公路显示出龟裂(老化开裂)，热裂，剥落和具有坑洼，车辙，沥青泛油或渗出沥青物，抗打滑性能降低，或者具有粗糙纹理时，本发明的CIR处理过程会需要被使用。在具有较低净空(clearance)的桥梁和天桥处，或者在关注路边高度(curb height)时，尤其需要涉及本发明的CIR处理过程。本发明可应用于乡村道路，州内高速路和州际高速路。尤其可应用于大约使用了12-25年的危险路段。CIR材料的特殊设计是基于属于本发明一部分的下列步骤和条件。本发明致力于解决普通CIR处理过程中存在的问题，如剥落，热裂，缓慢的养护时间和可靠性低的性能。本发明的CIR方法可对在结构上具有坚实基础和具有良好排水设施的非常危险的地段进行局部深度的修复。
首先，评估一段道路需要看它是否能够经受本发明的处理过程。老化的公路必须具有一定的厚度，从而优选在被铣刨掉2-5英寸之后至少剩下约1英寸厚度的路面。而且道路必须具有结构上坚实的基础，包括结构上坚实的路基层。对路芯取样以确定路面的不同状况，再生的沥青路面颗粒(RAP)所需的等级(gradation)和乳胶量，以获得配料设计。在历年的气候和应用温度的基础上选择乳胶的配方。按照配料设计的要求，需要将老化路面的上部铣刨掉，剩下至少1英寸的路面。仅仅将路面清除掉。在路面之下的岩石，砂砾或泥垢是不被消除。随后将RAP与所选择的乳胶混合以形成本发明方法的CIR材料。再将该CIR材料铺设在道路上并压实。
在评估完道路之后，本发明的CIR处理过程包括用从设计场地直接获得的材料制出预制(preconstruction)配料设计。从将要再生的公路区域获得的典型的路芯以评估现存的路面。优选取得的路芯是散布于规划路面的全长的，包括那些已注意到有明显差别的路面。路芯应该在实验室中研磨成粉(pulverize)，粉碎并过筛以形成RAP。该RAP被认为是用于进一步配料设计的黑色岩石(black rock)或者骨料。如果路芯显示出在各个区域中有显著的差别，如不同的类型或层厚度，则要在每个不同的公路段都要进行单独的配料设计。在添加沥青乳胶之前，应该将再生的沥青路面铣刨粉末(millings)混合到下列等级标准(精细，中等，粗糙)的配料设计中。
表1
用这些粉碎的铣刨粉末进行配料设计。配料设计包括确定等级并选择乳胶的量和组成。在粉碎之后应该通过清洗(washing)铣刨粉末并使其通过各种筛网而确定粉末的等级。使颗粒通过一系列越来越小筛孔的筛网，而确定精细和粗糙骨料的颗粒尺寸分布。优选使用在矿物骨料中通过清洗，对精细度高于75um(200号)筛网材料的标准测试方法(ASTM C117)，和精细和粗糙骨料的筛网分析(不超过40℃干燥)(ASTM C136)。
用样品分离器制备样品以保持材料的均匀。另一个方法是在实验室中干燥，筛选和重新混合(recombine)铣刨粉末以获得所需要的等级。建议的筛网是1/2英寸，3/8英寸，4号(0.187英寸)，8号(0.093英寸)和30号(0.0234英寸)。当采用100mm直径的压实模具(compaction mold)时，用1英寸的筛网筛除掉尺寸过大的RAP颗粒。
随后，从质量和体积测量中确定出RAP样品理论最大比重和密度。优选，对于含沥青的铺路材料混合物的理论最大比重和密度的标准测试方法(ASTM D2041)被用于确定Rice比重测试的尺寸。对应于每一组乳胶含量的四组样品都需要被测试其长期的稳定性和进行潮气测试。有两个样品需要进行Rice比重测试。测试具有最高乳胶含量的配料设计中的RAP样品的理论最大比重，随后返回计算具有较低乳胶含量的情况。
随后将沥青乳胶混合到研磨成粉的材料中。所使用的沥青乳胶的类型或配方应该由使用沥青环境中的气候和铺设时的温度确定。它们是可以选择的从而，例如，以改良RAP的覆盖力(coating)或者调节其破裂性质。优选使用FHWALTPPBindTM软件(Version2.1)，通过将位置靠近于规划所在地的天气状态输入数据，选择混合物低温裂缝的规范。配方设计规范所需的温度是在路面结构中的CIR上层处的最低温度，采用98％的可靠度(reliability)。
沥青乳胶是沥青，水，乳化剂和可能的添加剂的混合物。在室温(ambienttemperature)下它是液态。根据所要获得的特性，乳胶可以选择不同的配方。例如，它可以快速凝固(set up)，也可以提高含沥青材料的覆盖能力，以减少公路的裂缝或者可提高公路的强度。所使用沥青乳胶的类型应该由配方设计来确定，下面将要讨论。
乳胶优选包含约0.5-10％重量的乳化剂，约60-65％重量的固体沥青，水和任选的某些添加剂。乳胶优选是基本上无溶剂型的和水基乳胶。添加剂可以是乳液的约0.5-10％重量，可包含人造橡胶，塑胶体，其它粘性剂和石油馏分。添加剂优选包括最高为0.5％重量的燃油。根据所使用的添加剂，可将这些添加剂添加到固体沥青或者乳胶中以制备出改性的沥青，包括聚合体改性沥青。乳化剂可以是阴离子型，非离子型，两性型或阳离子型。优选乳化剂是阳离子型。
在应用中沥青乳胶的温度不应该超过120°F。通常在80°F-120°F应用。乳胶质量保证测试(The emulsion quality assurance testing)应符合下列要求表2
1将其放置在177℃温度下保持20分钟进行改性。这是优选的处理过程。乳化沥青的标准测试方法和应用(ASTM D244)真空蒸馏处理确定了沥青乳胶中的残余物和油馏出物。一旦满足最大油馏出物的值则会被替代。
