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沥青路面就地冷再生技术应用概述与市场分析
2016-05-23  中国桥梁网 分享到:
关键词:沥青路面 冷再生技术 

   沥青路面的再生施工技术按温度可分为热法施工和冷法施工。冷法施工按施工工艺又可分为就地冷再生法和厂拌冷再生法。就地冷再生法是指充分利用现有沥青道路旧铺层材料(面层与基层)必要时加入部分新骨料,并按比例加入一定量的添加剂(水泥、水泥稀浆、泡沫沥青、乳化沥青、石灰、粉煤灰等)在自然环境温度下就地连续地完成材料的铣刨、破碎、拌和、摊铺及压实成型,从而修筑出具有所需性能质量的新基层的作业过程。

   1就地冷再生技术的应用背景和意义

   就地冷再生是国外80年代后期发展起来的一种新技术,目前已成为国际上道路维修改造的主要方法之一。国外对沥青路面再生利用研究,最早从1915年在美国开始的,但由于以后大规模的公路建设而忽视了对该技术的研究。1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视,并在全国范围内进行广泛研究,到八十年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半,并且在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。西欧国家也十分重视这项技术,联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家。法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中推广应用这项技术。此技术已得到了较为普遍的应用,并常常作为路面维修的首选方案,随着我国98年引进第一台就地冷再生机后,近几年来,就地冷再生技术在我国受到了业内人士普遍的关注与认同,推广普及速度很快,例如辽宁、吉林及河北等地区已经应用相当普遍,并且取得了良好的效果。

   目前我国的公路建设飞速发展,每年投资规模已经超过2000亿元。在90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期,大量翻挖、铣刨的沥青混合料被废弃,一方面造成环境污染,另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏国家来说是一种资源的浪费,而且大量的使用新石料,开采石矿会导致森林植被减少,水土流失等严重的生态环境破坏。按照沥青的设计寿命(15~20年),从现在起,每年有12%的沥青路面需要翻修,旧沥青废弃量将达到每年220万吨之巨,如能加以利用,每年可节省材料费3.5亿人民币,而这个数字是以每年15%的速度增长的。10年以后,沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万吨,届时通过再生利用每年可节约材料费15亿元。否则这些为数巨大的沥青混凝土层翻挖后只能白白的废弃掉,不仅浪费了资源,也会对环境造成严重的污染。因此,沥青再生技术的研究、推广和相关专用设备的开发,对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的公路建设都有极大的意义。

   2就地冷再生施工技术特点

   道路就地冷再生属于道路维修、改造的范畴,不仅适用于高等级公路的维修与改造,也适用于一般道路及乡间公路的维修与改造。它主要解决沥青路面上基层破损的问题。具体讲,过去主要是用于等级低的道路或铺筑基层使用,国外多用于乡村道路的翻修,近几年已开始应用于重交通道路上。

   该设备主要由沥青路面铣刨装置、乳化沥青喷洒装置、螺旋分料装置、熨平装置及行走系统和控制系统等组成。其工作过程为:随着设备的行走,铣刨装置将旧路面铣削并破碎,喷洒装置按照配比的要求喷入乳化沥青,同时,铣刨装置将各种材料搅拌均匀,经过分料螺旋在摊铺宽度范围内均匀分料,再经过熨平装置熨平,最后用压路机压实路面成型。对于低等级公路特别是乡村公路,这种路面就是最终路面;对于高等级公路,这种路面可作为高等级公路的基层。

