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      公路工程新技術(shù)——瀝青路面就地冷再生技術(shù)

      公路工程新技術(shù)——瀝青路面就地冷再生技術(shù)

       

          一、引言

      我國經(jīng)濟的繁榮,促進(jìn)了公路交通事業(yè)的發(fā)展。截止2006年底,全國公路總里程達345.70萬(wàn)公里,其中二級及二級以上等級公路里程35.33萬(wàn)公里,瀝青混凝土路面35.01萬(wàn)公里。90年代以后陸續建成的等級公路已進(jìn)入大、中修期,按照瀝青的設計壽命為1520年計算,今后每年將有12%的瀝青路面需要翻修。在舊道路的翻建工程中,傳統的施工方法有兩種:一種是在破舊路面上覆蓋新的路面材料,另一種是將破壞的面層剔除。前一種方法雖然成本低、施工簡(jiǎn)單且無(wú)污染,但是隨著(zhù)鋪蓋層數的增多必然會(huì )引起路面抬高,影響周?chē)h(huán)境。目前普遍采用的是剔除破舊面層的方法,但是該方法產(chǎn)生的廢料不僅難以處置,污染環(huán)境,而且對瀝青和石料資源也是一種極大的浪費。上個(gè)世紀70年代發(fā)展起來(lái)的舊瀝青路面再生利用技術(shù),正是要解決這一問(wèn)題,它因節約材料,降低造價(jià)以及減少環(huán)境污染的特性而備受人們關(guān)注。

      二、舊瀝青路面再生原理

      瀝青路面再生利用是將需要翻修或廢棄的舊瀝青路面,經(jīng)過(guò)路面再生專(zhuān)用設備的翻挖、回收、加熱、破碎、篩分后,與再生劑、新瀝青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,滿(mǎn)足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的一整套工藝。瀝青路面再生利用,能夠節約大量的瀝青和砂石材料,因而能節省道路養護和維修費用。國內外大量研究表明,瀝青路面再生利用,可以顯著(zhù)降低建設成本,具有顯著(zhù)的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

      三、國外瀝青路面再生技術(shù)概況

      國外發(fā)達國家對瀝青路面再生利用的研究,最早從上個(gè)世紀初就已經(jīng)開(kāi)始了。但真正成規模的應用始于上世紀60、70年代。1997年國際經(jīng)濟合作組織發(fā)表的《道路工程再生利用戰略》白皮書(shū)顯示,主要發(fā)達國家的瀝青路面再生利用率普遍在80%以上。

      美國早在1915年開(kāi)始了瀝青路面再生利用的研究,但由于以后大規模的公路建設而忽視了對該技術(shù)的研究。1973年石油危機爆發(fā)后美國對這項技術(shù)才引起重視,并在全國范圍內進(jìn)行廣泛研究,到八十年代末美國再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半,并在再生劑開(kāi)發(fā)、再生混合料的設計、施工設備等方面的研究也日趨深入。瀝青路面的再生利用在美國已是常規工程應用,目前每年再生利用的瀝青混合料約為3億噸,可直接節省材料費1520億美元,材料的重復利用率高達80%。

      歐洲國家也十分重視這項技術(shù),德國是最早將再生瀝青混合料用于高速公路路面維修的國家,早在1978年就已實(shí)現了廢棄瀝青材料的全部回收利用。芬蘭幾乎所有的城鎮都組織舊路面材料的收集和儲存工作,過(guò)去再生料主要用于低等級公路的路面與基層,近些年已應用于重交通道路。法國現在也已開(kāi)始在高速公路和一些重交通道路的路面修復工程中推廣應用這項技術(shù)。前蘇聯(lián)于上世紀60年代開(kāi)始了瀝青路面再生技術(shù)的研究,1984年出版了《再生路用瀝青混凝土》一書(shū),概述詳細介紹了再生技術(shù),表明蘇聯(lián)在這一領(lǐng)域也取得了很大的進(jìn)展。最近,歐洲瀝青路面協(xié)會(huì )EAPA在互聯(lián)網(wǎng)上公布,其成員國的廢舊瀝青路面材料以100%通過(guò)再生方式得以重復利用。