2TBD-要在按计划制备乳胶之前由CIR配方设计确定。在计划的设计需求的基础上确定针入度的范围。
ASTM D5是确定半固体和固体含沥青材料的针入度的优选处理过程。该针入度测试是测量沥青粘合剂的较硬或较软的稠度(consistencies)。
将乳胶加到再生的沥青路面颗粒(RAP)中。乳胶的量应足够大，以使混合物不会太干燥而导致剥落，但其质量也不应太高而使该混合物易于形成车辙。乳胶通常约占混合物重量的1.5-4.5％。优选占混合物的2.4-4.0％重量。最优选占混合物2.8-3.3％重量。配方设计中推荐的乳胶含量为1.5％，2.0％，2.5％，3.0％，3.5％，4.0％和4.5％。优选有三种含量可供选择，从而将预计推荐的乳胶量包括于其中。在填加乳胶之前，一般约为1.5-2.5％重量的水被加入，这些水被认为是通过铣刨头(milling head)而加入的。如果混合物中含有任何添加剂，则这些添加剂在现声处理过程中以同样的方式导入。
再生的沥青路面颗粒(RAP)经铣刨后首先与水充分混合，随后与乳胶混合。应在室温下进行这些混合。与乳胶的混合时间不能够超过60秒。
将混合后的样本压实15分钟。优选在混合之后立刻压实样本。在压实之前在每个样品顶部和底部放置纸板。样品优选用SuperpaveTM回转压实器(SGC)，在100mm模具中，以1.25°角，600kPa冲压压力，30回转进行压实。模具不应该被加热。
在样本压实之后立刻将其从模具中挤出，将纸板小心地撤出。将样本放置在60℃中用强制通风炉在其侧边和顶部通风，通常是持续48小时。将每一份样本都放置在较小的容器中以估算从样本中流失的材料。
在这些样品上进行四种性能测试。它们是干燥马歇尔稳定性测试，采用真空饱和度进行的潮气敏感度测试，剥落测试和由间接张力测试(IDT)进行的热裂预报测试。这些测试确定了样品的性能。间接张力测试用来预报热裂，干燥马歇尔稳定性测试用来测量强度。剥落测试测量抗剥落性能，潮气敏感度测试测量样品承受潮气侵害的能力。为了合配方设计能够被采用，所以这些测试必须满足表3中列出的标准。
对于马歇尔稳定性测试，应干燥样本以保持重量。压实的样本需要养护以保持重量，但不能超过48个小时，也不能少于16个小时。恒定的重量定义为在2个小时之内的变化应在0.05％或更少。在养护之后，在室温下冷却样品最少约12小时，最多约24小时。
每个压实(养护和冷却)的样品的毛体积比重(密度)是已被确定。当样品在水中浸泡1分钟之后记录样品在水中的质量。样品的高度也被确定下来。
Rice(理论最大)比重也确定下来。优选其由包括干回(dry back)过程的含沥青铺路材料混合物的理论最大比重和标准测试方法(ASTM D2041)来确定其质量。不能用柔韧的抹刀(spatula)轻易破碎的成块物不应该被打碎。通常需要进行额外的干回处理以调整无覆盖层的颗粒。确定出每个具有不同乳胶含量的样本的空隙率。
通过测量路面材料混合物的抗塑性流动性而修正马歇尔稳定性。优选在40℃的强制通风炉中放置2个小时之后，通过采用马歇尔仪器的含沥青混合物的抗塑性流动性的标准测试方法(ASTM D1559-89)来确定。
潮气敏感度真空饱和度测试测量在现有的潮气环境中的残余强度。对于潮气敏感测试来说，正如在干燥的马歇尔稳定性测试中对样品进行的测试一样，在处于潮湿环境下的样本也进行相同条件和体积的量度。先合这些样品的空间饱和度到达其空隙体积的55-75％后，将样品浸泡在25℃的水中约23小时，随后在40℃的水中浸泡1小时。随后确定下来修正后的马歇尔稳定性。在潮湿环境下样本的平均强度除以平均干燥样本强度得到残余的稳定性。其可作为是一个导致剥落和坑洼的形成的脱模(stripping)和强度损失的指示。该残余稳定性必须大于或等于70％。
在进行干燥马歇尔稳定性测试和潮气敏感度测试之后，在指定的乳胶质量下对混合物进行间接张力测试(IDT)。该IDT测试估计使混合物开始开裂的低温。它预告混合物所能够承受的最低温度，并避免在CIR层的顶部出现裂缝。间接张力测试优选根据AASHTO TP9-96进行，该AASHTOTP9-96是确定蠕变(creep)规律和采用间接张力测试装置的热混合沥青(HMA)的强度的标准测试方法，还包括下面的例外情况样本直径约150mm，高度至少为115mm，在所设计的乳胶含量的情况下，将其压实，使其空隙率为指定空隙率±1％。测试样品在60℃中养护时间不少于48小时，不多于72小时。在48小时养护之后应每隔2小时检查一次样品的量，以确保其在2小时之内质量的变化小于0.05％。养护之后，应该从每份样品上切下约50mm高度的两份样本。在切除之后进行毛体积比重测试。
优选在这三个温度中的每一个至少需要二个样品。选择间隔各为10℃的三种温度，从而涵盖了规范中所指定的温度。例如，如果所需要的具体温度是-25℃，则-20℃，-30℃，-10℃或-40℃应是可选择的测试温度。在相同样品上进行张力蠕变测试之后应该直接在每个样品上进行张力强度测试，而测试的温度与在蠕变测试中的相同。作为环境的腔室必须至少到达约-40℃。
计算出的路面热应力曲线(从蠕变数据中获得)和张力强度线(三种温度的平均张力强度结果的连线)的图示的交叉值形成了标准的裂缝温度。为了通过该测试，针对在计划所实施的气候中CIR层的顶部的最低温度，由IDT预报的热裂温度应满足LTPPBindTM程序的需要，可靠度为98％。
