（机械设计及理论专业论文）“汉十”高速公路沥青路面就地热再生施工技术研究.pdf

摘要 我国大量早期建设的高速公路逐渐进入大中修期，为了降低维修成本，i i t 沥青混合 料再生技术的研究就显得尤为迫切。本文结合湖北省汉十高速公路沥青路面就地热再生 工程，在借鉴国内外沥青再生技术研究成果基础上，对就地热再生技术、设备、混合料 级配设计及其施工工艺进行了研究。 本文对各种就地热再生方案进行了分析和比较，总结了各种方案的优缺点及使用范 围，为施工单位选择就地热再生方案提供了依据。本文对多种沥青路面就地热再生设备 的性能特点和适用范围进行了分析和比较，所得的结论可以为施工单位进行设备选型提 供参考。结合汉十高速公路旧路修复工程，研究了就地热再生方案的经济性，计算了就 地热再生机组的投资回收期并分析了投资效益，给出了一般计算方法，可用于其它就地 热再生工程的经济性分析。 就地热再生沥青混合料中大部分是旧料，旧料的级配、油石比以及旧沥青的性质等 均发生了不同程度的变异，再生混合料配合比设计的任务就是消除这些差异，恢复混合 料原有的性能。所以，再生混合料设计的关键是检测旧料的配合比、油石比及旧沥青的 性质。在检测过程中，样本的数量应足够多并要有代表性，检测的方法要合理，以确保 检测精度。沥青的含量与性质对混合料的质量影响很大，所以在旧料的检测中，旧沥青 含量与性质的检测至关重要，它决定了再生剂的添加量以及再生剂品种的选择。 课题组检测的大量数据表明，再生剂对再生沥青路面性能影响很大，再生剂掺量过 大，再生后路面明显泛油，严重影响再生路面质量，并且增加了施工成本。所以，在施 工过程中一定要密切监视再生剂流量表，尤其是再生机组刚起步运行时，再生剂掺量可 能偏大，应及时调整，以确保再生沥青路面质量。 结合汉十高速公路就地热再生工程，本文对路面加热进行了热平衡分析与计算，推 导出路面加热机在加热一遍时工作速度的计算公式，为就地热再生工程中，加热机运行 速度的选择与控制提供理论依据。 关键词：沥青路面、就地热再生、再生设备、配合比设计、施工工艺 a b s t r a c t m a s s i v ee a r l yc o n s t r u c t i o nh i g h w a yg r a d u a l l ye n t e rm a j o ra n dm e d i u mr e p a i r sp e r i o d i n o r d e rt or e d u c ec o s ti nt h er o a dm a i n t e n a n c e ，t e c h n o l o g yo fr e c l a i m e da s p h a l tm i x t u r es h o u l d b eu r g e n t l yr e s e a r c h e d i nt h i st h e s i s ，h o ti n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g y ，r e c y c l e de q u i p m e n t a n dm i xd e s i g na r er e s e a r c h e d ，b a s e do nr e s e a r c hr e s u l t sf r o mh o m ea n da b r o a da n dc o m b i n e d w i t hh o ti n p l a c er e c y c l i n g p r a c t i c a le n g i n e e r i n gc o n d i t i o ni nh a n s h ie x p r e s s w a y e x c e l l e n c e ，s h o r t c o m i n g sa n da p p l i c a b l es c o p e o fv a r i o u sk i n d so fh o ti n - p l a c e r e c y c l i n gt e c h n o l o g ya r ec o m p a r e di nt h ep a p e r c o n s t r u c t i o n a lf o r c em a y c h o o s er e c y c l i n g t e c h n o l o g ya st h er e s u l t sa b o v e c h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a b l es c o p eo fe q u i p m e n t sa r e a n a l y z e d ；t h er e s u l t sc a nh