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沥青路面再生技术

时间:2013-10-11 16:44来源:信息处 作者:admin 点击:
1 旧沥青路面再生的目的和意义
公路建设需要消耗大量的沥青、碎石、水泥、砂等筑路材料,路面使用一定的年限后将进行养护和大修、改建,原先用于铺筑路面的大量材料将变成废料,当这些废料挖出后全部弃入自然界时,将占地堆弃、产生污染和材料资源浪费等环境问题。沥青路面再生技术,是将需要翻修或者废弃的旧沥青路面,经过翻挖回收、破碎、筛分,再和新集料、新沥青材料适当配合,重新拌和,形成具有一定路用性能的再生沥青混合料,用于铺筑路面中、下面层或路面基层的整套工艺技术。对旧沥青路面再生利用具有以下意义:
(1)通过沥青再生技术对旧路面沥青混凝土再生循环利用,将其循环应用于公路新路面建设和养护,变废为宝,避免废弃路面材料堆放对土地的占用和对环境的污染;
(2)使旧沥青混凝土中的未完全老化的沥青、碎石、砂等再次得到应用,可以减少沥青路面施工和养护中新拌沥青混合料对新沥青资源和砂石材料资源的消耗,减少砂石料开采对自然环境的破坏;
(3)降低路面维修改造成本,节约工程费用,缩短施工期、提高沥青路面施工的进度。因此,旧沥青路面的再生利用具有重要的经济效益和社会环境效益。
2 厂拌热再生
2.1旧沥青路面厂拌热再生利用技术的特点及应用范围
  所谓厂拌热再生(central plant hot recycling)是将回收沥青路面材料运至沥青拌和厂(场、站),经破碎、筛分,以一定的比例与新集料、新沥青、再生剂等混合拌制成热拌再生混合料铺筑路面的技术。厂拌热再生利用具有以下特点:
(1)与普通热拌沥青混合料施工设备相比,厂拌热再生沥青混合料的拌和设备除有一部分与热拌沥青混合料的拌和设备不同之外,其余设备基本相同。
(2)厂拌热再生沥青混合料是在试验确定的废旧沥青混合料中的沥青含量与性能及其矿料级配比例基础上,确定出满足有关沥青混合料要求的新混合料级配、再生剂数量及新料添加数量的热拌沥青混合料,因此,再生沥青混合料具有良好的技术性能。
(3)由于加入了新的沥青和集料,满足了沥青混合料的级配和性能要求,厂拌热再生沥青混合料摊铺碾压成型的沥青混合料路面与新沥青混合料的路面基本相同,能较好地恢复路面的承载能力,其施工质量标准不会因为使用了废旧混合料而降低。
(4)厂拌热再生后的沥青混合料性能可以根据再生料的应用工程条件进行配合比设计,使其满足相应工程要求,一般情况下可用于各等级公路的沥青面层、下面层或柔性基层。
2.2 厂拌热再生旧沥青混合料的性能要求
  为了使回收料再生并满足路面要求,在进行再生沥青路面混合料设计之前,必须对旧料中沥青的含量及性质、旧料的级配组成及技术指标等进行全面了解,确定回收的废旧沥青和旧集料性质,为新添料性质、级配以及旧料添加比例提供依据。
2.3 厂拌热再生沥青混合料配合比设计
1 配合比设计的任务
(1)确定回收旧料的合理掺配比例。
(2)根据旧料沥青的老化程度确定是否要掺加再生剂,并确定其掺加的剂量。
(3)确定旧沥青和新沥青的配合比,使调配而成的再生沥青具有适合的粘度,并在性能上获得改善,满足路用要求。
(4)根据回收旧料级配情况及再生沥青路面结构类型确定再生混合料的集料级配及新旧集料的配合比例。
(5)检验再生沥青品质并确定再生混合料最佳油石比。
(6)根据路用要求,检验再生混合料的路用技术性能。
2 厂拌热再生沥青混合料配合比设计方法
  厂拌热再生沥青混合料配合比设计采用马歇尔试验设计方法。通过目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段,确定回收沥青路面材料的掺配比例、新材料的品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量等参数,设计的步骤和方法如下:
(1)确定再生沥青混合料的级配热再生沥青混合料的级配应满足现公路沥青路面施工技术规范规定的相应热拌沥青混合料的级配范围要求。
(2)确定回收旧沥青路面材料的掺配比例回收旧沥青路面材料掺配比例是指旧料占整个再生混合料的重量百分率。回收沥青路面材料的掺配比例取决于回收旧沥青混合料的性能、再生混合料的应用层位、性能要求及拌和设备的类型。一般回收材料与新材料的典型掺配比例为10:90~30:70;当采用连续式拌和设备时,回收沥青路面材料与新材料的掺配比例最大可达50:50。
(3)选择新的沥青目标标号厂拌热再生混合料的再生沥青目标标号应根据公路等级、混合料使用层位、道路所处气候、交通条件等因素,选取与当地同等条件道路一致的沥青标号作为再生沥青目标标号。
(4)再生剂的选择与用量确定
(5)再生混合料集料配合比设计根据回收旧沥青混合料的集料级配及再生混合料的级配要求,确定旧集料和各档新集料的配合比例。
(6)确定再生混合料的最佳沥青用量热再生沥青混合料的最佳沥青用量的确定方法有经验公式估算法(如美国沥青协会的经验公式和日本沥青路面设计规范的经验公式)和马歇尔试验法两种。根据我国《公路再生沥青沥青路面再生技术规范》(JTJ F41-2008),热再生沥青混合料的最佳沥青用量采用马歇尔试验方法确定。其试验确定方法与普通热拌沥青混合料相同。
2.4 厂拌热再生沥青混合料拌和设备
  厂拌热再生沥青混合料沥青路面施工所用的机械设备除了拌和设备(主要是旧料的加热和输送设备)与热拌沥青混合料路面施工所用的拌和设备有所不同之外,其它设备基本相同。厂拌热再生沥青混合料拌和设备可分为间歇式和连续式两种。