进行马歇尔稳定性测试和潮气敏感度测试之后，在所设计的乳胶含量的情况下，在样品上进行剥落测试。该剥落测试可作为剥落的指示，当材料完全固化之前在其上驾驶车辆会引起所述的剥落。当将样品压缩4小时之后，测试15分钟。为了通过该测试，重量损失量必须小于2％重量。
进行剥落测试的仪器优选是A-120霍巴特搅拌器，该搅拌器被修正以使样品和磨损头(abrasion head)(包含软管)相互适应，从而进行磨损。优选使用泥浆表面的湿轨迹磨损的测试方法(ISSATB-100)进行剥落测试，剥落测试的转速不需要修正。从磨损头上拆下环形砝码(ring weight)以进行剥落测试。磨损头的砝码和接触样品的软管应该约为600±15g。所制备的样品必须可固定在磨损头下并居中以得到精确的结果，使磨损头可在竖向自由移动。用于固定和使样品居中的装置必须使样品有最小约1cm的用于磨损的量。
下面进行剥落测试。将两块中等等级的再生沥青样品或2700g重的现场样品从样本分离下来。压缩之后2700g重量的样品高度约为70±5mm。回收的沥青样品(2700g)放置在尺寸适于搅拌的容器中。将现场或设计中的水加入到每个再生的沥青样品中并混合约60秒。所设计的乳胶量也应该加入到每个再生沥青样品中，并混合60秒。将该样品立刻放置到150mm的回转压实模板中，并压实到20转。如果样品的高度不是70±5mm，则应该调整再生沥青重量。压实之后，从压实模具中拆下样品，并将其放置到平板上以在实验室常温(约65-75°F)中养护约4小时±5分钟。养护之后，剥落测试之前，应该对样本的重量进行测试。
将样本放置在剥落测试仪器中。样本需要小心对中并支撑好。与样本接触的软管的区域不能被预先使用。可以将软管旋转到没有磨损的(unworn)部分以进行测试。磨损头(和软管)应自由浮动在样品上，如果允许磨损则可竖直向下移动最小约5mm。磨损样品约15分钟并立刻称重。
剥落损失的百分比应如下确定((测试之前的Wt.-磨损之后的Wt.)/测试之前的Wt.)*100。两份样本的平均值应作为剥落损失的报告。两份测试样本的剥落损失值的精度差应不大于0.5％。如果两份样品的剥落损失值都大于10％，则取其平均值，而放弃精确的结果。
如果有必要，可用添加剂修正配方设计以满足表3的需要。添加剂，如石灰，附加骨料，聚合体或它们的混合物都可添加到混合物中以满足表3的需要。如果可能，在满足表4的前提下也可将额外的粉碎的RAP材料添加进去。碾压过的RAP应基本是无植物生长和其它有害材料，包括淤泥和粘土球。粉碎的RAP应最大不超过上面讨论过的尺寸，并且当与设计的铣刨粉末混合时，它应该制备出表3中所规范的产品。
如果需要加入骨料，则应该满足表5的要求，并且应被分等级从而制备表3中所规范的制品。
如果在道路中的不同地段发生显著变化，则应该改进配方设计以使道路每一段都满足表3的标准。例如，道路的一些区域需要比其它区域更高的乳胶含量。
在道路上铺设CIR材料之前，应从现存公路边缘去除杂草和其它植被，以防止在铣刨过程中使粉碎的含沥青的材料受到污染。
在进行铺筑期间，路面表面的温度可高达约160°F而无任何问题。现存的路面应被铣刨到预定的深度和宽度，至少剩下1英寸的路面，并且不移走任何砂砾，泥土或石头。通常，当铣刨道路时，所移走的路面厚度约为2-5英寸。在加入乳胶之前，每隔1/2英里取一定量的研磨成粉末的含沥青材料的样品，并用1.25英寸筛网(如果需要或用更小的筛网)进行筛选，以确定是否研磨成粉末的材料符合配方设计的最大颗粒尺寸。为了确定乳胶的含量，在整个项目中路面的起始部分中取得的样品就可以确定粉碎的材料最接近于哪个设计等级。
自力推进式的低温铣刨机器可用于单程地将现存的含沥青材料研磨粉碎到所需要的深度，优选其可铣刨到约12.5英尺的宽度。该机器优选具有自动的深度控制功能以将切割深度保持在所需深度的±1/4英寸范围内，并且具有正性装置(positive means)以控制横向坡度(cross slope)的升高。
具有筛选和粉碎功能的用来分级材料的单元可在其与沥青乳胶混合之前，将研磨粉碎的含沥青材料减少到所需要的尺寸。该筛选和粉碎单元优选应具有可将过大尺寸的材料返回到粉碎机内的闭合回路系统。所有再生的沥青路面材料应处理到符合所要求的最大尺寸。
使用安装了可对研磨粉碎了的和分级了的含沥青材料进行连续称重的运送带的搅拌单元。它优选与控制液体计量装置的计算机配套使用。该搅拌系统优选是交通工具上自带的搅拌机(pugmill)。液体计量装置优选能够调节沥青乳胶的流量以补偿倒入混合物中的粉碎物质的重量的任何变化。在铺路机和搅拌机之间优选具有双向联系以使它们彼此相距很近。它们优选彼此相距约50码之内。
沥青乳胶和水应以由配方设计所确定的初始速度注入至研磨成粉的含沥青的材料中。总计水量可包含加在铣刨头上的水量，也可包含从搅拌单元中附加的水量。在覆盖力和破裂特性的基础上可根据需要调整沥青乳胶和水的比率。RAP应该比经普通处理的具有更完全的覆盖力。在道路的各个部分都需要确定不同级别的沥青乳胶的取样和混合设计。
从搅拌机中导出CIR混合物，并放置到道路上以形成料堆。拾料机(pick-up machine)由铺路机带动，用于将回收的材料从料堆运送到沥青铺路机的接收料斗中。拾料机应能够将料堆向下移动到铺设在下面的材料处。该拾料机应在搅拌系统约150英尺的范围内。再生材料可沿一条连续的路径进行铺设，而没有间断。