e l pc o n s t r u c t i o n a lf o r c ec h o o s et h eb e s te q u i p m e n t c o m b i n e d w i t h h o ti n p l a c er e c y c l i n gp r a c t i c a le n g i n e e r i n gc o n d i t i o ni nh a n - s h ie x p r e s s w a y , t h ee c o n o m i c s o fr e c y c l i n gt e c h n o l o g ya n de c o n o m i cl o n g e v i t yo fr e c y c l i n ge q u i p m e n ta r ea n a l y z e di nt h e p a p e r a n da l s oc a l c u l a t i o nm e t h o di sg i v e n ，w h i c hc a n b eu s e di no t h e rc o n s t r u c t i o n s g r a d i n ga n da s p h a l t a g g r e g a t er a t i oo f o l da s p h a l tm i x t u r e ，w h i c hi st h em a i ni n g r e d i e n t i nt h er e c y c l i n gm i x t u r e ，a n dt h eo l da s p h a l th a v ec h a n g e d m i xd e s i g nf o rr e c y c l i n gm i x e ri s i no r d e rt oe l i m i n a t et h ed i f f e r e n c ea n dr e n e wt h ep e r f o r m a n c e s ot h ek e yt e c h n o l o g yo ft h e m i xd e s i g ni st ot e s tt h eg r a d i n ga n da s p h a l t a g g r e g a t er a t i o t h es a m p l e sw h i c hs h o u l db e t y p i c a la n ds e l e c t e da sm u c ha sp o s s i b l ea r et e s t e du s i n gr a t i o n a lm e t h o d t e s t i n gq u a l i t y o f o l da s p h a l ta n da s p h a l tc o n t e n ta r ev e r yi m p o r t a n t ，b e c a u s et h er e s u l t sd e c i d eq u a n t i t ya n d c a t e g o r yo fa d d i t i v e l o t so fd a t at e s t e db yt h et a s kg r o u ps h o wt h a ta d d i t i v ei m p a c t st h ep e r f o r m a n c eg r e a t l y t h er e c y c l i n ga s p h a l tp a v e m e n ti sb l e e d i n gi ft o om o r ea d d i t i v ep u ti n t ot h eo l da s p h a l t m i x t u r e s t h e s em a k em o r ec o s ta n di m p a c tt h eq u a l i t yo ft h ep a v e m e n t s ow h e n c o n s t r u c t i n g ，t h ew o r k e rm u s t w a t c ht h ef l o w m e t e r w h e nt h ea s p h a l tr o a ds u r f a c e h o t r e c y c l i n gm a c h i n es t a r t st om o v e ，t h ea d d i t i v em a yb et om o r e i no r d e r t om a k es u r et h e q u a l i t yo f t h