   就地冷再生技术的主要施工机具为集破碎与拌和为一体的冷再生机,冷再生机的核心是装有大量专用刀头的铣刨和拌和转子。转子向上旋转铣刨原路面材料,冷再生机向前行进时,转子转动,同时水通过软管从再生机连接的水车中运送过来,并在再生机的拌和仓中喷洒。水的输送量通过微处理器控制的泵送系统精确控制。铣刨转子将水与铣刨料充分拌和,并达到需要的最佳含水量,从而达到混合料的最大压实度。为了提高再生材料的强度往往需要加入稳定剂,稳定剂主要有水泥、水泥稀浆、乳化沥青、泡沫沥青、石灰、粉煤灰等。液体稳定剂,例如热沥青(WR2500S冷再机自带泡沫沥青发泡装置,可将热沥青加热到160~180℃与少量水混合发泡)可通过专门设计的喷洒嘴将泡沫沥青喷洒到拌和腔, 在拌和罩内与被切削下来的材料进行充分均匀地混合;粉状稳定剂,如水泥,需按设计添加量事先撒布在再生机前的路面上,再生机将粉状稳定剂与再生料和水一次性拌和。 如遇再生层原级配不良的情况,可在再生前将所缺少的部分集料撒布在路面上,通过与旧料拌和来改善原路面材料的级配。就地冷再生施工技术具有诸多优点,概括起来可归纳为以下5点:

   (1)成本低道路就地冷再生由于全部利用了旧的铺层材料,从而减少了道路维修或改造时旧铺层材料的挖起运输、废置和新材料的购置,节约能源,从而导致成本大幅度下降。据国外施工资料介绍,与在旧铺层上加铺新料的维修方法相比,浅层就地再生约可降低成本20%,深层就地冷再生约可降低成本46%;

   (2)效率高道路就地冷再生机械施工一次性可以完成铣刨、破碎、添加、拌和及摊铺,从而简化了施工程序,缩短施工工期。使用就地冷再生机械,每天施工可完成5000~8000m2的工作量。创造了道路改造快速施工的一里程碑;

   (3)质量好就地冷再生可以根据不同道路旧铺层材料的实际情况进行设计,选择不同的添加剂,配比准确,可以保证再生材料的优秀品质和施工质量,形成施工成型厚而均匀的粘结层,从而保证了维修后道路的使用期限,使再生后的沥青路面与新铺沥青路面性能基本相当。同时由于对旧材料进行重复利用,施工过程中路面的几何线形及厚度能得到很好地保持;

   (4)污染少使用传统的道路维修方法,沥青路面废弃量十分巨大,对环境造成污染大量新材料的开采,也会造成资源减少和环境的破坏。采用冷再生技术则可完全避免上述问题。由于旧料得以充分再生利用,从而大大减少了新筑路材料的开采量;也不存在旧料的运输与存放问题,是一项绿色环保技术。它不仅可以节约大量投资,更有利于环境保护,因此被人们称之为“绿色”施工技术;

   (5)干扰低冷再生施工的特点是大型机械,密集施工,将因施工而造成的交通干扰降到了最低。该机械具有封闭式自动控制添加系统,可以防止粉尘飞扬,有利于文明施工。 不像新建道路施工项目那样,许多施工可在整个工地同时进行,冷再生施工只是集中在一定特定的区域。整个冷再生机械组合可以处于同一条车道内,不影响另一条车道车辆通行,可进行开放式施工,特别适用于交通量较大或路宽较窄情况下的道路的施工。

   就地冷再生技术的优越性,必将会得到越来越广泛的应用,其社会效益、经济效益会越来越大。它的发展空间也会非常巨大。这种客观实际的存在是使得就地冷再生技术受到认同并且得到快速发展的原始动力。

   3就地冷再生技术施工工艺

   就地冷再生技术施工主要有两种方式。一种是利用专用再生机械在就地铣刨、破碎、加入新料(包括乳化沥青或其它再生剂、稳定剂,必要时还要加入集料)、拌和、摊铺和预压,再由压路机进一步压实。这种再生路面主要用于低等级公路路面和高等级公路路面基层(但将会提高路面高程),不适用于高级路面的面层,一般用于二级以下的公路。另一种方式是在旧路面上洒布再生剂封层,再生剂能渗入路面5~6mm,恢复表层被氧化沥青的活性,并形成抵抗燃油泄漏的封层,可延长路面的使用寿命2~3年。这种再生方式其实属于预防性养护范畴,适用范围窄,并且应充分考虑其对路面抗滑性能的影响。

