西寧瀝青路面冷再生施工技術研究
2023-10-31 來自: 青海明飛投資發展有限公司 瀏覽次數:251
目前,瀝青路面的再生利用在美國已是常規工藝,其重復利用率高達80%,用于瀝青路面的瀝青料達到1000~1200萬t/年。在2025年前,中國的瀝青舊料回收量預計將達2.4億t/年,如果30%約8千萬t舊料得以回收,那么這將減少開采石礦7.2千萬t,節約瀝青400萬t。我國在20世紀80年代曾經不同程度的利用過舊瀝青混合料修路,但是通常只用于一般交通路面、路面墊層和非機動車道等。近年來,為了適應資源節約型、環境友好型社會建設的要求,瀝青路面再生技術在我國公路建設和養護中逐漸推廣應用。2008年,交通運輸部發布了《公路瀝青路面再生技術規范》,并于2008年實施,為我國瀝青路面再生技術提供了行業標準。
1 冷再生工藝特點
瀝青路面冷再生是將舊瀝青路面回收材料在常溫下,通過適當工藝加工后又重新加以利用,由于該工藝過程中材料不需要加熱,而是在常溫下完成,故稱之為冷再生。冷再生技術的分類:按結合材料分類可分為水泥再生、乳化瀝青再生、泡沫瀝青再生等;按再生作業地點分類,可分為就地再生和廠拌再生。機械化施工可以實現路面結構的完整性:利用再生機械,可以保證路面再生結構瀝青路面冷再生施工工藝及設備層厚度均勻穩定、混合料拌合充分,避免了可能出現的厚薄不均、混合料質量不穩定等現象。冷再生工藝中微機控制系統是質量的保證,再生技術所添加的液態穩定劑采用微機系統控制輸送,確保所用材料的計量和可靠輸送。傳統工藝施工周期長,路基將承受頻繁的載荷作用,很容易受到破壞。
而對于冷再生施工,再生機在暴露的路面上一次性作業,很少損壞路基。冷再生工藝利用原路面材料,不改變路面寬度,路面高程只有微量變化,不影響原有排水設施的正常使用。傳統加鋪方式施工,會造成路面高程不斷提高,為保證路面寬度,路基需要不斷加寬。而冷再生施工避免了因路基加寬增加公路用地。常規的路面大修工藝很容易占用路面,造成交通堵塞。冷再生機械具有很高的生產效率,一次性成型,縮短了工期,降低了交通干擾時間。此外,冷再生優勢就是不廢棄原路面材料,這樣既減少了因開采石料等對地表層造成的人為破壞,也使運輸量大為減少,降低了能源消耗及運輸車輛另加給路網的損害。
同時,冷再生機也是今后的重要發展方向。目前國內路面銑刨機銑刨后的舊瀝青混合料大部分用于其他公路的施工或作為垃圾處理。以前銑刨后的舊瀝青料以50元每車的價格賣給縣鄉公路施工部門,現在要花10元錢堆放于垃圾場,形成環境污染,不利于環保,也不利于原材料的再利用。
瀝青路面就地冷再生技術通過重復利用瀝青混合料(主要為砂石料和瀝青材料),對現有已損壞的路面進行加強,并達到節約資源和保護環境的目的。其優點是原路面材料的重復利用,能較大程度地節約資源,保護環境,避免山石被過多開采。大修高速公路,大量瀝青路面廢料的堆放將使資源的有效利用、廢料存放場地及環保等問題越來越突出,瀝青路面廢料的再生利用不單單是技術問題,更是一個社會問題。
2 泡沫瀝青就地冷再生
