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沥青路面材料再生工艺分析及其工程应用的比选

更新时间:2009-03-28

0 引言

目前,国内外已建成通车的高等级道路(我国通常将二级及以上道路称为高等级道路)的路面结构形式主要是沥青路面,而在我国目前高等级道路的通车总里程中,沥青路面占92%以上(图1)。

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图1中统计数据说明,沥青路面的综合技术和使用性能,较水泥路面和其它路面形式都具有诸多的优越性,原因是其得到了广泛的应用,特别是其材料能够容易地再生利用[1]。这在不可再生能源逐步减少而出现能源危机的今天,沥青路面能够体现出越来越重要的优势。

  

图1 我国高等级道路中沥青和水泥路面数量比对Fig.1 Comparison of asphalt and cement pavement in high grade roads in China

1 再生利用是创建绿色循环经济的重要一环

厂拌热再生是在固定的再生基地对回收的沥青混合料进行加热再生的作业过程。与厂拌热再生相较,其前期材料准备基本相同,首先将沥青回收料进行打散和筛分,去除杂质。然后将其按一定比例与新拌混合料一起进行强制拌和,形成新的再生混合料,其作业工序如图3所示。

据初步统计,我国每年在道路工程中产生的沥青路面旧材料达8 000×104 m3以上。随着我国道路交通事业的快速发展,这一数据将快速增长。有鉴于此,研究并不断地完善路面材料再生利用的相关工艺,不仅具有突出的经济效益,而且对我国节能环保事业的推进,以及创建绿色循环经济也具有重大意义。

2 沥青混合料再生方法及其相应工艺的比较

虽然早在上世纪60年代中期,美国德克萨斯就已在州际公路上进行了人类最早的沥青混合料再生理论和工程实践,但纵观目前国内外沥青混合料再生方法不外为厂拌冷再生、厂拌热再生、就地冷再生和就地热再生4种主要的再生方式[3]

2.1 厂拌冷再生

厂拌冷再生是在固定基地对回收的沥青混合料进行再生的作业过程。回收的沥青混合料成分比较杂乱,因此再生的首道工序必须采用筛分方式将回收材料中含有的杂质,特别是植物茎叶、基层砂土和沥青的老化粉末等去除,然后进行材料打散[4](若材料块径较大和存在板结现象时,对其进行打散是非常必要的)。打散后的材料应称重进入间歇式强制拌合装置(一般为双卧轴式拌合器)拌和,并在拌和中适量添加新的沥青材料。

道路就地冷再生的优势在于道路的全厚能够进行现场再生利用,无需材料的转运,也对原路沥青的老化无需考虑,而且全程常温作业,效率高,也无有害排放。但其问题也很明显,特别是乳化沥青或泡沫沥青含水量高,需较长的养生期;另外需要铺筑新的面层,使的道路高程明显抬高。

由于旧混合料是以常温与高温新料掺配拌制,因此旧料依赖新料与其进行热交换达到新旧料的热平衡,因此旧料的掺配比例较小(≤30%);另外,旧料的掺加是直接进入拌和而没有进入热料筛分,因此矿料的级配和油石比均难以较为精确的掌握,所有这些均会一定程度地影响再生混合料的整体性能指标。有鉴于此,厂拌热再生混合料在高等级道路的面层应用应慎重对待。

  

图2 厂拌冷再生的作业工序图Fig.2 Operation process diagram of cold plant regeneration

 

式中,Q为乳化沥青的添加量;V为新沥青的添加量;Δ为乳化沥青的含水量。

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(1)乳化沥青含水量较大,一般为40%~50%,乳化沥青的破乳周期较长,因此路面需要10~12小时的养生期。故施工效率低,对道路的正常交通干扰较大。

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利用厂拌冷再生工艺能够实现90%以上的旧料再生,并完全是在常温环境中作业,且整个制作过程无需加热。因此再生利用的效率较高,基本无三废排放,经济性和环保性能突出,再生料适于路面基层或面层下部的中下面层铺筑。但冷再生料的不足之处也较为明显:

(2)由于冷再生混合料的劈裂强度不高于0.5 MPa,且自身强度较低,铺筑厚度一般不应小于10 cm,因此很难应用在道路的上面层,一般用于中、轻道路的路面基层或面层下部的中下面层铺筑。目前国内外尚无在重交道路规模应用冷再生材料的工程实践。

就地热再生工艺可用于面层材料的再生,适用于各种等级道路面层的损坏及变形(如推涌和车辙等)的处置。但不适于处置面层下部承重层结构损坏的处理。如果再生过程中无需添加乳化沥青材料(可视情添加常规热沥青),则就地热再生材料铺筑的路面无需养生过程。显然,就地热再生工艺是一种对路上交通影响较小,并可充分利用旧料再生的沥青路面快速养护工艺。由于主要针对面层材料再生利用,因此就地热再生工艺并不适于处置道路自下而上的结构损坏。

2.2 厂拌热再生

同各种生物具有各自不同的生命周期一样,沥青路面也有自己的使用寿命期限。而且在一个完整的寿命周期内也需要对其进行持续不断的日常养护作业,还必须视情对道路进行大中修[2]作业,这是保证道路路用性能以提供正常服务的必要手段,而这些工程必然带来旧沥青混合料的大量产生。长期以来,由于缺少必要的技术手段,除有限用于新铺路面的底层填充外,绝大多数只好弃之不用,这不仅造成有用材料的浪费,也是环境污染的根源之一。新世纪以来,基于相关技术瓶颈的逐步解决,沥青混合料的再生利用迎来重要的发展时期。