ep a v e m e n t ，t h ef l o w m e t e rs h o u l db ea d j u s t e di nt i m e c o m b i n e dw i t hh o ti n p l a c er e c y c l i n gp r a c t i c a le n g i n e e r i n gc o n d i t i o ni n h a r t s h i e x p r e s s w a y , h e a tb a l a n c ei sc a l c u l a t e da n df o r m u l ai sg i v e nw h e nt h eh e a t i n gm a c h i n em o v e o n l yo n c e t h ef o r m u l ac a no f f e r e dt h e o r e t i c a lb a s e m e n tf o rc h o o s i n gt h es p e e do fh e a t i n g n m a c h i n e ，i nt h eh o ti n - p l a c er e c y c l i n gc o n s t r u c t i o n s k e yw o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ；h o ti n - p l a c er e c y c l i n g ：r e c y c l e de q u i p m e n t ：m i xd e s i g n ； c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：易励钧 。7 年衫月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：弓原孑匀 如7 年莎月7 日 导师签名： 刎年莎月7 e t 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 目前我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已经超过2 0 0 0 亿元。在2 0 世纪9 0 年代陆续建成的高速公路已经进入大、中修期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃， 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的国家来说是一种资源 的浪费，而且大量使用新材料、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。 截至2 0 0 4 年我国公路总里程达1 8 5 6 万公里，按照沥青路面的设计寿命1 5 - - 2 0 年 测算，从现在起，每年约有1 2 的沥青路面需要翻修，旧沥青混合料预计将达到1 9 0 0 万吨，并还将以每年1 5 的速度增长。1 0 年以后，我国沥青路面的大、中修产生的旧 沥青混合料预计达到8 0 0 0 万吨，若全部再生利用，每年可以节约材料费1 2 0 亿元，由 旧沥青混合料再生利用产生的环境效益是巨大的【l j 。 1 1 课题背景及研究意义 过去的5 0 - , - - 7 0 年里，人口的增长和经济的发展促使世界范围内的基础设施建设， 尤其是公路建设获得了史无前例的发展。公路迅速发展初期，最主要的费用是最初的施 工成本费用，而养护费用却很少甚至没有。随着交通量和车辆轴重的增加，使用年限的 增长以及天气等大自然的原因，沥青路面的变质和老化越来越严重，需要增加维护的投 入以保持其应有的通行能力。 世界上大多数国家的公路网都面临着类似的问题，与道路建设初期大量资金的投入 相比，人们往往忽略了对已建道路养护方面的考虑，从而导致路况的迅速恶化，最终不 得不采取较昂贵的修复措施以恢复道路的性能。但在旧路修复过程中人们常把旧路面材 料当作垃圾处理，而且由于废料仍具有一定的利用价值，当作垃圾处理必将造成极大的 浪费。另外，为了避免造成环境污染，必须将旧路面材料当作有害垃圾，这笔处理费也 是相当客观的。 旧沥青混合料的再生利用，能够节约大量的沥青和砂石材料、节省工程投资。在砂 石材料缺乏的地区，由于砂石材料都是从外地远运而来，成本较高，采用旧沥青路面再 生技术所能节约的工程投资就十分可观了。根据美国联邦公路管理局的调查，旧沥青混 合料再生利用，可节约材料费用5 3 蛾，降低路面造价2 5 左右，节约沥青5 0 。1 9 8 0 年美国使用了约5 0 0 0 万吨旧沥青混合料，节约投资达3 9 5 亿美元【2 1 。 l 第一章绪论 旧沥青混合料的再生利用有利于处治废料，节约能源，保护环境。