上述设备(搅拌机，拾料机和铺路机)可被结合使用为自力推进式的具有自带搅拌单元和乳胶罐的铺路机，其中铣刨过的材料可直接加到料斗上。
铺设的过程中应定期使用水平仪(level)检查低温再生材料的横向坡度。在完成滚压(rolling)之后，从放置于平行和横切于中心线的表面上的10英尺直边的下缘，其光滑度(smoothness)的变化量不应该超过1/4英寸。
以不破坏铺设在现存道路下层的材料的方式进行再生。铣刨操作应该使沿切割竖直面的精细量不阻碍低温再生材料的粘结。粉碎的含沥青材料应该经过筛选和粉碎处理以达到需要的等级。当在CIR操作过程中遇到筑路构筑物(paving fabric)时，有必要调整设备或操作，以使再生材料中至少约90％的破碎构筑物不超过5平方英寸。另外，不允许有任何尺寸超过4英寸长度的构筑物碎片。这些变化包括，但不仅仅限于调整铣刨率和附加或拆除筛网以获得所需的再生材料。
本发明的另一方面涉及对现场处理过程的监测。铣刨的标准深度应每隔1/8英里在两个竖切割直面外侧进行检查。也需要检查RAP等级。如果在操作设备的过程中，在加入乳胶之前需要对再生沥青路面材料进行取样，则必须将其放置在密封的容器中，而不能有任何潮气泄露。样品必须在24小时之内与现场乳胶混合，并根据配方设计进行测试，从而符合表3的要求。另外，如果需要测试已经混合的混合物的样品，则必须将该样品在取样的15分钟之内压实，随后根据配方设计规范进行测试。
用核子湿度密度仪(nuclear moisture density gauge)确定新铺设的CIR层的湿密度。确定出滚筒压力和方式(pattem)以获得需要的密度。优选采用反向散射方法，采用通过核子的方法在空间对含沥青混凝土的密度进行标准测试的方法(ASTM D2950)，以确定湿密度。滚压方式也被确定下来，以在相关核子密度的读数的基础上用具体的滚筒而得到最大的密度。但是应小心不能对罩面(mat)滚压过量，这可通过目测观察裂缝来实现。如果再生的材料有变化，应该确定新的滚压方式。由于现存的路面有变化，骨料有变化，或者采用的乳胶有变化，可以使用多于一种的滚筒方式。
用滚筒完成回收混合物的压实。滚筒优选带有水和刮刀(scraper)系统以防止轮胎和滚筒粘到刚制备出来的CIR材料。确定滚筒方式以由核子密度测试获得最大的密度。持续滚压直到不再有位移(displacement)或者直到气胎滚筒离开混合物。最后一次滚压以去除气轮胎的痕迹，并且获得密度，由双鼓钢滚完成。随后使用选择过的滚压方式，除非再生混合物有变化或者铺设位置有变化而在当时建立了新的滚压方式。当再生材料存在有明显的位移和/或裂缝时，需要变化滚压或者滚筒方式。一般在铺设好CIR层的15分钟之内滚筒开始进行压实。在铺路机工作之后优选不超过30分钟开始进行滚压。优选在碾磨之后不超过1小时完成滚压。在可能的情况下，在确定滚压方式时，不应该开始滚压或者不应该停止在没有被压实的材料上，以使滚压从原先压实过的材料或者路面上开始或结束。
在完成压实再生材料之后，至少约2个小时内不应该允许车辆通过。如果针对于会引起剥落的车辆的养护是充分的，则该时间可以减少。当道路对车辆开放时，再生筑路材料表面应保持适于车辆安全行驶的状态。所有在公路表面上的松散颗粒都由动力清扫机清除。
在CIR材料表面铺设磨损表面之前，CIR材料能够单独支撑车辆。在铺设磨损表面或者处理CIR层之前，应养护CIR层直到其潮气减少到约1.5％重量或更少。磨损层可以是冷的，热的或者暖的混合物覆盖层，密封层，碎片密封层，雾气密封层或者是其它处理表面。因为CIR表面可支撑车辆，所以如果需要可延迟铺设磨损层表面几天。
本发明的处理过程优选在50°F或高于50°F的条件下进行。优选没有雾气或雨水。优选在铺设任何计划部分之后的48小时之内没有冰冻温度。
本发明的低温现场再生处理过程能够去除热裂和反射裂缝，重新铺设顶部，保持路面净空和路缘高度，提高劣质骨料的等级，用添加剂，如聚合体来提高路面的质量，比原始路面具有更高的质量，重新利用现存材料，最小程度地使用新材料，最小程度地花费封闭车道的时间，提供一条更新，更光滑的黑体表面(black surface)。本发明的CIR方法能够改善剥落，隔离的车辙，乳胶含量的一致性，养护时间的延长，压实问题，通过车辆时引起的瓦解，潮气敏感度和抗裂缝程度方面起重要作用。该CIR材料比普通的CIR材料更坚实，更有预见性，更高的性能，覆盖力更强，耐久力更长，膜厚更高。
本发明的CIR处理过程可在每年中应用的天数更长，因为该处理过程比普通处理过程要求的温度更低，并且在每天中应用的小时数更多，因为CIR材料比普通的处理过程中的材料压实的速度更快。在一个小时之内新的路面就可以支撑一些车辆，铺设后2个小时之内就可通过大型卡车。当经本发明的处理过程而形成的CIR材料到达其使用寿命时，可再利用的车道本身可再次利用。
实施例1现场低温再生(CIR)方案在海拔约5610英尺的亚利桑那州的US-191上实施，需要约245,040平方米的CIR材料。该公路的地形非常平坦。如表6所示该地区具有通常的高和低温及通常的降雨量。
每年的降雨量是9.63英寸。该项目是在90年代中期兴建的，并且当时阳光充足，潮气适度。