      四、國內瀝青路面再生技術(shù)應用現狀

           在我國80年代中期,蘇州、南京、武漢、天津四城率先對舊瀝青路面再生利用技術(shù)進(jìn)行研究試驗和推廣工作,并取得了可喜的成果。當時(shí)是把舊渣油路面加入適當的輕油使之軟化,來(lái)代替常規瀝青混合料,鋪筑層次是解決用量最多的下面層。湖南省將乳化瀝青加入舊渣油表處面層,并分別用拌和法和層鋪修筑了再生試驗路。甘肅省蘭州公路總段從1983 年以來(lái)采用陽(yáng)離子乳化瀝青作再生劑對多條道路進(jìn)行冷法再生瀝青路面工作,同時(shí)對另一些道路進(jìn)行熱法再生路面工作。云南省亦在1983 1988年進(jìn)行了一些再生瀝青路面試驗研究。這些工作為我國舊瀝青路面再生利用提供了寶貴經(jīng)驗,但對于高等級公路路面的再生利用研究不足。近幾年某些公路單位又開(kāi)始嘗試著(zhù)將舊瀝青路面簡(jiǎn)單再生后用于中輕交通量公路或道路基層,如1992年同濟大學(xué)在淮阜路采用陽(yáng)離子乳化瀝青進(jìn)行冷法再生瀝青路面試驗。1997年江蘇淮陰市公路處用乳化瀝青冷法再生舊料后鋪筑路面,取得了一定效果。隨著(zhù)我國高等級瀝青路面維修養護量的不斷增加,對瀝青路面舊料再生技術(shù)有必要進(jìn)行深入、系統研究。如2000年沈大高速公路營(yíng)口段再生試驗,黃曉明等針對克拉瑪依AH - 70瀝青研制出A型再生劑等,表明我國公路科研、生產(chǎn)單位也開(kāi)始重視高等級公路舊瀝青路面再生技術(shù)的研究 。

       

      最近十年中,瀝青路面再生技術(shù)引起了我國各地的公路建設和管理者們的極大興趣。主要的原因在于,越來(lái)越嚴苛的環(huán)保政策使得舊路翻修中銑刨下來(lái)的瀝青路面舊料的處理成為一項難題,與此同時(shí)石油瀝青作為不可再生資源其成本越來(lái)越高,砂石材料的成本也在日漸增高。在瀝青路面大、中修工程中,大量的翻挖、銑刨下來(lái)的瀝青混合料被廢棄,一方面造成環(huán)境污染,另一方面對于我國這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為匱乏國家來(lái)說(shuō)是一種資源的浪費,而且大量的使用新石料,開(kāi)采石礦會(huì )導致森林植被減少,水土流失等嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞。

      五、就地冷再生技術(shù)施工工藝

      瀝青路面就地冷再生,并不是人們通常所理解的將已經(jīng)破損的瀝青路面重新恢復到完好的原始狀態(tài),而是將舊面層和部分基層就地改建成新的基層(或底基層)。嚴格地講,此工藝應該稱(chēng)之為舊瀝青路面材料的就地再利用。

      道路就地冷再生技術(shù)的工作原理,是在原有舊路鋪層的基礎上,按照新的設計要求,摻入適量的骨料、水泥、石灰、粉煤灰、乳化瀝青、泡沫瀝青和水等外加材料,利用就地冷再生設備,在自然常溫下,就地連續完成對舊鋪層(路面和部分基層)的銑刨、破碎、添加料、拌和、攤鋪等工序,隨后進(jìn)行找平和碾壓,最終修建出一種特殊級配的道路基層(或底基層)。

      道路就地冷再生技術(shù)的主要機具為集破碎與拌和為一體的冷再生機,冷再生機的核心是裝有大量專(zhuān)用刀頭的銑刨和拌和轉子。轉子向上旋轉銑刨原路面材料,冷再生機向前行進(jìn)時(shí),轉子轉動(dòng),同時(shí)水通過(guò)軟管從再生機連接的水車(chē)中運送過(guò)來(lái),并在再生機的拌和倉中噴灑。水的輸送量通過(guò)微處理器控制的泵送系統精確控制。銑刨轉子將水與銑刨料充分拌和,并達到需要的最佳含水量,從而達到混合料的最大壓實(shí)度。液體穩定劑,例如熱瀝青(冷再生機自帶泡沫瀝青發(fā)泡裝置,可將熱瀝青加熱到160180℃與少量水混合發(fā)泡)可通過(guò)專(zhuān)門(mén)設計的噴灑嘴將泡沫瀝青噴灑到拌和腔;粉狀穩定劑,如水泥,需按設計添加量事先灑布在再生機前的路面上,再生機將粉狀穩定劑與再生料和水一次性拌和。如遇再生層原級配不良的情況,可在再生前將所缺少的部分集料灑布在路面上,通過(guò)與舊料拌和來(lái)改善原路面材料的級配。

       

      道路深層就地復拌冷再生原理

       

                  

      道路深層就地復拌冷再生現場(chǎng)作業(yè)

       

      與傳統的施工方法相比,就地冷再生具有諸多的優(yōu)點(diǎn):

