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    公路工程新技術——瀝青路面就地冷再生技術

    公路工程新技術——瀝青路面就地冷再生技術

     

        一、引言

    我國經濟的繁榮,促進了公路交通事業的發展。截止2006年底,全國公路總里程達345.70萬公里,其中二級及二級以上等級公路里程35.33萬公里,瀝青混凝土路面35.01萬公里。90年代以后陸續建成的等級公路已進入大、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、施工簡單且無污染,但是隨著鋪蓋層數的增多必然會引起路面抬高,影響周圍環境。目前普遍采用的是剔除破舊面層的方法,但是該方法產生的廢料不僅難以處置,污染環境,而且對瀝青和石料資源也是一種極大的浪費。上個世紀70年代發展起來的舊瀝青路面再生利用技術,正是要解決這一問題,它因節約材料,降低造價以及減少環境污染的特性而備受人們關注。

    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,經過路面再生專用設備的翻挖、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,可以顯著降低建設成本,具有顯著的經濟和社會效益。

    三、國外瀝青路面再生技術概況

    國外發達國家對瀝青路面再生利用的研究,最早從上個世紀初就已經開始了。但真正成規模的應用始于上世紀60、70年代。1997年國際經濟合作組織發表的《道路工程再生利用戰略》白皮書顯示,主要發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的研究。1973年石油危機爆發后美國對這項技術才引起重視,并在全國范圍內進行廣泛研究,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,并在再生劑開發、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,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。前蘇聯于上世紀60年代開始了瀝青路面再生技術的研究,1984年出版了《再生路用瀝青混凝土》一書,概述詳細介紹了再生技術,表明蘇聯在這一領域也取得了很大的進展。最近,歐洲瀝青路面協會EAPA在互聯網上公布,其成員國的廢舊瀝青路面材料以100%通過再生方式得以重復利用。

    四、國內瀝青路面再生技術應用現狀

         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進行研究試驗和推廣工作,并取得了可喜的成果。當時是把舊渣油路面加入適當的輕油使之軟化,來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 年以來采用陽離子乳化瀝青作再生劑對多條道路進行冷法再生瀝青路面工作,同時對另一些道路進行熱法再生路面工作。云南省亦在1983 1988年進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始嘗試著將舊瀝青路面簡單再生后用于中輕交通量公路或道路基層,如1992年同濟大學在淮阜路采用陽離子乳化瀝青進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有必要進行深入、系統研究。如2000年沈大高速公路營口段再生試驗,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、生產單位也開始重視高等級公路舊瀝青路面再生技術的研究 。

     

    最近十年中,瀝青路面再生技術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,越來越嚴苛的環保政策使得舊路翻修中銑刨下來的瀝青路面舊料的處理成為一項難題,與此同時石油瀝青作為不可再生資源其成本越來越高,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、銑刨下來的瀝青混合料被廢棄,一方面造成環境污染,另一方面對于我國這種優質瀝青極為匱乏國家來說是一種資源的浪費,而且大量的使用新石料,開采石礦會導致森林植被減少,水土流失等嚴重的生態環境破壞。

    五、就地冷再生技術施工工藝

    瀝青路面就地冷再生,并不是人們通常所理解的將已經破損的瀝青路面重新恢復到完好的原始狀態,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,此工藝應該稱之為舊瀝青路面材料的就地再利用。

    道路就地冷再生技術的工作原理,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,冷再生機向前行進時,轉子轉動,同時水通過軟管從再生機連接的水車中運送過來,并在再生機的拌和倉中噴灑。水的輸送量通過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度。液體穩定劑,例如熱瀝青(冷再生機自帶泡沫瀝青發泡裝置,可將熱瀝青加熱到160180℃與少量水混合發泡)可通過專門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,通過與舊料拌和來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作業

     

    與傳統的施工方法相比,就地冷再生具有諸多的優點:

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

    可以不中斷交通。由于就地冷再生工序簡單,投入現場的施工設施很少,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,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力輪胎在暴露的路基上只通過一次。而采用傳統的機械施工時,路基將承受頻繁的高應力載荷,往往導致局部隆起現象,必要時需要采用挖掘機和回填作業進行處理。

    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,這一優點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,這也是被實踐所證實的。

    生產效率高。就地冷再生是在自然條件下進行的,除了個別嚴重的坑槽需要簡單的預處理外,其余路面均不需要任何處理。再加之一次性通過的施工特點,充分地利用了作業時間,因此大大地提高了生產效率,經過我們的實地測定,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。

    保護環境和資源。因為舊料得以全部就地利用,減少了新材料的開采,也不存在舊料運輸和廢料隨意棄放的問題,施工過程沒有粉塵和廢氣的污染,節約了資源,保護了環境,因此被人們稱之為綠色施工技術。

    六、推廣瀝青路面再生技術的重要意義

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

    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、中修工程從技術指標、施工工藝、工期、環保等各方面都有很高的要求。

    再過1020年,根據我國公路網發展規劃,我國高速公路將達8.5萬公里,路網總里程也將達到650萬公里。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,8.5萬公里的高速公路網平均每年將產生接近5000萬噸的舊混合料,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,也會對環境造成嚴重的污染。因此,我們必須大力推廣瀝青路面再生應用技術,促進舊路面材料的循環利用。瀝青路面再生技術的研究、推廣和相關專用設備的開發,對降低建設成本、保護生態環境以及對我們國家的公路建設都有極大的意義。

    七、工程實例

    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,壓實厚度25cm,7天無側限強度1.5MPa。

     

    再生作業

     

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