由于旧沥青混合 料得以利用，节约了大量的沥青和砂石材料，减少了新材料的开采，也不存在旧沥青混 合料的运输和废料弃放的问题。因而旧沥青混合料的再生利用，具有显著的经济效益和 社会、环境效益，在公路建设中，被人们称之为“绿色”施工技术。 多年来，世界各国广泛进行旧沥青混合料再生利用的试验研究，并研发了相应的再 生设备，且在实践中已大面积推广应用。当前，与我国可持续发展的战略方针相适应， 旧沥青路面再生技术的研究与专用设备的研发、推广与应用已被提上重要的议事日程， 成为我国高等级公路建设的一个新热点。采用先进的路面再生技术已势在必行，旧沥青 路面就地热再生技术以其显著的优点有着广阔的应用前景，公路相关行业的工作者应积 极对其相关技术及设备进行研究和探索，以开发出适应我国国情的新一代道路维修设 备，满足公路不断发展的要求。 1 2 沥青路面再生技术综述 1 2 1 国外沥青路面再生技术概况 发达国家很重视再生实用技术的研究，他们在再生沥青混合料的拌制工艺，以及与 之相适应配套的各种挖掘、铣刨、破碎、拌和等机具的研制等方面都取得了很大的成就， 形成了一套比较完整的再生实用技术，并且达到了规范化和标准化的程度。 1 9 1 5 年，沥青路面再生技术的实验研究最早在美国开始，但由于以后大规模的新路 建设，这项技术没有得到足够的重视。1 9 7 3 年石油危机爆发，旧沥青路面材料再生利用， 作为解决石油危机的一个重要措施，又重新引起人们的重视。1 9 7 4 年美国开始研究这项 技术，并且迅速在全国推广应用。美国联邦公路局( f h w a ) 1 9 9 8 年公布的资料表明，所 有5 0 个州的政府公路局几乎都将沥青路面旧料作为骨料及粘结料的代替材料，用以生 产与传统沥青混凝土品质相同的热拌再生沥青混凝土【3 l 。 由于沥青路面再生利用大有可为，所以其研究工作得到美国联邦公路局的大力资 助。1 9 8 1 年美国交通运输研究委员会编制出版了路面废料再生指南：同年美国沥青 协会出版了沥青路面热拌再生利用手册；1 9 8 3 年又出版了沥青路面冷拌再生技术 手册。这些表明美国的沥青路面再生技术已经达到相当成熟的地步。 日本从1 9 7 4 年开始进行沥青路面再生技术的研究，1 9 8 0 年厂拌再生的热拌混合料 累计已达5 0 力吨。日本高速公路多数经历的时间不长，需要翻修的数量不多，1 9 8 0 年 路面废料总量约为2 6 0 万吨，与同年全国沥青混合料总需求量7 0 0 0 万吨相比，仅占3 5 。 2 长安人学硕士学位论文 1 9 8 4 年7 月，日本道路协会出版了路面废料再生利用技术指南，并且就有关再生技 术编成了手册。e t 本2 0 0 0 年再生沥青混合料已达5 0 1 0 4 吨，占全年沥青混合料产量的 5 8 ，日本每个拌和站都具备生产再生混合料的能力。 欧洲一些国家对再生技术的研究开展相对较晚。7 0 年代中期，联邦德国、荷兰、芬 兰等国家相继进行小规模试验，并迅速将其推广应用。相比之下，联邦德国再生技术研 究的发展速度较快，居欧洲首位。联邦德国在1 9 7 8 年已经将全部废弃路面材料加以再 生利用。在芬兰，现在几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作。过去再生 材料主要用于轻型交通的路面和基层，近年来，在重交通道路上也开始应用。法国公路 局现在对再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中 也开始逐步推广应用这项技术。 前苏联早就对沥青路面再生技术并进行了研究，而且1 9 6 6 年就出版了沥青混凝 土废料再生利用技术的建议一书，但实际应用甚少。1 9 7 9 年又出版了旧沥青混凝土 再生混合料技术准则，提出了适于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青混 合料只可用于高级路面的基层和低级路面的面层。1 9 8 4 年苏联又出版了再生路用沥青 混凝土一书，并在生产中再生技术广为应用。纵观国外沥青路面再生利用技术研究发 展的状况，在2 0 世纪8 0 年代之前，沥青路面的再生基本上采用厂拌再生工艺。8 0 年代 后，随着路面加热设备和就地材料试验检测技术的逐步完善，路面就地热再生技术开始 受到各国的重视。目前许多国家已逐步采用这种工艺方法。总之，国外沥青路面再生技 术已日趋成熟，不同的再生工艺形成了不同的再生机械设备，实施了全套机械化作业。 今后的发展方向是机械的大功率、高效率、低成本和综合功能，并通过机械设备的不断 创新而提高再生路面的使用性能【4 】。 1 2 2 国内沥青混凝土再生技术发展概况 我国在2 0 世纪7 0 年代，一些养路部门就己开始进行废弃沥青混凝上路面材料再生 利用的尝试。