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现代道路养护技术沥青专题系列3-1

发布时间:2022-01-21


现代道路养护技术沥青专题系列


第四章:路面再生养护技术


路面再生技术,是指将废旧的路面材料加以重复利用的技术,该技术主要针对黑色路面(指沥青面层类路面)中的沥青混凝土路面以及白色路面(指水泥混凝土和整齐的条块石面层)中的素水泥混凝土路面而言。

 

路面再生技术中,应先根据公路路面不同层次的质量要求进行配合比设计,即掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂进行拌和,拌和后的混合料在待定环境下进行物理化学反应后,成为达到规范规定的新混合料,从而获得优良的再生路面面层。

 

该技术属于材料循环利用技术范畴,可减轻大气污染、保护路侧环境、减少能源消耗。

 

国外的路面再生技术源于1915年美国研究的沥青路面再生技术探索实践;2004年,作为更加绿色环保的沥青路面温再生技术在美国佛罗里达州诞生,并提出了温拌再生的加工工艺。

 

我国于20世纪80年代曾组织过对沥青路面再生的研究,主要是冷拌技术研究和试用,交通运输部也颁布了《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41-2008),但总的来说,国内发展不太均衡,目前仍然处于逐步摸索和推广使用阶段。

 

我国无损温再生技术的研究起步于2010年,目前,中交第一公路勘察设计研究院有限公司(原交通部第一公路勘测设计研究院)于2014年给出的研究成果在行业内较被看好,该成果包括再生机理、辅助渗透设备、混合料组成以及施工工艺等内容,正在逐步通过试验路段积累经验并推广使用。

 

路面再生技术分为旧沥青路面再生技术和旧水泥混凝土路面再生技术两大类。

 

其中,旧沥青路面再生利用技术,是采用专用机械设备对旧沥青路面或者回收沥青路面材料(RAP)进行处理,掺加一定比例的新集料、新沥青、再生剂(必要时)等形成的路面结构层的技术。

 

第一节 沥青路面再生技术及机理

 

一、沥青路面再生技术

沥青路面再生技术分为冷再生、温再生、热再生三类。

 

沥青路面冷再生技术,指常温下对废旧的沥青路面材料加以重复利用的技术。沥青路面冷再生技术包括厂拌冷再生技术和就地冷再生两种。冷再生具有处理深度深(最大可达到30cm)、适应性好(柔性基础和半刚性基础路面均适用)、节约资源、保护生态环境(施工中对环境污染小)且开放交通早等优势。

 

沥青路面温再生技术,即沥青路面无损温技术,是指在沥青路面铣刨前将一种试剂喷洒在路面上,在特殊机械的辅助下,短时间渗透到路面内部一定深度,使沥青路面在110~130温度条件下软化,并可通过专用耙松设备耙松,实现保护沥青和集料级配的目的;将耙松好的旧料收集并在110~130温度范围内进行拌和,在不添加任何新料的情况下,再生后的沥青混合料性能可以达到新拌沥青混合料技术指标,属于一种节能环保型的再生技术。

 

沥青路面热再生分为厂拌热再生和就地热再生两种。厂拌热再生是将旧沥青路面材料(RAP)铣刨后运至拌和厂(场、站),经破碎、筛分,然后以一定的比例与新集料、新沥青、再生剂(必要时)等拌制成热拌沥青混合料,按照热拌沥青混合料的施工工艺重新铺筑路面的一种技术。就地热再生是将旧路面铺层材料就地加热软化,铲起路面废料,增加适当的新拌沥青混合料和再生剂进行机内热搅拌,随即摊铺、熨平和碾压,形成新的路面结构。

 

(一)沥青路面冷再生技术

沥青路面冷再生技术有按照再生方式分类和按照胶结材料分类两种分类方法。

 

1、 按照再生方式分类

1)、厂拌冷再生

厂拌冷再生技术是将旧沥青路面用特定设备破损、用运输车辆运回搅拌厂储存备用,通过集中破碎、筛分,分析旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标,使旧沥青混合料变成沥青再生料,再运输到现场经摊铺、碾压等工序形成沥青路面结构层的技术。厂拌冷再生的主要功能体现在两个方面:其一是,以冷拌沥青混合料的形式实现旧路面沥青层材料的再生利用;其二是,恢复和改善旧沥青混合料路用性能。其优点是性能较好,RAP要求较低,适用范围较广,能耗低,污染小;不足之处是再生混合料强度的形成需要较长的时间且需要加铺一定厚度的罩面层。

 

厂拌冷再生方式适用于对各等级公路旧沥青混合料回收料进行冷拌再生利用,再生后的沥青混合料根据其性能和工况,可用于高速公路和一、二级公路沥青路面的下面层及基层、底基层,三、四级公路沥青路面的面层。当用于三、四级公路的上面层时,应采用稀浆封层、碎石封层、微表处等做上封层。

 