  

图3 厂拌热再生的作业工序框图Fig.3 Operation process diagram of factory heat regeneration

厂拌热再生混合料的拌和过程是在较高的温度下进行,旧料中的级配矿料与新的混合料在制备(拌和)过程中能够实现良好的结合,而且整个拌制过程在材料基地完成,材料的准备和质量控制均易于掌握。如果严格依照作业规程作业,再生混合料的胶结强度能够达到普通沥青混凝土材料的相应性能指标,而且完全与新料作业一起配套进行,能够进行大批量规模再生作业。因此厂拌热再生混合料已广泛应用于我国高等级道路的中下面层铺筑中。如果检测结果符合要求,也能够应用于道路上面层的摊铺。

由于乳化沥青中含有一定量的水分,因此乳化沥青的添加量应以下式进行修正和量化:

应当指出的是,基于科技进步,近年来我国道路科研和工程部门正在研发沥青旧混合料配前预热装置和相应的矿料级配快速检测系统,有些已开始进行工程试验。相信某些技术瓶颈的突破将使厂拌热再生混合料的技术和应用工艺逐步成熟,使得大比例旧料的再生技术尽快应用于我国道路建设和养护的实体工程。

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2.3 就地冷再生和就地热再生

(1)就地冷再生和就地热再生的工艺过程与厂拌再生相似,但材料的拌和再生是在道路施工现场进行的。将整个道路的全厚,包括面层和水泥稳定基层以冷再生机翻刨粉碎并加入适量乳化沥青或泡沫沥青一起拌和并随机布设于道路基础之上,形成面层的基础。

冷再生工艺添加的沥青通常为乳化沥青,添加量应视沥青的老化程度来进行选择。由于厂拌冷再生的产量往往较大,因此在再生前应对材料中的沥青进行路用性能三项指标的测定,并以试验数据决定新沥青的添加量。厂拌冷再生的具体作业工序见图2所示。

(2)就地热再生

就地热再生是一种对路面局部病害进行就地处置的工艺方法,图4是山西省交通科研部门近期研发的一种采用热风间接加热的沥青路面材料就地热再生工序示意图。

  

图4 沥青路面就地热再生工序框图Fig.4 Block diagram of in situ thermal regeneration of asphalt pavement

在城市道路设计中还会出现一种问题即交叉路口设计的不合理,该问题的出现是由于道路设计时设计人员本身知识体系的不完善,则设计人员在道路前期的设计中在出现双重道路或三重道路交叉时极易出现设计交叉路口不合理问题,在设计中一旦出现问题则道路投入使用后就容易导致交叉路口出现车流密集、疏散不开等交通拥堵问题,而通常某些路口出现交通瘫痪会进一步对城市整个交通体系产生恶劣影响,对人们的出行、城市经济的发展都有不利影响,从上述中我们可以得出,城市规划设计时合理的整体布局是确保道路交通顺畅的重要前提,对城市的发展起着不可替代的作用。

另外,流动作业的就地养护工艺很难保证再生料的制作质量。但对于较小面积的路面病害,就地热再生工艺仍不失为一种较好的快速处置方法。

3 结论

基于以上分析和长期工程实践的总结,笔者认为沥青路面的再生利用具有良好的应用前景,但采用何种再生方式,应对道路的实际情况进行分析后再进行确定:

(1)若道路的损坏是由上而下的结构问题(面层损坏是由下部承重层的反射而发),则选择道路全厚的冷再生方式较好,但在桥面和隧道路面作业应采用特殊工艺以保证路面原有高程。

2.2.1.3 AML患者首次CR 后12个月 此阶段35份标本,MRD阳性5例,复发2例,分别在MRD阳性后1、10个月复发;MRD阴性30例,复发7例,分别在MRD阴性后1、3、4、5、6、12、15个月复发。两组复发率差异无统计学意义(P=0.586)。MRD阳性组及阴性组的中位RFS分别为5.0个月(4~10个月)、25.0个月(1~35个月),两组差异有统计学意义(P<0.05),见图2。

(2)单纯面层损坏的大面积重铺以厂拌热再生为宜,但目前材料的加热方式必须改进,即由火焰直接加热改为热风间接性加热,以尽可能减少混合料再生过程中的二次老化现象。

(3)道路日常养护工程中对面层局部损坏的处置,以就地热再生材料为好,但在施工时,材料的再生过程应视原材料的老化程度,适量添加一定比例的新沥青再进行施工,以保证再生混合料的路用特性。

参考文献:

[1]李晋先.沥青路面养护中的节能举措[J].交通节能与环保,2017,(01):73-76.

[2]JTG F41-2008,公路沥青路面再生技术规范[S].

[3]郑松.沥青路面常见病害的防治[J].山西交通科技,2011,(02):80-82.

[4]李东滨.试论道路维护和重铺工程中材料的再生利用[J].交通节能与环保,2017,(02):51-52.

[5]赵文平.微表处技术在西北高速公路养护中的应用[J].公路交通科技·应用技术版,2011,(08):38-40.

 
王贵生
《交通节能与环保》 2018年第02期
《交通节能与环保》2018年第02期文献

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