2 0 世纪8 0 年代初，开始重视研究沥青混合料再生技术。1 9 8 2 年，交通部 科技局将沥青混凝上路面再生利用作为重点科技项目下达，由同济大学负责该课题研究 的协调，山西、湖北、河南、河北等省市参加，分别确定主攻方向，对沥青混凝上路面 再生技术开展了比较系统的试验研究。1 9 8 3 年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用 的研究项目，由上海市政工程研究所、武汉市政工程设计研究院、天津市政工程研究所 等单位承担，当时的主攻方向是把旧渣油路面加入适量的轻油使之软化，来代替常规沥 3 第一章绪论 青混合料，铺筑层次是解决用量较多的面层下层，拌和设备方面则应用现有设备作适当 改装，经过三年的努力，在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了3 0 0 0 0m 2 以上的试 验路。通过路用效果的观测证明，再生路面的综合使用品质不低于常规热拌沥青混凝土 路面。湖南省将乳化沥青加入旧渣油路面处理面层料，并分别用拌和法与层铺法修筑了 再生试验路，也证明了其技术可行性和经济性。1 9 8 5 年，建设部曾组织上海、南京、天 津、武汉等市政部门和苏州市公路局、哈尔滨建筑工程学院等单位进行过专题研究，1 9 9 1 年6 月发布了热拌再生沥青混合料路面施工及验收规程( c j j 4 3 9 1 ) ，指出再生沥青 混合料所用的矿料、沥青的品质和混合料的技术要求，应符合不用废料的普通沥青混合 料的有关规定。 2 0 世纪9 0 年代，我国进入高速公路建设高峰时期，沥青混凝土路面再生技术的研 究与推广被暂时搁置。近年来，一批早期建成的高速公路路面陆续进入大修或改建阶段， 沥青混凝上路面再生技术重新引起广泛重视，一些大学和科研机构己着手进行再生路面 混合料路用性能、再生机理、再生剂开发、施工技术等方面的研究，一些单位也在积极 筹备或己试铺沥青混凝上再生路面，并取得了一定的成果。 1 9 8 2 年山西省结合油路的大中修工程铺筑沥青再生试验段8 0 余公里。甘肃省兰州 公路总段从1 9 8 3 年以来采用阳离子乳化沥青作再生剂对夏兰路、兰包路、甘川路进行 了冷法再生沥青路面，同时对兰空一榆中机场专用道路、中川路、西兰路、兰三路进行 了热再生路面施工。云南省1 9 8 3 1 9 8 8 年分别对昆洛、贵昆路进行了再生沥青路面的 试验研究，这些旧沥青路面再生利用工作都取了得成功，为我国旧沥青路面再生提供了 宝贵经验，但这些旧沥青路面再生利用都是在1 日渣油路面或中轻交通量公路上进行的， 对于高等级公路( 或重交通公路) 上的研究还不足。 随着国民经济的迅速发展，沥青路面再生机械也逐步发展起来。经过多年努力，我 国的沥青路面再生技术已逐步形成了自己特有的再生工艺，一些路面再生机械在我国已 能够生产，而且有些机型已逐步形成系列。近几年，我国修筑的高等级路面大多为沥青 路面，而且进口沥青占很大比例，价格昂贵，路用石料价格也日趋上升，原材料成本在 整个路面工程所占的比例越来越大。在这种情况下，对旧沥青混合料再生技术的研究利 用就显得尤为迫切。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，我国经过1 0 多年大规模建设高等级公路，已培养出 了大批沥青混凝土路面工程的科研、设计、施工等各方面的技术人才，同时在沥青再生 研究方面也已取得了初步成果。因此，我国已具备了开发沥青再生技术所需的技术管理 4 长安大学硕士学位论文 力量。 近年来，同济大学、山西省公路局、湖北省公路局科研所、西安公路研究所、河南 省交通厅科研所、河北省交通科研所、山东省济宁市公路总段、东南大学、江西省公路 局以及湖南省公路局等单位，已经在再生机理的理论、再生设计方法、再生剂的质量技 术指标、热法和冷法再生的施工工艺、再生机械设备等诸多方面的研究，取得了一定的 成果，将我国沥青路面再生利用技术研究提高到了新的水平。与此同时，西安筑路机械 有限公司、吉林省公路机械厂等国内工程机械行业知名企业也都在研究开发适合我国国 情的沥青路面再生设备，相信不久的将来，在公路养护工作中，这些再生机械将大显身 手，给我们带来可观的经济效益和环境效益。 目前我国已建成的高等级沥青路面逐渐进入大修期，沥青路面的再生利用必将引起 重视，成为研究和应用的热点。随着我国公路交通行业的发展，公路通车里程尤其是高 等级公路通车里程已迅速提高，公路的维修量也将迅速增加，所以采用沥青再生技术进 行大面积公路维修是必然趋判4 羽。 湖北省汉十高速公路管理处为了在全省推行高速公路就地热再生养护技术，率先从 德国w i r t g e n ( 维特根) 公司引进了一台r e m i x e r 就地热再生列车，在2 0 0 6 年l o 月在 汉十高速公路k 3 1 8 k 3 1 9 段进行了就地热再生施工。 