2)、就地冷再生

就地冷再生是采用专用的就地冷再生设备,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、活性填料(水泥、石灰等)、水,经过常温拌和、摊铺、碾压等工序,一次性实现旧沥青路面再生的技术。换言之,就地现场冷再生是在自然环境温度下,连续完成旧路面材料的铣刨、添加定量的新材料(水泥、水、集料)、充分拌和后就地碾压成型,经养生形成满足路用强度等指标要求的新型路面基层。

 

就地冷再生包括沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生两种方式。仅对沥青材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,称为全深式就地冷再生。全深式就地冷再生之主要功能是将全部的沥青面层和一定厚度的基层进行再生处理,再生后的混合料可用于沥青路面的中、下面层或稳定基层。全深式就地冷再生一般用于病害严重的二、三级公路沥青路面的翻修、升级改建,再生材料可用于沥青路面的基层及轻交通量道路的下面层。

 

就地现场冷再生的优势是RAP全部就地再生利用,对RAP要求低且价格较低。不足之处是冷再生层不能直接作表面层,需要较长的养护时间,质量控制难度较大。就地现场冷再生主要用于低等级道路的升级改造以及高等级公路半刚性基层柔性化,一般适用于一、二、三级公路沥青路面的就地再生利用,用于高速公路时应进行论证。对于三级公路,再生层可作为面层、基层,用作上面层时应应用稀浆封层、碎石封层、微表处等做上封层。

 

2、 按照胶结材料分类

根据再生技术中所用胶结材料种类的不同,可分为水泥+乳化沥青和水泥+泡沫沥青两种,分别称为乳化沥青冷再生技术和泡沫沥青冷再生技术。两者的主要差异表现在工艺过程上,性能上的差异有待进一步跟踪观测。乳化沥青冷再生技术一般只用于厂拌冷再生,与传统的水泥稳定碎石的生产工艺较为相似。泡沫沥青冷再生技术既可以用于厂拌冷再生又可以用于就地冷再生。

 

(二)沥青路面温再生技术

目前温拌沥青混合料技术主要有沥青矿物法、泡沫沥青法、有机添加剂法和表面活性剂法四种。温拌沥青混合料技术关键不在于上述的几种方法,而在于温拌剂、加热装置以及温拌设备等。

 

1、温拌再生剂

温拌再生剂是一种喷洒在沥青路面,利用沥青路面辅助养护车辐射后即可快速渗透到路面达一定深度,实现软化路面和再生沥青的一种试剂。

 

2、微波加热设备(微波辅助渗透墙)

微波加热设备大多数是从仿真微波等离子CVD设备得到启示而制造,该系统以多个微波源为加热墙系统核心,以实现微波能对沥青路面的微波辐射加热。微波加热再生装置一般是与卡车结合的微波加热再生装置系统。目前,生产有总功率为100KW的沥青微波现场加热移动。

 

3、喇叭天线

喇叭天线是由开口波导的开口端渐变扩大形成,由开口波导的末端进行变换得来的,传统的喇叭天线一般都是由一端波导与一端喇叭组成的。喇叭截面逐渐扩大,能明显改善天线与自由空间的匹配。

 

4、微波辅助养护车

微波辅助养护车是将微波核心墙体集成到车上,即在养护车上加装微波辅助渗透系统中的辐射屏蔽系统。新型微波辅助养护车,是通过对不同微波屏蔽装置的对比分析,结合路面可能会存在不平整的现实特性,采用微波屏蔽链网结构屏蔽喇叭口径平面以下的主要微波辐射,来保障设备在使用过程中的安全特性的。该车使用柴油发电机组做动力,将柴油发电机组发出的电能转化成微波,利用微波辅助无损温再生剂软化再生沥青路面。

 

(三)沥青路面热再生技术及其类型

热再生又可分为厂拌热再生和就地热再生。

1、 厂拌热再生

厂拌热再生技术是使用一定比例的回收旧沥青混合料(简称RAP)。在不影响混合料性能的前提下,厂拌热再生混合料的各项性能指标要求与对应的热拌沥青混合料相一致,RAP掺配比例不宜过高(一般认为RAP20%最佳)。随着RAP掺量的增加,旧沥青性能对于混合沥青性能的影响逐渐增强。

 

2、 就地热再生

就地热再生(现场热再生)又可分为复拌再生和加铺再生两种。复拌再生,是指将旧沥青路面加热、铣刨,就地掺入一定数量的新沥青、新沥青混合料、再生剂,经热态拌和、摊铺、压实成型。掺加的新沥青混合料比例一般控制在30%以内。加铺再生,是指将旧沥青路面加热、铣刨,就地掺入一定数量的新沥青混合料、再生剂,拌和形成再生混合料,利用再生复拌机的第一熨平板摊铺再生混合料,利用再生复拌机的第二熨平板同时将新沥青混合料摊铺于再生混合料之上,两层一起压实成型。

 


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