   就地冷再生添加的稳定剂水泥、水泥稀浆、泡沫沥青、乳化沥青等的施工工艺如下:

   (1)再生二灰稳定碎石基层或水泥稳定碎石基层时可掺加水泥作为稳定剂,再生得到的混合料作为路面的基层使用。水泥(应选择具有缓凝性的矿渣硅酸盐水泥,以便再生混合料在初凝前碾压密实)可以采用以下三种添加方式:

   a.将粉状水泥撒布在再生机前的被再生路面上,再生机经过时可将水泥与被铣刨下来的旧混合料进行拌和。

   b.用专用水泥稀浆搅拌输送车将水泥与水拌和成稀浆状,水泥稀浆可以直接喷洒到再生机的拌 和罩壳内。这样不仅可以保证水泥用量的精确性,同时也防止了因刮风等而损失水泥材料。

   c.采用专用水泥撒布车撒布水泥,撒布车作为再生机组的一部分。

   不论采用粉状水泥方式或水泥稀浆方式添加,水泥用量一般控制在2%~4%(重量百分比)之间;

   (2)再生沥青面层混合料可掺加乳化沥青或泡沫沥青,再生得到的混合料可作为沥青碎石基层或沥青下面层使用。

   乳化沥青可以提高混合料的粘结力和承载力,有助于使旧路面中老化的沥青复原、软化。使用乳化沥青的好处是其粘度低,易于用再生设备中的液体喷洒装置添加,再生材料与乳化沥青拌和后,乳化沥青破乳后沥青有较高的粘度,因此可以提高旧材料的粘结性。

   泡沫沥青是通过在热沥青中加入少量的水(约为沥青用量的2%~3%)产生的。使用的沥青为普通针入度级的沥青,如AH-70号普通沥青。当水注入热沥青时,水会迅速蒸发,从而引起沥青在饱和蒸 气内产生爆炸泡沫,体积膨胀至原来的15~20倍。泡沫沥青的产生如图2所示。泡沫沥青大大增加了沥青的体积和表面活性,在发泡的过程中,沥青的粘度显著降低,从而使沥青能充分地扩散进骨料中去。

   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。在粒料中,泡沫沥青的用量一般为3%~5%(重量百分比)。当被再生的混合料中本很含有较多沥青时,其用量可降低为2%~3%。在采用泡沫沥青作为稳定剂时,加入少量水泥(一般为1%~2%)是有好处的,它可以使再生混合料结构层获得所需强度的同时,提高表面质量,防止裂纹的发生。泡沫沥青的优点在于其适合几乎所有的骨料和原道路上再生的筑路材料,与普通沥青相比,提高了沥青的裹覆能力,能理想地裹覆冷的和潮湿的骨料。

   初步的研究和实践均表明,采用沥青就地再生技术,可以充分利用旧料,通过选择适当的配比及新旧料掺和比例,可以再生得到质量相当不错的再生混和料。这种再生混合料可以使用于高等级公路的沥青面层。随着我国沥青路面维修养护量的不断增加,有必要对沥青路面旧料实用再生技术进行更深入、更系统的研究,提出适合我国国情的再生沥青混合料设计规范和施工规范。

   4就地冷再生设备技术与市场预测分析

   随着国家对环境污染,再生能源工作的重视。特别是随着我国社会主义新农村建设步伐的加快,国家一方面要新建一些乡村公路。另外一方面要对原有的县、乡公路进行升级改造,沥青路面维修养护量不断增加。由于就地冷再生节省能源,不产生环境污染,保护生态等优点,随着二级以下路网的改造,就地冷再生机的市场正在逐年扩大。1999年西筑公司设计生产出了我国第一台WBZ450稳定/再生拌和机,当时冷再生的市场还没有形成。从2005年以后,特别是泡沫沥青技术的发展,各施工单位开始使用冷再生技术进行公路的升级改造试验,冷再生技术在国内逐步推广使用。国内的冷再生施工设备基本依赖进口,已经进口到国内的有20多台。因此就地冷再生机的市场前景看好。预计国内市场年总需求为10~20台,每年将会有5台的增加量。最近几年,国内许多机械设备生产厂家开始研发就地冷再生设备。