1 3 沥青路面再生技术分类 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，用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。沥青路面再生利用技术按施工温 度分为热拌再生法和冷拌再生法：按废旧料拌和场地不同可分为集中厂拌再生法和就地 再生法。所以沥青路面再生利用技术可分为：厂拌冷再生、厂拌热再生、就地冷再生、 就地热再生四种施工方法，现分别介绍如下： 一、就地冷再生 所谓道路的就地冷再生，就是充分利用现有铺层材料( 面层甚至基层) ，必要时加入 部分新骨料，并按比例加入一定量的添加剂( 包括水) ，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。可见，道路的就地冷再生属于道路维修改造的范畴，它是国外2 0 世纪8 0 年代后期迅速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 s 第一章绪论 一，再生层主要用作道路的基层。 就地冷再生主要有两种方式：一种方式是利用专用再生机在就地铣刨、破碎、必要 时加入新料( 包括乳化沥青或其它再生剂、稳定剂和集料) 、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路面和高等级路面层( 但会提高路面高 程) ，不适用于高级路面的面层，一般用于二级以下的道路；另一种方式是在旧路面上 洒布再生剂封层，再生剂能渗入5 m m - - 6 m m ，激活表层被氧化沥青的活性，并形成抵 抗燃油泄漏的封层，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。国外这种再生方式多用 于乡村道路的翻修，国内也对该技术存在较多的排斥声音。 我国的道路就地冷再生起步较晚，1 9 9 8 年1 0 月河北省邯郸市交通局养护处进口了 德国维特根公司的w r z 5 0 0 就地冷再生设备，并己进行了5 个就地冷再生工程，包括使 用水泥和泡沫沥青再生的工程。 二、厂拌冷再生 厂拌冷再生混合料主要用作基层或底基层，这种工艺先铣刨沥青路面材料，运回稳 定土搅拌厂，经过破碎作为稳定土骨料，加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化沥青等稳定剂 和新料( 必要时) 进行搅拌，然后铺筑于基层或底基层。这项技术虽未充分利用废弃材料 中的旧沥青，但其生产过程几乎不需要专用设备就可实现。对于不能热再生回收的旧料 ( 如改性沥青混合料、老化严重难于再生的混合料) ，可以有效解决旧料废弃和环境污染 问题，在国外被普遍采用，实践证明具有相当重要的应用价值。 三、厂拌热再生 厂拌热再生是用铣刨机对旧沥青路面进行铣刨回收，运回拌和厂，根据高速公路路 面不同层次的质量要求和回收来的混合料的技术性能( 如沥青三大指标、集料级配等) 的变化进行配比设计，确定旧沥青回收料的掺配比例并进行拌和加工，以获得优良的再 生沥青混合料，采用分层施工满足高速公路沥青路面的技术施工要求。厂拌热再生是一 种实用广泛、灵活、简单而又能保证质量的旧沥青路面再生技术。 四、就地热再生 沥青混凝土就地热再生技术，是利用一套沥青路面热再生机组对旧沥青路面进行加 热软化，再耙松、收集到机组的卧式连续搅拌机上，添加新骨料、补充新沥青( 或再生 剂) ，拌和后排到机组的摊铺器上，摊铺、捣实、熨平，再用压路机压实，一次性完成 沥青路面翻新成型的先进施工技术。 6 长安人学硕- j 二学位论文 在就地热再生中，旧沥青路面混合料可以1 0 0 得到再生利用，可以节省新混合料 的用量，工程费用低，经济效益显著，通过使用先进的设备，就地热再生可以将成本降 低3 5 ，时间节省5 0 。并且不需要搬运废料，也不占用废弃物堆放场地，可以减少环 境污染。减少路面材料往返运输量，不仅节约了运输费用，而且减少了工程配套车辆及 其对正常道路运输的干扰。与其它维修方法相比，该项技术施工进度快、施工周期短， 可以快速开放交通。因为再生材料是加热后与粘层结合的，所以再生路面具有很好的热 粘合性，而这正是就地热再生的最大优点。经过证明就地热再生方法在世界许多国家和 地区是行之有效的环保技术，结合我国国情采用这项技术可以为我国公路基础建设中大 量沥青路面养护维修工作提供一种高效的解决方案【4 1 。 在上世纪8 0 年代之前，沥青路面的再生基本上采用厂拌再生工艺。随着路面加热 设备和现场材料试验检测技术的逐步完善，就地热再生技术开始受到各国的重视。目前， 许多工业发达国家已逐步采用这种工艺方法。随着我国公路交通行业的发展，公路通车 里程的迅速提高以及公路维修量的迅速增加，采用就地热再生技术进行大面积公路维修 是必然的发展趋势。 