   图1 间歇式热再生沥青混凝土搅拌设备
2.5 厂拌热再生沥青混合料路面施工
厂拌热再生沥青混合料路面施工,是将铣刨破碎的废旧沥青路面材料经过添加再生剂及新集料后在厂拌设备中加热拌和使之恢复路用性能,然后重新铺筑成沥青路面的工艺过程。其施工程序如下:
(1)废旧料铣刨、破碎、运输、筛分
①采用铣刨或机械开挖等方式对沥青路面材料进行回收,在铣刨回收过程中应尽量减少材料变异。
②对回收沥青路面材料预处理与堆放:不同的旧沥青路面材料应分别回收,分开堆放、不得混杂,存放时不得混入基层废料、水泥混凝士废料、泥土等杂物,并应尽量避免长时间的堆放,料仓中的回收沥青路面材料应及时使用。
③破碎、筛分。用推土机、装载机等机具将一个料堆的回收沥青路面材料充分混合,然后用破碎机或其它方式进行破碎(图2),未经预处理的旧收沥青路面材料不能直接使用。


                                                         图2  用破碎机对铣刨料进行二次破碎
2)混合料拌制
①拌和设备的选择。厂拌热再生混合料可以选用间歇式拌和机或连续式拌和机进行拌制,拌和设备必须具备回收沥青路面材料的配料装置和计量装置。回收沥青路面材料料仓数量应不少于两个。当回收沥青路面材料掺量大于10%时,宜增加回收料烘干加热系统。
②掺加再生剂。若需要添加再生剂,可以将要掺加的再生剂(常用的有润滑油、机油、玉米油等) 预先喷洒掺拌在沥青旧料中,静止数小时或1~3天,使再生剂渗人,软化旧料;也可在拌制再生混合料时,将再生剂喷洒入旧料。
③施工配料。按再生混合料的组成设计,将旧料、新集料、新沥青及再生剂(如有需要)进行配料。
④再生沥青混合料的拌和。