平均车流量是每天有525辆交通车辆和60辆运货卡车。按单轴承载18千磅(ESAL)计算每年累计是13000。20年的ESAL是317,000。路面为平均厚度约为5.5英寸的热混合沥青。该路面带有多层密封层，并且已被使用了20年。
FHWALTPPBindTM(Version2.1)程序要求粘合剂承受64℃的路面温度(98％可靠度)，用于表面混合物。可靠度为86％时公路表面温度是58℃。
粉碎从本项目获得的CIR铣刨粉末并送到实验室以进行评估。用本发明的处理过程进行配方设计。将研磨粉末进行烤炉燃烧(oven ignition)，发现其含有6.3％重量的沥青。母体岩石由圆形的(rounded)和粉碎的材料构成。母体岩石的等级如图1所示。这是0.45次方(power)的等级图表。X轴表示各种筛网尺寸。从右到左它们依次为1英寸，3/4英寸，1/2英寸，3/8英寸，4号，8号，16号，30号，50号，100号和200号。Y轴是穿过特定筛网的累计百分比。没有标识的直线是最大密度线，即参照线。线的分离部分是限制带。
尺寸大于1英寸的材料在混合之前被筛选出来。用SuperpaveTM回转压实机在100mm的模具中到30转时进行配方设计。将普通的CIR材料和本发明的处理过程中获得CIR材料进行短期强度的测试比较。测试长期养护的样品的强度，并在水饱和状态之后保持该强度。
用2.5％重量的乳胶制备样本，将其压实之后，模拟现场养护最差的条件，即在30℃，50％潮气的环境中养护该样品。在4小时和24小时之后，对各个样本进行间接张力测试。
测试之后，由本发明的CIR处理过程而形成的样品的内部覆盖力强于普通CIR样品的。在4个小时时获得的样品中，本发明处理的CIR材料的强度比普通CIR材料增加了19％，在24个小时时获得的样品中，本发明处理的CIR材料的强度比普通CIR材料增加了38％。在4-24小时之间本发明的CIR处理过程而获得的样品的强度都有显著增加(49％比32％)。
将带有两种不同的乳胶含量的普通CIR和本发明的CIR材料，都压实到小于1％湿度之后进行养护。在养护之后，一半样品在干燥条件下测试，对另一半样品进行水的真空饱和度测试并浸泡24小时。饱和数据显示耐久力(长期强度)。所有的样品都在40℃进行测试，见表7和图2。
获得路芯，并且对路芯5和6之外的路芯进行粉碎。将铣刨粉末进行烤炉燃烧，上述被粉碎的路芯混合物中沥青含量是6.2％重量。路芯5和6的沥青含量是6.9％重量。
实验室设计要求乳胶含量是2.5％重量。乳胶的变化值为1.9％-3.0％重量。乳胶含量为1.9％重量的用于高沥青含量的公路段上(在设计过程中对路芯测量得到的)。这一含量还是比较低的。在现场粉碎的材料比原始设计精细。在最后的1,600英尺乳胶含量增加到3％重量。该乳胶含量没有出现问题。
铣刨的深度是3英寸。在项目的大部分路段将铣刨粉末与普通CIR材料混合。在最后6.5英里采用本发明处理过程而获得的CIR材料。取出路芯并进行配方设计。路芯数据如表8所示。实施计划的整个状态如表9所示。在铺设好CIR材料层之后，在整个项目路段上再覆盖2英寸的热混合沥青。
核子密度测试的结果如表10所示。在带有潮气的混合物上的核子密度测试的结果一般仅表示趋势，并且没有真实的密度值或没有真实的潮气含量。滚筒方式是由3程的钢轮再加再印上13程的气胎滚筒。
在第一天所完成的最后一段和采用1.9％重量乳胶含量完成的一段上有一些剥落。剥落情况较轻，并且是滚筒拾取(roller pickup)造成的结果，在另一段中，是由于低乳胶含量的结果。由于滚筒上的刮刀和水系统没有工作而造成滚筒拾取的现象。
在铣刨之后最多三个小时卡车行驶在罩面上没有车辙的痕迹。
表8-现有路面的厚度和路芯数据
表9-项目回顾和乳胶含量
表10-核子测试结果
在完成项目之后，从亚利桑那州中的US191上的比较计划中取出现场路芯。这些路芯用沥青路面分析器(APA)，也就是一种链轮装置中在水下进行测试。图3示出了本发明的CIR的路芯比普通的CIR的车辙少，即使本发明的CIR路芯具有很高的乳胶含量。这个结果在场地中也得到证实。在应用普通CIR的路段显现隔离的车辙，而采用本发明的CIR材料的公路段则没有。
实施例2现场低温再生(CIR)设计在海拔约1637英尺的南达科他州的US-218上完成。如表11所示该地区具有通常的高和低温及通常的降雨量。
每年的降雨量是22.1英寸。
FHWA LTPPBindTM(Version2.1)程序要求粘合剂承受64℃(大部分为58℃)的路面温度(98％可靠度)，用于表面混合物。低温等级是-34℃(约为-28℃)。
从项目开始获得CIR铣刨粉末并在实验室中评估。用本发明的CIR方法进行配方设计。对粉末进行烤炉燃烧，发现其含有8.0％重量的沥青。母体岩石由42％重量的2次粉碎面(2-crushed face)，18％重量的1次粉碎面(1-crushed face)和40％重量的未粉碎材料构成。母体岩石的等级如图4所示。
尺寸大于1英寸的材料在混合之前被筛选出来。用SuperpaveTM回转压实机在100mm的模具中到30转时进行配方设计。将普通的CIR材料和从本发明的方法中获得的CIR材料进行短期强度的测试比较。测试长期养护的样品的强度，并在水饱和状态之后保持该强度。
样本中的乳胶含量为1.5％重量和3.0％重量，将其压实后，模拟现场最差的条件，即在30℃，50％潮气的环境中养护该样本。4小时之后，对样本进行间接张力测试。由本发明的CIR处理过程而形成的CIR材料早期强度高于普通CIR的30％。
