淺談冷再生與熱再生的特點

李 綱

(衡水公路工程總公司)

瀝青路面的再生技術,是將舊瀝青路面經過翻挖、回收、破碎、篩分后,與再生劑、新瀝青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,使之能夠滿足一定的路用性能并用其重新鋪筑路面的一套工藝技術。

目前我國的公路建設飛速發(fā)展,每年投資規(guī)模已經超過2 000億元。在 20世紀 90年代以后陸續(xù)建成的高速公路已進入大、中修期,大量的翻挖、銑刨瀝青混合料被廢棄,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(tài)環(huán)境破壞。按照瀝青的設計壽命(15～20年),從現(xiàn)在起,每年有12%的瀝青路面需要翻修,舊瀝青廢棄量將達到每年220萬t之巨,如能加以利用,每年可節(jié)省材料費 3.5億人民幣,而這個數(shù)字是以每年 15%的速度增長的。10年以后,瀝青路面的大、中修產生的舊瀝青混合料將達到 1 000萬 t,屆時通過再生利用每年可節(jié)約材料費 15億元。否則這些為數(shù)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(huán)境造成嚴重的污染。因此,瀝青再生技術的研究、推廣和相關專用設備的開發(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,隨著我國高等級瀝青路面維修養(yǎng)護量不斷增加,對瀝青路面再生技術有必要加強理論研究,開發(fā)合適的再生劑和機械設備,為再生舊料在實際工程中的大量應用奠定基礎。

1 國內外研究概況

國外對瀝青路面再生利用研究,最早是 1915年在美國開始的,但由于以后大規(guī)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(fā)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80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,并且在再生劑開發(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(guī)實踐,目前其重復利用率高達 80%。

西歐國家也十分重視這項技術,聯(lián)邦德國是最早將再生料應用于高速公路路面養(yǎng)護的國家,1978年就將全部廢棄瀝青路面材料加以回收利用。芬蘭幾乎所有的城鎮(zhèn)都組織舊路面材料的收集和儲存工作。法國現(xiàn)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。

2 舊瀝青路面材料的性能

瀝青混凝土路面使用粘結力較強的瀝青材料作結合料,大大增強了礦料間的粘結力,提高了混合料的強度和穩(wěn)定性,使路面的使用質量和耐久性得到提高。瀝青混凝土路面具有表面平整、不滲水、行車舒適、噪音小等優(yōu)點,因而獲得越來越廣泛的應用。但它也經常受到天氣、溫度、行車以及材料等方面的影響,路面結構設計等方面的原因也會不可避免地造成各種各樣的病害,而這些病害又對行車速度、路面使用壽命、乘客舒適性以及交通安全等帶來了有害的影響。

瀝青路面老化主要是瀝青的老化和骨料的細化。瀝青路面在車輪荷載作用下,承受著壓應力,剪應力和拉應力等,同時瀝青路面長期暴露于大自然中,會受到各種自然因素如氧、陽光、溫度、水、風等的作用,致使混合料中的瀝青、骨料的性能發(fā)生物理、化學變化,并最終表現(xiàn)為瀝青混合料使用品質下降。瀝青混凝土路面的損壞總體可分為兩大類,一類為結構性損壞,包括路面結構整體或其中某一部分的破壞,使路面不能支承預定的荷載;另一類為功能性損壞,它可能不伴隨結構性損壞而發(fā)生,但由于平整度和抗滑性能的下降,使其不再具有預定的功能,從而影響了行車質量。

3 瀝青路面再生施工方法

再生瀝青路面的施工按溫度可分為熱法施工和冷法施工。熱法施工按施工工藝又可分為現(xiàn)場熱再生法和廠拌熱再生法。

3.1 現(xiàn)場冷再生法

現(xiàn)場冷再生法是用大功率路面銑刨拌和機將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎,再加入穩(wěn)定劑、水泥、水(或加入乳化瀝青)和骨料同時就地拌和,用路拌機原地拌和,最后碾壓成型。這種方法主要應用于冷法施工中,且新添加的結合料是乳化瀝青,這種方法對設施要求較低,生產成本不高,但再生路面的品質不是很好,目前該方法使用較少,主要是用于等級低的道路或鋪筑基層使用,國外多用于鄉(xiāng)村道路的翻修。

瀝青路面現(xiàn)場冷再生方法的主要特點有以下幾點。

(1)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。

(2)可以不中斷交通。由于就地冷再生工序簡單,投入現(xiàn)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。

(3)不損壞路基。與采用傳統(tǒng)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(tǒng)的機械施工時,路基將承受頻繁的高應力載荷,易導致“局部隆起”現(xiàn)象,必要時需要采用挖掘機和回填作業(yè)進行處理。

(4)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,這一點對于低等級道路的改造尤為重要。

(5)成本較低。與傳統(tǒng)的施工方法相比,由于舊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 20%～46%。厚度越深,降低成本越多,這也是被實踐所證實的。

(6)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(yè)時間,大大地提高了生產效率,經過實地測定,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 5 000m2以上。

(7)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(jié)約了資源,保護了環(huán)境,因此被人們稱之為“綠色施工”技術。