泡沫瀝青就地冷再生是將回收瀝青路面材料就地摻入泡沫瀝青(必要時加入級配料改善混合料級配)拌和成混合料,然后整平碾壓形成柔性基層或底面層。當冷水與熱瀝青(140℃以上)接觸時,將發生以下連鎖反應:熱瀝青與小水滴表面發生熱量(能量)交換,使水滴迅速升溫至100℃,同時瀝青冷卻;瀝青傳遞的熱量超過了蒸汽體熱,導致體積膨脹,產生蒸汽。膨脹腔里的蒸汽泡在壓力下壓入瀝青的連續相;隨著容有大量蒸汽氣泡的瀝青從噴嘴噴出,壓縮蒸汽膨脹使瀝青形成薄膜狀,并依靠薄膜的表面張力將氣泡完全裹覆;在膨脹過程中,瀝青膜產生的表面張力抵抗蒸汽壓力直到一種平衡狀態,由于瀝青與水的低導熱性,這種平衡一般能夠維持數秒時間;發泡過程中產生的大量氣泡并不穩定,很快就會破裂。該工藝避免了由于路面高度增加而對排水溝、里程碑、標志牌、路肩緣石等公路附屬設施進行調整的費用支出。同時施工速度快,程度地減少了對道路通行的影響,改善了道路狀況。路面冷再生混合料因其中摻加了比例的舊料和再生劑,故其配合比設計與普通的新拌混合料配合比設計有所不同。美國某些州已在利用Superpave的方法來設計再生瀝青混合料。日本有關人士對再生瀝青混合料馬歇爾試驗提出了有別于普通瀝青混合料的具體技術指標。研究瀝青混合料隨使用年限發生的變化對瀝青路面再生利用非常關鍵,因為它直接影響再生路面的性能,因此對舊瀝青路面的評價在路面再生的工藝中非常重要。
(1) 根據舊瀝青路面不同的破壞狀況,確定適宜的取樣頻率,鉆芯取樣以獲得有代表性的樣品。
(2) 對舊瀝青混合料采用抽提法, 分析礦料級配、集料性能的變化。
(3) 采用旋轉蒸發的工藝提取老化瀝青,并采用針入度分級體系以及Superpave的PG分級體系分別進行分析研究,比較老化瀝青和新鮮瀝青的性能差異。
(4) 根據老化瀝青的性能選擇合適的穩定劑及摻量,使再生后的瀝青滿足路用性能要求。
排水性鋪裝舊料的再生利用排水性鋪裝可將道路表面的雨水迅速排出,提高車輛行走安全性,同時有效降低道路交通產生的噪音。如上所述,在排水性鋪裝中使用的排水性混合物中,除了采用黏度較高的“聚合物H型改性瀝青”之外,大量的骨料也被使用,成為一種特殊的材料。因此,排水性鋪裝舊料的的再生利用比較困難。關于排水性鋪裝舊料再生利用的課題,主要有廢棄物的分別收集和再生骨料的分別儲藏。
從歐美等發達瀝青路面再生利用技術研究發展的狀況來看,這些都特別重視再生實用性的研究,他們在再生劑的開發以及實際工程應用中的各種挖掘、銑刨、破碎、拌和等機械設備研制方面都取得了很大的成就,正逐步形成一套比較完整的再生實用技術,并且達到了規范化和標準化的程度。國外對瀝青再生機理的理論研究較少,但在再生劑的再生效果、再生瀝青混合料的路用性能等方面積累了豐富的數據,進行了深入的研究,為瀝青路面再生技術的可操作性提供了科學依據。
我國對瀝青路面材料的再生利用研究相對較晚,在早期曾不同程度地利用廢舊瀝青料來修路,但都將其作為廢料再利用考慮,一般只用于輕交通道路、人行道或道路墊層。1983年建設部下達了“廢舊瀝青混合料再生利用”的研究項目,由上海市政工程研究所為主,組織相關單位進行過專題研究。當時的主攻方向是把渣油路面加適當的輕油使之軟化,來代替常規瀝青混合料。1991年6月發布了CJJ43-1991《熱拌再生瀝青路面施工及驗收規程》,提出了再生瀝青混合料所用的礦料、瀝青的品質和混合料的技術要求,應符合不用廢料的普通瀝青混合料的相關要求,對原路面性能評價、再生劑的選擇、施工工藝等方面闡述較少,不能很好的指導施工。我國從80年代中后期開始進行大規模的公路建設,人力、物力的不足及對瀝青再生技術不夠重視,致使我國對這方面研究的深化與延伸基本處于停滯狀態。但由于缺乏必要的理論指導及科學的設計方法和機械設備的支持,目前在我國舊料再生并沒有在實際工程中得到大量應用,主要原因在于:
(1)國內瀝青路面再生設備的研究與開發大大落后于歐美。盡管國產瀝青路面再生設備近些年來有了的發展,但和國外產品相比,我們在品種規格、技術性能及總體技術水平上仍有較大的差距。有關瀝青路面銑刨、加熱和復拌工作過程的理論研究,在國內顯得非常薄弱,在銑刨作業阻力的實際計算以及銑刨轉子切削速度、機器作業速度與銑刨厚度對銑刨作業阻力的影響上還缺乏的定量分析,再生設備的溫度控制和拌和設計還需要進一步改進。
(2)國內瀝青再生劑研制工作至今仍處于起步階段,未形成系列再生劑產品進行推廣應用。國外從20世紀70年代石油危機后開始再生劑研制工作,迄今為止,在國外特別是美國已有許多種再生劑應用于路面再生,形成再生利用技術,并達到標準化的程度。我國是從20世紀80年代開始瀝青路面再生利用研究的,再生劑的研制工作至今基本上還處于起步階段。而今一些高等級公路已陸陸續續進入了維修或改建期,廢舊瀝青混合料的再生利用已引起了有關部門的日益重視。作為瀝青路面再生利用的關鍵材料和技術之一,開發再生劑也就成了亟待研究的課題。
(3)國內對各種瀝青路面再生方式的結構設計、混合料設計、路用性能的研究較零散,未成系統,不能很好指導目前重交通高等級公路的再生利用。不論是哪種再生方式,如廠拌熱再生、廠拌冷再生、就地熱再生等,近期研究零散地將其應用到高等級公路的基層或下面層,但到目前為止,都沒有系統深入的進行瀝青路面再生利用的研究,已有研究成果不足以指導今后大規模的舊瀝青路面再生利用。
3 冷再生施工設備
3.1 銑刨再生機
工藝流程為:將新骨料運送到道路表面上→銑刨現有舊路達到要求的深度,在攪拌舊料和新料的同時,添加新粘結劑(水泥洗漿或乳化瀝青或泡沫瀝青)和需要的再生添加劑→攤鋪和碾壓。再生機可變速控制,切削深度為500mm。
3.2 瀝青混合料冷再生列車
它是按照瀝青混合料生產工藝利用新加骨料和就地銑刨出來的舊瀝青攤鋪材料,采用低溫再生處理工藝,可生產貧水泥混凝土、乳化瀝青混合料和泡沫瀝青混合料的自行式設備。工藝流程為:新骨料運送到道路表面→將現有舊路銑刨至要求的深度→裝料,攪拌,同時添加新粘結劑(水泥和(或)乳化瀝青或泡沫瀝青)和需要的再生添加劑→再生混合料的轉送,攤鋪和碾壓。需指出,該設備中裝有粒徑為25~35mm的圓盤式篩分裝置,對收集和輸送來的骨料進行篩分,超規格材料由破碎裝置破碎成30~35mm;骨料及粘結劑均采用稱重計量,連續檢測骨料的濕度,配比準確;采用連續式雙臥軸攪拌機,攪拌缸帶液壓找平機構,可以補償路面變化所引起的傾斜,同時可利用它來控制攪拌時間。
3.3 廠拌冷再生工藝及設備
工藝流程為:銑刨/翻松現有的舊路→回收材料的運輸→貯料堆→將回收材料和新骨料通過輸送/稱量進入廠拌再生設備→添加粘結劑(水泥或乳液或泡沫瀝青)和需要的再生添加劑→拌和好的材料裝入自卸車,運輸到施工現場→攤鋪和碾壓。顯然,這種設備在道路施工時也可用于穩定材料的生產。以上各種冷再生工藝生產的混合料,主要用于低載荷交通道路,或用于道路基層,一般48h就可開放交通,但當粘結劑用水時,需要更長的攪拌時間,并且需要數天后才能鋪設完成。
4 結束語
就工程造價而言,冷再生施工工藝相比路面新建節約近50%的投資,施工周期也大幅縮短,由于冷再生技術的節能、環保和綠色施工,其間接產生的社會和環境效益甚至比實際取得經濟效益更大,因此目前在各地得到了普遍應用。