       图3 厂拌热再生沥青混凝土拌合设备
3摊铺、压实和初期养护再生沥青路面的摊铺、压实和初期养护等工艺和质量要求与一般热拌沥青混合料路面施工基本相同。


                图4 厂拌热再生沥青混凝土路面的摊铺、压实
4施工质量控制
应满足公路沥青路面施工技术规范的热拌沥青混合料路面的规定。
3就地冷再生利用
3.1 沥青路面就地冷再生的特点及应用范围
沥青路面就地冷再生是采用专用的再生设备,对沥青路面进行现场冷铣刨,破碎和筛分(必要时),掺入一定数量的新集料、再生结合料(乳化沥青或泡沫沥青)、活性填料(水泥、石灰等)、水,经常温拌和、摊铺、碾压等工序,一次性实现旧沥青路面再生的技术。它包括沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生两种方式。仅对沥青混合料层进行的就地冷再生称为沥青层就地冷再生;再生层既包括沥青材料层又包括非沥青材料层的再生,称为全深式就地冷再生。
沥青路面就地冷再生技术具有以下优点:
(1)全部旧料就地再生,减少了新料的用量和开采,降低路面材料的运输成本,减少环境污染、节约能源。
(2)可以缩短路面维修周期,简化施工程序,降低施工成本。
(3)消除了旧路面不规则裂缝,避免新铺路面产生反射裂缝;
(4)降低路面维修成本,保持路面结构的完整性,提高路面养护维修质量。
3.2 就地冷再生技术的种类
根据新添再生粘结料的种类,就地冷再生技术可以大致分为掺水泥类、掺沥青类和水泥沥青综合类。目前使用的再生粘结料有水泥、沥青(乳化沥青或泡沫沥青)、石灰、粉煤灰等,水泥和沥青应用较多,这些再生粘结料可以单独掺加也可以按比例同时添加,采用何种再生添加料及添加的比例需要根据旧路面材料性能经过试验确定。
1水泥类就地冷再生水泥类就地冷再生方法是采用水泥作稳定材料的再生方法。施工中有以下三种添加方式:
( l )将固态粉状水泥撒布在再生机前的被再生路面上,当再生机经过时,将其与被切削下的旧路铺层材料一同进行拌和。
( 2 )用专用水泥稀浆搅拌输送车按比例连续地将水泥与水拌和成稀浆,通过计量控制系统直接喷洒进再生机拌和罩壳内,以保证水泥用量的精确性,同时也可以防止因刮风而损失水泥材料和对环境的影响。
( 3 )采用专用的水泥撒布车布料,撒布车作为再生机组的一部分。
采用粉状水泥或稀浆方式添加,水泥用量一般为2—4 % (质量百分比)之间,当采用乳化沥青作为再生添加剂时,添加量按质量百分比为 0.5—7 % 。
2沥青类就地冷再生
沥青类就地冷再生方法是采用乳化沥青作稳定剂的再生方法,也可采用泡沫沥青作为稳定材料。泡沫沥青由再生机上的泡沫沥青输送及喷洒系统产生并直接喷洒进再生机的拌和罩壳内,一般还需加入少量水泥( 1 %一 2 % ),以使再生层获得所需强度的同时,提高表层质量,防止裂缝发生。乳化沥青和泡沫沥青通过主机上的计量控制系统自动添加。
3水泥、沥青综合就地冷再生综合类就地冷再生是使用水泥和乳化沥青作为再生剂的就地冷再生方法。使用水泥加上乳化沥青可以减少乳化沥青的用量,节省工程投资,另一方面,乳化沥青的加人可以减低水泥稳定层的刚性,因而减少反射裂缝。
3.3 就地冷再生沥青混合料路面施工
1就地冷再生设备的要求
沥青路面现场冷再生机械主要由沥青路面铣刨装置、喷撒装置、行走系统和控制系统等组成。地冷再生设备应具有以下性能:
(1)铣刨装置的切削深度可精确控制。
(2)工作宽度不应小于2.0m。
(3)喷洒计量精确可调,并与切削深度、施工速度、材料密度等联动;喷嘴在工作宽度范围内均匀分布,各喷嘴可独立开启与关闭。
(4)使用泡沫沥青时,还应具备泡沫沥青喷撒系统装置。
2就地冷再生施工程序具体施工程序如下(图5):
(1)原材料性能检测并满足要求。
(2)综合考虑施工季节、气候条件、再生作业段宽度、施工机械和运输车辆的效率和数量、操作熟练程度、水泥终凝时间等因素,确定每个作业段长度
(3)添加新集料:为满足再生路面的性能要求,还应加入一定比例的新集料,主要有砂、碎石(石灰石、卵石、砾石)等,添加量视具体情况而定。
(4)新旧材料的拌和:按照设定再生深度对路面进行铣刨,并与预先撒布的新集料和预先撒布与动态加入的乳化沥青、水泥及其它添加剂和水加以拌和。由于再生添加剂的不同,再生混合料拌和工艺过程也不同:


                         1—新旧料的加入;2—加入添加剂;3—拌和再生;4—压实成型
                                                    图5 就地冷再生沥青路面施工工艺流程
图 6是泥和乳化沥青就地冷再生方法施工示意图。

                  图 6是泥和乳化沥青就地冷再生方法施工示意图。
1—预撒的水泥;2—预撒的集料;3—路面基层;4—沥青路面面层;5—破碎器;6—水喷嘴;7—乳化液喷
嘴;8—切削和拌和转子;
          9—分料螺旋;10—振捣器;11—变频振捣整平板;12—振捣装置;13—稳定并预压实后的基层

                                               图7 水泥就地冷再生现场施工程序
5)摊铺
采用带有摊铺装置的再生机进行摊铺时,摊铺机必须缓慢、均匀、连续不断地摊铺,摊铺速度宜控制在
2~4m/min范围内。混合料不应出现明显离析、波浪、裂缝、拖痕,当发现摊铺后的混合料出现这些现
象时应分析原因,及时采取措施予以消除。
(6)压实
按照试验段确定的压实工艺进行碾压,符合压实度和平整度的要求。
(7)养生及开放交通
使用乳化沥青、泡沫沥青就地冷再生路面必须进行养生,养生时间不宜少于7d。养生期内禁止除洒水车辆
以外的其他车辆通行。
4 就地热再生
4.1 沥青路面就地热再生的特点及应用范围
1沥青路面就地热再生的特点
当沥青路面使用一定时间后,其表面在车辆荷载、气温、水等环境条件作用下,产生表面磨光、细微裂缝、推挤变形等不同程度的病害,但面层材料未出现严重老化,且下基层坚实完好,这种情况下,只要对面
层作一定深度范围的沥青路面处理而不必进行大修就可以恢复路面技术性能。
就地热再生是采用专用的再生设备,对一定深度范围内的旧沥青混凝土路面进行加热、铣刨,就地掺入一
定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂等,经热态拌和、摊铺、碾压等而成为新沥青路面的再生技术。
图8是沥青路面就地热再生的基本原理和程序。

    图8 就地热再生基本原理及施工工艺示意图就地热再生技术的特点:
①旧料现场热再生利用不需要搬运废料及废弃物堆放。
②旧料全部再利用,可以节省新沥青混凝土的用量,经济效益显著。
③与其他维修工艺相比,施工产生的振动、噪声比其他施工方法的小,可以夜间作业。对交通及沿途居民的影响小,施工结束即可开放交通。
④由于使用专用机组机械化施工,因此适用于大工程量维修作业。
2应用范围
(1)沥青路面就地热再生是一种预防性养护技术,适用于仅存在浅层轻微病害的高速公路及一、二级公路
沥青路面表面层的就地再生利用,再生深度一般为20~50mm,原路面沥青的25℃针人度不低于20(0.1mm),再生层可用作上面层或者中面层。
(2)再生时原路面整体强度满足设计要求,原路面病害主要集中在表面层,基层稳定,通过再生施工可得到有效修复。
(3)原路面上有稀浆封层、微表处、超薄罩面、碎石封层的,不宜直接进行就地热再生。若要进行再生,则在就地热再生前,应先将其铣刨掉,并经充分试验分析后,做出针对性的材料设计和工艺设计。
(4)若原路面为改性沥青,再生前应进行试验,根据试验结果经论证后再确定是否采用就地热再生。
4.2 就地热再生沥青混合料设计
1确定设计级配范围,根据旧沥青路面的级配类型和级配试验结果,确定再生沥青混合料的级配范围。
2矿料级配设计:就地热再生混合料一般需要掺加新沥青混合料,以改善原路面矿料级配,因此,掺加的新沥青混合料的矿料级配应根据旧沥青路面材料的矿料级配和拟定的设计级配范围确定。
3确定再生剂用量。
4马歇尔试验。
5确定最佳新沥青用量:用热拌沥青混合料配合比设计方法确定最佳新沥青用量。
4.3 就地热再生沥青路面施工
1沥青路面就地热再生机械
沥青路面现场热再生机械由再生加热机、再生机、压路机等组成,如图9所示。其中加热机的作用是对旧沥青路面进行就地加热,使路面材料软化并达到施工温度要求。再生机是把旧沥青路面翻松、收集到中央,随后输入搅拌器与新沥青混凝土拌和形成再生沥青混合料,是就地热再生的主要设备。