对具有从配方设计所确定的乳胶含量的材料进行剥落测试。将样本压实到设计时所获得的大约密度。图5示出了剥落测试的结果。该数据表示由本发明的方法而获得的CIR材料比普通CIR材料在车辆下的剥落少的多。
将带有两种不同的乳胶含量的普通CIR和本发明的CIR材料，都压实到小于0.5％潮气之后进行养护。在养护之后，一半样品在干燥情况下被测试，对另一半样品进行水的真空饱和度测试并浸泡24小时。饱和数据显示耐久力(长期强度)。所有的样品都在40℃进行测试，。
从两份CIR材料得到的结果都很好。由本发明的处理过程获得的CIR材料的残余稳定性全部具有很好的百分比。其稳定值也稍微好一些。用本发明的CIR处理过程获得的混合物比普通CIR材料的覆盖力略微好一些。由于时间紧迫，已经完成了设计，但没有实施它。
实施例3
现场低温再生(CIR)方案在海拔约836英尺的蓝色地球村，明尼苏达实施。如表13所示该地区具有通常的高和低温及通常的降雨量。为了进行配方设计，提取路芯并在实验室中进行粉碎。
FHWALTPPBindTM(Version2.1)程序推荐用于表面的粘合剂等级(PG)是58-34(98％可靠度)和PG是58-28等级的粘合剂，可靠度为92％。将等级PG为58-40的粘合剂用在SuperpaveTM表面混合物中。
路芯被粉碎，形成了不同的等级。采用本发明的处理方法对带有不同等级的铣刨材料进行配方设计。对粉末进行烤炉燃烧，发现其含有6.5％重量的沥青。RAP铣刨粉末的等级如图6所示。
尺寸大于1英寸的材料在混合之前被筛选出来。用SuperpaveTM回转压实机在100mm的模具中到30转时进行配方设计。在进行水饱和之后对养护的材料进行强度和残余强度的测试。比较普通CIR材料和中等等级的RAP。所有的样品都在40℃进行测试，见表14的数据。
用中间等级RAP比较普通CIR和本发明处理方法而获得的CIR材料而进行剥落测试。在普通CIR材料中采用1.5％重量的乳胶含量，在本发明的CIR材料中采用3.0％重量的乳胶含量。在测试之前，将样品压实到接近设计中得到的密度，并且在实验室正常温度下进行养护。测试15分钟之后，本发明的样品损失1.6％重量。在测试2.5分钟之后，普通CIR材料的样品损失了25.7％重量。
普通CIR样品的绝对(unconditioned)稳定值高于本发明的CIR样品的稳定值。尽管本发明的CIR样品的饱和度水平比较高，但是它具有较好的残余稳定值和残余百分比值。
精细和粗糙等级在短期和长期测试中没有问题。推荐的乳胶含量是中等等级2.9±0.25％，精细等级3.2±0.25％，粗糙等级3.0±0.25％。在现场中基于覆盖层和其他可见因素，容许公差为±0.25％。
下列是普通链轮系(train)的设备约12.5英尺宽的铣刨机；包含有混合器(shaker)的筛网，粉碎机和搅拌机；6,000加仑的罐子；拾取装置；带有磁轨的铺路机；在前方外延带有切割板的刮板(screed)(12英尺)。
对成品的第一，第二，第四天对普通链轮/铺路机处理和本发明处理过程的CIR材料进行等级的检查。为了快速获得结果，在测试之前，材料没有完全干燥而使其暴露在空气中。结果如表15所示。
表15-从蓝色地球村样品中获得的等级结果
三种供选择的配方设计包含了现场中的等级。“两次铣刨”的测评是指当修正道路的一部分时(测地学(geometrics)等)，在铣刨机前方的铣刨粉末，并且不知道这些粉末是否与道路的其余部分的材料性质是一样的。
平均的乳胶合量为3.25％重量。这个数据是从4,738吨的RAP(潮气修正之后)和154吨的本发明的CIR材料中获得。在本发明的现场低温再生表面上，在道路的各种区段可进行四种表面处理，一层2英寸的SuperpaveTM覆盖层(1英里)，雾气密封层(0.25英里)，碎片密封层(0.25英里)，双重碎片密封层(0.25英里)。
在完成计划之后，在蓝色地球村，明尼苏达州中的项目中又引入了一种新的装置。用Humbolt硬度测量器确定路面的强度。这种便携式器具在100-196Hz之间的25个稳定状态频率处向新的再利用公路传递很小的位移。在每个频率处确定硬度，于是平均值便显示出来。使用低频率时，表面的阻抗是由硬度控制的，并与再生材料的剪切模量成正比。在本发明的CIR材料和普通CIR上用Humboldt硬度测量器测量硬度。本发明的CIR材料一天之后的硬度值高于普通CIR在一星期之后的硬度值。见图7。
实施例4现场低温再生(CIR)方案在惠特曼，华盛顿州实施。为了进行配方设计，提取路芯和在实验室中进行粉碎。此项目显示了普通CIR材料和本发明的CIR材料之间的不同。该地海拔约为2545英尺。如表16所示该地区具有通常的高和低温及通常的降雨量。
每年的降雨量为21.1英寸。
FHWA LTPPBindTM(Version2.1)程序推荐表面的粘合剂等级(PG)是58-28(98％可靠度)。将等级PG为64-28的粘合剂用在表面混合物中。
从需要再生的区域取得路芯，并送到实验室以进行评估。粉碎路芯，形成不同的等级以预告在此项目中铣刨粉末的等级。由于在实验室中为了获取中等和粗糙等级而进行了过度粉碎，所以精细铣刨等级不考虑在内。过量粉碎是指用一般的现场低温再生铣刨设备可能不会获得精细等级。采用不同的铣刨等级，确定本发明所形成的CIR材料的配方设计。对粉末进行烤炉燃烧，发现其有6.7％重量的沥青含量。在烤炉燃烧之后所检测的所有岩石都是有棱角的。RAP粉末的等级如图8所示。