   国外的冷再生设备发展较早,但是由于施工材料发展速度滞后,该设备的发展曾受到一定程度的影响,早期的添加再生材料多数是乳化沥青。但是最近几年,泡沫沥青技术、水泥沙浆技术的发展,冷再生技术得到了迅速发展。其共同的特点是节能、环保,深受各国公路行业的关注并具广阔发展前景。生产这种设备的有美国CMI公司、德国WIRTGE公司和BOMAG公司等。 目前,用于二级以下路面就地再生的代表产品是德国WIRTGEN的轮胎式WR2500冷再生机,BOMAG轮胎式MPH121冷再生机和美国CMI的轮胎式RS-500B的就地再生设备。 用于高速公路路面再生的代表产品是德国WIRTGEN的履带式大功率现代化冷再生机(铣刨宽度3.5~4.0m、切深:250~300mm、功率:1000HP以上)和美国ASTEC的履带式就地再生设备(配有计算机控制的再生料破碎、筛粉、计量、粘油的比例添加、搅拌、摊铺等配套装置)。可以说到目前为止,我国自行设计制造的大型冷再生设备还处于研发生产市场开拓阶段. 最近几年,国内除西筑公司外,其它厂家也在研发生产该产品,有徐州威马机械有限公司,山东德工机械有限公司等。

   目前,国际上著名的维特根WR2500就地冷再生机、宝马MPH1212型就地冷再生机等是冷再生技术中广泛应用的设备。

   5就地冷再生技术在国内的应用情况

   就地冷再生设备现在得到了比较普遍的使用,廊坊市交通公路工程有限公司,太原市市政工程总公司,铜川市公路局,无锡市路中养护工程有限公司等都拥有自己的就地冷再生设备。1998 年,邯郸市交通局首次利用冷再生新工艺对一段公路进行了冷再生改造。1999年邯大线29.5km大修工程中广泛应用。2005 年,滦县102 国道30.88km的滦县段采用冷再生技术进行大修工程,采取路面冷再生工艺,将旧路结构层用冷再生机破碎加水泥拌和后,用作新路的道路基层;2003年,由太原市政工程总公司承建的滨河西路翻修工程采用了路面冷再生施工工艺。京沪高速公路代用线(天津南段)做冷再生试验段;江西2005年,铺筑了昌九高速公路就地冷再生试验路;山东在山东烟台龙口市204 国道龙口段,使用就地冷再生设备对面层进行重修重铺试验,取得了良好的效果。

   沥青路面在服务几年后其破坏速度会大大加快,但及时的维修,如重新罩面或再生利用等方法可以保持路面的质量并延长道路的使用寿命。根据世界银行的调查,路面质量下降40%时需花费1美元进行修复,若因为修复不及时而导致路面质量丧失了80%,此时修复就得花费4~5美元。从目前的工程实践来看,沥青路面冷再生技术在道路再生中具有明显的优势,随着我国陆续建成的等级公路进入大、中修期及乡村公路的升级改造,沥青路面就地冷再生技术将得到普遍重视。

   6结束语

   综上所述,由于沥青路面冷再生节约了大量的建设和养护资金,减少了资源的浪费和环境的破坏,具有巨大的经济效益和社会效益,目前路面冷再生技术在我国还处于试验推广阶段,在强调可持续发展的今天,进一步加强研究路面就地冷再生技术,对我国公路的建设发展都具有特别重要的意义。

   随着人们对环保、社会效益的关注及技术的进步,沥青路面再生利用技术越来越受到人们的重视。就地冷再生作为一种新兴的施工技术,与传统筑路方法相比,“就地冷再生技术”可缩短工期、提高作业效率,完全利用废旧材料,大大节省施工成本,对交通的干扰最小等优势,在我国公路事业飞速发展的今天,将会以其独特的施工工艺、特点、牢固立足于公路施工工艺的竞争行列之中。

   中交西安筑路机械有限公司研究所 梁新
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