                                      图9 沥青路面热再生机组及工艺流程
2 再生施工工艺
①清扫路面,画导向线。
②加热软化路面:用再生加热机对路面进行加热,使路面温度达到100~130 ℃ 。
③翻松路面:由再生机再次加热路面,使路面温度上升到140~160 ℃,同时翻松旧路面。
④添加再生剂:应用再生剂喷洒装置,将再生剂按设计计量均匀喷洒到旧沥青混合料中。
⑤添加新沥青混合料:由自卸汽车把新沥青混合料卸到再生机中部的料斗中,再经刮板输送机送至再生机中部
的搅拌器中。
⑥新旧料拌和与摊铺:翻松切削下来的旧材料与新混合料在搅拌器中被拌和均匀,经螺旋布料器均匀铺开,
由熨平板整平并预压。
⑦压实:由压路机压实成型。
现场热再生工艺使整个沥青路面修复工作在行进中一次完成。
5 厂拌冷再生
厂拌冷再生技术是用乳化沥青或泡沫沥青与废旧沥青混合料、新集料在常温下拌和成再生混合料后运至工地
,经摊铺压实成路面的再生方法。

     图10乳化沥青厂拌冷再生
厂拌冷再生路面的施工程序与要求如下。
1旧沥青路面材料的加工
旧沥青路面材料加工包括旧沥青路面铣刨、破碎、筛分等工艺过程。为保证再生路面的质量,用于厂拌冷再
生的旧料破碎要求较高,旧料破碎愈充分,团粒越小,与新沥青材料接触的表面积就愈大,新、旧沥青交融
就愈快、愈好,愈利于再生路面的早日成型。旧路面材料的破碎充分,是保证再生路面表面致密均匀、成型
快、质量好的技术关键。

         图11 厂拌冷再生破碎旧料
2 基层处理
在铺筑冷再生混合料路面前必须对旧基层的各种病害进行处理。在铺筑之前基层表面应洒透层油,透层油
可直接使用乳化沥青。
3 再生沥青混合料的拌和
(1)沥青的选择
一般多使用阳离子型乳化沥青或泡沫沥青。
(2)混合料拌和
普通滚筒式拌和机和间歇式拌和机,都可用于乳化沥青冷拌再生混合料的拌和。由于无需加热,可以直接使
用这些机械,只需增加一加水装置。夏季高温季节施工时,为延缓破乳时间,在拌和之前可用氯化钙水溶液
浇洒在集料上,使之湿润,然后再加乳化沥青拌和,同时拌制再生混合料的地点,宜设在现场或距离现场附
近不远的地方,避免长距离运输使混合料摊铺前破乳。

4 混合料摊铺与压实
乳化沥青冷拌再生混合料用摊铺机摊铺。摊铺整平后,首次碾压应在乳液刚开始破乳或在破乳前即进行。
但是碾压也不宜过早,过早碾压会阻碍混合料水分的蒸发,影响压实度和混合料强度的增长。而成型碾压
延迟时间过长,则又会造成压实困难,甚至会破坏沥青与集料之间已形成的粘结。因此,应根据施工现场
条件合理掌握碾压时间适时进行碾压。

5 初期养护
冷再生沥青路面成型的快慢与气温高低有密切关系。在高温季节,沥青能够在行车荷载的挤压揉搓作用下
,调整位置而重新分布,使路面较快地成型。若施工后气温长时间较低,或者在秋季施工则路面成型较差,
易出现松散、坑洞等病害。
冷拌再生混合料一般不能直接做面层,而要在其上加铺一层新沥青混凝土面层以改善路面状况。并在冷拌
再生路面完工后,立即进行加铺封层。

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