在一些层之间存在剥离(debonding)现象，即在公路表面出现疲劳裂缝。可见的脱模是不易察觉的。在四个路芯上进行脱模测试，AASHTO T283，以确定是否存在脱模或者是否混合物有脱模的可能性。将样品的空隙间水饱和至75％时，冰冻30小时，在60℃的水中浸泡23小时，并在25℃环境下进行测试，间接张力强度比值是63％。SuperpaveTM配方设计需要在新制备的热混合物样品上具有70％或80％的残余强度。在这种情况的样品上没有可见的脱模。该测试表示脱模普遍不存在。
尺寸大于1英寸的材料在混合之前被筛选出来。用SuperpaveTM回转压实机在100mm的模具中到30转时进行配方设计。在进行水饱和之后对长期养护的材料进行强度和残余强度的测试。将采用中等级的带有石灰的普通CIR材料与本发明的CIR进行比较。也比较带有石灰的本发明的CIR材料(2.7％重量的乳胶)和不带有石灰的本发明的CIR材料。石灰作为泥浆附加进去，并且石灰固体含量为1.5％重量。
将中间等级的比较普通CIR(带石灰)和本发明处理方法而获得的CIR材料而进行剥落测试比较。将样本压实到接近设计密度，并且在测试之前在实验室正常温度下养护4小时。4分钟之后，普通CIR材料的样品损失了16％重量。在15分钟之后，本发明的样品损失1.5％重量。
每个等级类型按不同的乳胶含量制备样品，并且在压实到少于0.5％潮气之后进行养护。对普通的和本发明的CIR材料用中间等级。也测试带和不带石灰的粗糙等级的样品。
养护之后，在已经真空水饱和的样品上进行应用马歇尔稳定性进行的潮气敏感度真空饱和测试，并浸泡24小时。饱和数据表示长期稳定性。40℃时的Hveem稳定性是测量干燥强度的。所有样品都在40℃下进行测试，数据见表17。
表17
本发明CIR材料的覆盖力明显高于带有石灰的普通CIR样品的覆盖力。在具有潮气条件下，本发明CIR处理的样品具有较好的残余强度值。
粗糙等级样品的强度和体积测量表示与中等等级样品之间没有什么区别。
推荐用于本发明的CIR材料的乳胶含量是中等等级3.0％-3.4％，粗糙等级3.0％-3.4％。这些数字决定于通过铣刨，粉碎和筛选而获得的等级。在场地中覆盖力和其它可见的因素的基础上允许有0.25％的容许公差。
养护到潮气小于0.5％时，由样品的马歇尔稳定性和Hveem稳定性而测量的长期强度，在普通CIR样品和本发明的CIR样品之间是可进行比较的。本发明的CIR样品水饱和后的残余稳定值稍微高一些。本发明CIR样品的改进的覆盖力是残余稳定值较高的一个因素，它是长期耐久力的指示器。
表18列出的是在华盛顿的RAP的等级。这些等级适合于在方案设计中所进行的混合物测试的范围。
在华盛顿州的US270上的计划场地中提取再生混合物。这些混合物在实验室中压实，并用来测试弹性模量。图9示出了比普通混合物高出很多的本发明的CIR材料的模量。
在实验室中从项目中的铣刨粉末和乳胶样品中在SuperpaveTM回转压实机上提取弹性模量样品。在实验室中完成弹性模量测试，从表19中可看到结果的概要。这些样品的空隙率也记载在表19中，并且很接近原始配方设计所测试的数据。本发明的CIR材料和普通CIR的弹性模量的更详细的测试结果分别在表20和21中列出。
在实验室中从项目中的铣刨的粉末和乳胶样品中提取用于热裂测试的间接张力样品。图10示出了本发明的含有3％重量比的乳胶的CIR材料的IDT测试结果的图表。普通CIR样品的一致性不充分因而不能用来分析。该结果预告了本发明的CIR材料在-26℃时最初的热裂。
表18-场地分等级的结果
表19-弹性模量总结和空隙率数据
样品在60℃的温度下养护48小时。测试在一个星期之内完成，并且在此过程中样品保留在常温环境中。
表20-弹性模量数据-3％重量本发明CIR处理过程的乳胶(不含石灰)
表21-弹性模量数据-2％普通CIR材料(石灰泥浆)
实施例1-4的比较将四份不同项目中的材料用普通CIR和本发明的方案产生的CIR样本进行测试。表22示出了本发明的再生混合物和现场项目中采用的普通系统的大致等同的马歇尔稳定性。在浸泡之后，本发明处理的CIR样品比普通的混合物具有更到的残余稳定性。
由前所述，可看到本发明非常适于达到所有上述的目的和目标，并可达到所能够预见的其它优势。应该理解某些特征和附属特征是有效的，不用考虑其它的特征和附属特征。它们都包含在权利要求中。因为一些可能的实施例没有脱离本发明的范围，所以应该理解为前面所述的实施例和附图仅仅为示例，本发明并不限于此。
权利要求
1.一种重建道路路面的方法，该方法包括提取所述道路的路芯；分析该路芯；粉碎路芯以形成再生的沥青路面颗粒；在气候回顾和应用温度的基础上，选择基本上无溶剂型的乳胶；混合上述乳胶与上述再生的沥青路面颗粒，从而形成沥青乳胶混合物；采用剥落测试，热裂测试，潮气敏感度真空饱和测试和干燥马歇尔稳定性测试，测试所述沥青乳胶混合物的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括将路面从道路上铣刨下来，以形成再生沥青路面颗粒，并使该道路上至少剩下约1英寸的路面材料；混合再生的沥青路面颗粒和所述的乳胶以形成现场低温再生层；将该现场低温再生层铺设在道路上。