3.2 現(xiàn)場熱再生法

現(xiàn)場熱再生是一種就地修復破損路面的過程,它通過加熱軟化路面,鏟起路面廢料,再和瀝青粘合劑混合,有時可能還需要添加一些新的骨料。然后將再生料重新鋪在原來的路面上。一般用一臺大型“瀝青路面熱再生聯(lián)合機組”,先把瀝青路面烤熱軟化,再將舊瀝青層收集起來輸送到該機組中的雙臥軸連續(xù)攪拌機上,添加新骨料、補充新瀝青,攪拌后排到機組的攤鋪器上,攤鋪、搗實、熨平,再用壓路機碾壓,鋪成一條新路。現(xiàn)場熱再生可以通過單次操作完成,把原材料和需修的路面重新結合。或者是通過兩階段完成,即先將再生料重新壓實,然后在上面再鋪一層磨耗層。這種方法施工簡單方便,多用于基層承載能力良好、面層因疲勞而龜裂的路段,特別適用于老化不太嚴重,但平整度較差的路面。

3.3 工廠熱再生法

工廠熱再生法在工廠中對回收的瀝青混合料進行集中處理,是一種實用、靈活、簡便而又能保證質量的瀝青路面再生技術。

工廠熱再生法就是將舊瀝青路面經過翻挖后運回拌和廠,再集中破碎,根據(jù)路面不同層次的質量要求,進行配比設計,確定舊瀝青混合料的添加比例,再生劑、新瀝青材料、新集料等在拌和機中按一定比例重新拌和成新的混合料,從而獲得優(yōu)良的再生瀝青混凝土,鋪筑成再生瀝青路面。利用這種方法,可以方便對已被翻挖的基層甚至路基的一些地段進行有效的補強,瀝青層的重鋪則可以象新路施工一樣,分別按下面層、中面層、上面層(磨耗層)的不同技術要求進行配合比設計,確定舊瀝青回收料的添加比例。

4 現(xiàn)場熱再生法的特點

在上述各種方法中,瀝青路面現(xiàn)場熱再生利用技術是一種具有國際水平的高等級技術,采用就地加熱、翻松、攪拌、攤鋪、壓實等連續(xù)作業(yè)一次成型新路面,經濟、高效、快速、環(huán)保、節(jié)約,具有顯著的經濟效益和社會效益。當瀝青路面表面層出現(xiàn)裂縫、泛油、磨損、車轍、坑槽等病害或路用性能下降,路面的損壞程度還沒有波及到基層時,都可以采用這種維修方法,使用先進的現(xiàn)場熱再生機組,就地加熱舊路面,耙松、收集舊料,增加適當?shù)男掳铻r青混合料、再生劑進行機內熱攪拌,隨即攤鋪,熨平,輾壓,即可快速開放交通,是一種連續(xù)式的現(xiàn)場熱再生作業(yè)方式。根據(jù)英達公司提供的資料,其“修路王”現(xiàn)場熱再生修補方法與傳統(tǒng)方法相比,修補時間可節(jié)省 5/6,作業(yè)人員節(jié)省 1/2,舊路用材料完全利用,新瀝青混合料用量可節(jié)省 1/2。因此,瀝青路面現(xiàn)場熱再生方法在近幾年的瀝青路面養(yǎng)護中得到了相對更為廣泛的應用。

瀝青路面現(xiàn)場熱再生方法的主要特點如下。

(1)任何直接重鋪或銑刨后再填補的工程都可以用熱再生的方法,舊路面混合料就地再生利用,不需要搬運廢料過程及廢棄物堆放場地。

(2)能保存骨料的完好,保留瀝青的組成及性能,100%地利用舊料。而傳統(tǒng)的工廠再生法只能利用 40%～50%舊料,新的設備能夠產生更高質量的瀝青,它和新的瀝青混和料具有一樣的生命周期。

(3)不受大交通流量的限制,與以前的維修方法相比,影響交通及沿途居民的程度小,施工結束就可以開放交通。

(4)施工產生的振動、噪音比其他施工方法小,有利于環(huán)保。

(5)此維修方法是以路面面層為施工對象,適于基層承載力良好,因面層疲勞而龜裂,車轍,破損的路面。損壞波及到基層以下時,原則上不適用,或必須首先對基層進行處理。現(xiàn)場熱再生一般不能糾正屬于結構上的破壞。

(6)現(xiàn)場熱再生不能修復位于瀝青層以下較深位置的伸縮裂紋。

(7)在實行現(xiàn)場熱再生方法前,路面上的大量冷混合料補丁,噴涂補丁,必須除掉。

(8)此方法是在路上加熱舊路面,容易受特殊氣溫的影響,寒冷季節(jié)一般不宜施工,天冷以及雨天時效率將有所降低。

5 結束語

綜上所述,采用瀝青再生技術可以充分利用舊料,通過選擇適當?shù)呐浔燃靶屡f料摻和比例,可以再生得到質量相當不錯的再生混合料。初步的研究和實踐均表明,這種再生混合料可以使用于高等級公路的瀝青面層。同時,利用瀝青再生技術可以取得相當可觀的經濟效益和顯著的社會效益。

[1] 呂偉民,嚴家及.瀝青路面再生技術[M].人民交通出版社,1989.

[2] 桂希衡,徐孝蓉,黃秀.廢舊瀝青的再生利用[J].中國公路,2003,(11).

[3] 朱建東.瀝青路面現(xiàn)場熱再生工藝在滬寧高速公路的應用.