      工序簡(jiǎn)單。由于原有舊路面的材料全部被就地利用,省略了挖掘、外運、廠(chǎng)內加工及回填等一系列工作,使得施工工序簡(jiǎn)化。

      可以不中斷交通。由于就地冷再生工序簡(jiǎn)單,投入現場(chǎng)的施工設施很少,對交通干擾反應不敏感,故此在交通量不太大的情況下,可以半幅通車(chē),半幅施工。

      不損壞路基。與采用傳統施工機械修復道路相比,冷再生施工很少損壞路基。因為維特根冷再生機的高附著(zhù)力輪胎在暴露的路基上只通過(guò)一次。而采用傳統的機械施工時(shí),路基將承受頻繁的高應力載荷,往往導致局部隆起現象,必要時(shí)需要采用挖掘機和回填作業(yè)進(jìn)行處理。

      提高道路等級。由于該方法強化了基礎的承載能力,從根本上保證了道路等級的提高,這一優(yōu)點(diǎn)對于低等級道路的改造尤為重要。

      成本較低。與傳統的施工方法相比,由于舊的道路材料得以全部利用,隨著(zhù)再生層厚度的不同,大致可以降低成本10%~20%。厚度越深,降低成本越多,這也是被實(shí)踐所證實(shí)的。

      生產(chǎn)效率高。就地冷再生是在自然條件下進(jìn)行的,除了個(gè)別嚴重的坑槽需要簡(jiǎn)單的預處理外,其余路面均不需要任何處理。再加之一次性通過(guò)的施工特點(diǎn),充分地利用了作業(yè)時(shí)間,因此大大地提高了生產(chǎn)效率,經(jīng)過(guò)我們的實(shí)地測定,一臺維特根再生機,在組織合理的情況下,每天可以再生路面5000m2以上。

      保護環(huán)境和資源。因為舊料得以全部就地利用,減少了新材料的開(kāi)采,也不存在舊料運輸和廢料隨意棄放的問(wèn)題,施工過(guò)程沒(méi)有粉塵和廢氣的污染,節約了資源,保護了環(huán)境,因此被人們稱(chēng)之為綠色施工技術(shù)。

      六、推廣瀝青路面再生技術(shù)的重要意義

      2007年全國交通工作會(huì )議上,交通部部長(cháng)李盛霖提出:交通發(fā)展面臨的資源和環(huán)境形勢日趨嚴峻,繼續沿用傳統的增長(cháng)方式推進(jìn)交通發(fā)展難以為繼,必須堅決走出一條資源節約和環(huán)境友好的交通發(fā)展之路。要大力發(fā)展交通循環(huán)經(jīng)濟,推進(jìn)工業(yè)廢料綜合利用、再生資源回收利用,擴大廢棄路面材料的回收利用,研發(fā)推廣能源替代、材料再生等新技術(shù)……由此可見(jiàn),加強研究推廣路面再生應用技術(shù),是我國今后公路建設事業(yè)中一項十分重要的任務(wù)。

      我國道路路面結構以瀝青路面居多,尤其是高等級公路中瀝青面層公路所占比重很大(我國已建成的高等級公路路面,據不完全統計約有80%的為瀝青路面),其大、中修工程從技術(shù)指標、施工工藝、工期、環(huán)保等各方面都有很高的要求。

      再過(guò)1020年,根據我國公路網(wǎng)發(fā)展規劃,我國高速公路將達8.5萬(wàn)公里,路網(wǎng)總里程也將達到650萬(wàn)公里。按照瀝青的設計壽命,每10年左右翻修一次,以路面平均寬度22m、翻修厚度10cm計算,8.5萬(wàn)公里的高速公路網(wǎng)平均每年將產(chǎn)生接近5000萬(wàn)噸的舊混合料,如能加以利用,每年可節省材料費約100億人民幣。否則這些為數巨大的瀝青混凝土層翻挖后只能白白的廢棄掉,不僅浪費了資源,也會(huì )對環(huán)境造成嚴重的污染。因此,我們必須大力推廣瀝青路面再生應用技術(shù),促進(jìn)舊路面材料的循環(huán)利用。瀝青路面再生技術(shù)的研究、推廣和相關(guān)專(zhuān)用設備的開(kāi)發(fā),對降低建設成本、保護生態(tài)環(huán)境以及對我們國家的公路建設都有極大的意義。

      七、工程實(shí)例

      1、銅川市川(口)王(家河)三級公路改造工程基層再生:舊路為4cm瀝青碎石+18cm石灰土碎石,基層再生方案為5.5%水泥+12%碎石(0.5碎石)+82.5%銑刨料,壓實(shí)厚度25cm,7天無(wú)側限強度1.5MPa。

       

      再生作業(yè)

       

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