3.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括用滚筒压实所述CIR层，其中在铺设完所述CIR层之后，所述滚筒可压在CIR层上高至约1小时。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在提取道路路芯之前，对道路进行评估。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述评估包括检查道路以确定是否道路足够厚以在铣刨之后至少可剩下1英寸的基底路面，确定是否所述道路具有结构上的坚实路基，并且确定是否所述道路具有良好的排水系统。
6.根据权利要求3所述的方法，该方法还包括铺设磨损表面，其选自冷的，热的或暖的混合覆盖层，密封层，碎片密封层，雾气密封层，或者其它处理层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述路芯能代表道路中的各种变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中至少配置出两份沥青乳胶混合物，以应用于该道路的至少两个具有不同组成的部分。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述乳胶由乳化剂，固态沥青和水构成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物还包括石灰，岩石，聚合体，人造橡胶，塑性体，其它粘合剂和石油馏分或者它们的混合物。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述乳胶是无溶剂型的。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述乳化剂是阳离子型。
13.根据权利要求2所述的方法，其中所述CIR层可支撑车辆。
14.根据权利要求3所述的方法，其中滚筒在铺路机工作之后进行不超过30分钟的滚压。
15.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法可在至少约50°F的温度下实施。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述沥青乳胶混合物在养护至少约4小时之后，其剥落不超过约2％重量，临界裂缝温度在可靠度为98％时至少与所述道路可能的最低温度一样低，所述沥青乳胶混合物具有至少约70％的残余强度。
17.根据权利要求2所述的方法，其中约100％的回收沥青路面颗粒可通过1.25英寸的筛网。
18.如权利要求2所述方法处理的制品。
19.如权利要求3所述方法处理的制品。
20.如权利要求6所述方法处理的制品。
21.一种采用混合物配方设计所铺筑的道路的CIR层，该层包括混合物有一种沥青乳胶和回收的沥青路面颗粒，其中所述CIR层由混合物配方设计获得，在养护至少4小时之后，该混合物剥落不超过2％重量比，临界裂缝温度在可靠度为98％时至少与所述道路可能的最低温度一样低，所述沥青乳胶混合物具有至少约70％的残余强度。
22.根据权利要求21所述的层，其中约100％的回收沥青路面颗粒可通过1.25英寸的筛网。
23.一种重建路面的方法，该方法包括通过检查道路以确定是否道路足够厚以在铣刨之后至少可剩下1英寸的基底路面，确定是否所述道路具有结构上的坚实路基，并且确定是否所述道路具有良好的排水系统，而进行对道路的评估；提取所述道路的路芯；分析该路芯；粉碎路芯以形成再生的沥青路面颗粒；在气候回顾和应用温度的基础上，选择基本上无溶剂型的乳胶；混合再生的沥青路面颗粒和所述的乳胶以形成沥青乳胶混合物；采用剥落测试，热裂测试，潮气敏感度真空饱和测试和干燥马歇尔稳定性测试，测试所述沥青乳胶混合物的性能；将路面从道路上铣刨下来，以形成可再生的沥青路面颗粒，并使该道路上至少剩下约1英寸的路面材料；混合回收的沥青路面颗粒和所述的乳胶以形成现场低温再生层；将该现场低温再生层铺设在道路上；用滚筒压实所述CIR层，其中在铺设完所述CIR层之后，所述滚筒可压在CIR层上约1小时；和从下列组中选择出一组作为磨损表面冷的，热的或暖的混合覆盖层，密封层，碎片密封层，雾气密封层，或者其它处理层。
24.根据权利要求23的方法的制品。
全文摘要
一种重建道路的方法，该方法包括提取所述道路的代表性路芯；分析该路芯，粉碎路芯以形成再生的沥青路面颗粒；在气候回顾和应用温度的基础上，选择基本上无溶剂的乳胶；混合上述乳胶与上述再生的沥青路面颗粒，从而形成沥青乳胶混合物；采用剥落测试，热裂测试，潮气敏感度真空饱和测试和干燥马歇尔稳定性测试，测试所述沥青乳胶混合物的性能。该方法还包括在测试数据的基础上设计CIR层。该方法还包括将路面从道路上铣刨下来，至少剩下约1英寸的路面材料；将乳胶加入到再生的沥青路面颗粒中，将所设计的现场低温再生层铺设在道路上，并将其压实。
文档编号E01C23/06GK1533460SQ02811984
公开日2004年9月29日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年6月14日
发明者托德·托马斯, 阿利斯·卡德尔马斯, 卡德尔马斯, 托德 托马斯 申请人:Kmc企业公司