1 4 论文的主要内容 本文以“汉十高速沥青路面就地热再生工程为依托，对就地热再生施工工艺及设 备进行了研究，主要内容为： 一、沥青路面就地热再生技术施工工艺分析与方案研究 本文结合汉十高速公路就地热再生工程对不同再生施工工艺、方案进行了分析和对 比研究，并分析了汉十高速公路就地热再生方案的经济性、再生设备的投资回收期及投 资效益。 二、沥青路面就地热再生设备技术性能选型分析 本文对就地热再生机组的加热系统，按结构形式、燃料和加热方式进行了分类并作 了详尽的阐述，结合维特根r e m i x e r 4 5 0 0 再生机组研究了再生系统的新加混合料供给装 置、铣刨装置、添加剂供给装置、搅拌装置及摊铺装置，总结了典型就地热再生机型特 点及适用范围，同时也对汉十高速公路就地热再生工程的设备选型进行了分析。 三、汉十高速公路沥青路面就地热再生混合料配合比研究 本文研究了再生混合料配合比设计要求，旧沥青料配合比、油石比及旧沥青性质的 检测，研究了再生剂掺量的确定方法以及再生混合料的路用性能。 7 第一章绪论 四、就地热再生施工技术及质量控制研究 本文分析了就地热再生工艺的适用条件，研究了旧沥青路面的检测、评价方法，研 究了再生剂对再生沥青路面质量的影响，研究了就地热再生复拌工艺的施工工艺以及质 量管理、控制方法。 五、就地热再生关键技术研究 就地热再生施工中最关键的技术之一就是施工过程中的再生混合料温度的控制，本 文分析了就地热再生加热概况、加热机理与影响加热的因素，并对路面加热的热平衡进 行了分析、计算，同时也对汉十高速公路就地热再生的温度控制方法进行了研究。 8 长安大学硕士学位论文 第二章沥青路面就地热再生工艺分析与方案研究 沥青路面在车轮荷载与自然力作用下，沥青混合料会发生老化现象，老化的沥青路 面表现为表面脆化，易出现裂缝、松散等病害。沥青路面的老化主要是指沥青的老化程 度增加、化学组分变化，主要表现为油分减少、沥青质胶质增加，相应的常规性能指标 也随之变化针入度减小、软化点升高、延度降低等等，导致沥青性能下降。旧沥青 再生的机理目前有两种理论，一种理论是“相容性理论 ，认为沥青产生老化的原因是 沥青胶质物系中各组分相容性降低，导致组分间溶度参数差增大，认为掺入一定的再生 剂使其溶度参数差减小，沥青即能恢复到( 甚至超过) 原来性质。另一理论是“组分调 节理论 。认为由于组分的移行，沥青老化后，各组分间比例不协调导致沥青路用性能 降低，认为通过掺加再生剂调节其组分，可使沥青恢复原来的性质。因此，要使老化沥 青恢复原有性能，就需要将老化沥青和原沥青的组分进行比较后，向老化沥青中加入所 缺少的组分( 即添加沥青再生剂) 使组分重新协调【8 】。 沥青路面的就地热再生利用，就是将旧沥青路面经过路面再生专用设备在短时间内 将沥青路面加热至施工温度，利用一定的铣刨工具将路面铣刨到一定的深度，然后根据 混合料性能要求添加新集料、再生剂等重新拌和成混合料，并摊铺和碾压成新路面的一 整套工艺。沥青再生技术分为三个层次：最基本的层次是沥青结合料的再生，就是通过 掺加再生剂使得老化沥青性能得到恢复；第二个层次是工艺再生，即通过成熟的就地或 厂拌热再生技术进行沥青路面材料的再利用；第三层次是路用性能的再生，即再生后的 沥青路面性能恢复到与新建路面同样的路用要求【7 】。 本章结合汉十高速公路路面再生工程，对沥青路面就地热再生工艺进行了研究，并 且分析了就地热再生方案的经济性。 2 1 沥青路面就地热再生工艺分析 废旧沥青混合料再生，就是根据生产调和沥青的原理，在旧沥青中加入某种组分的 低粘度油料( 再生剂) 或适当粘度的新沥青材料，进行调配，使调配后的再生沥青具有合 适的粘度和所需的路用性质，然后把旧集料、掺加的新集料与再生沥青一起搅拌形成新 的沥青混合料。简单地说沥青混合料再生是将旧沥青混合料同新材料按一定的比例加热 搅拌，形成再生沥青混合料，其原理如图2 1 所示。 沥青路面就地热再生就是原沥青路面的热再生全部在现场完成，通常处理厚度一般 9 第一章沥青路画就地热 i t 岂分析口方案研究 同收的旧沥青越台料 l 掺加的新集料同收的旧集料同收的j r 沥青掺加的新沥青和再生剂 i 形成新的级配i1 形成再生沥青1 1 0 l 加热和拌和 i 再生沥青混合料l 图2 1沥青混合料再生原理框图 为2 0 5 0 r a m ，但某些设备可达7 5 - 岫。沥青路面就地热再生首先要先加热和软化原 沥青路面以便于翻松或旋转碾碎l 一定深度，然后将翻松的旧沥青混合料充分拌和( 根 据需要添加新沥青、再生剂、新混合料或骨料) ，将所形成的再生混合料就地摊铺、压 实从而达到消除路面病害、恢复路面性能的密度，是一种连续的作业方式。就地热再 生针对的是沥青路面表面层，对表面层进行不同程度的性能恢复、整形，改善沥青路面 的包括排水性能在内的功能性服务性能。根据待再生路面的病害特点和设计要求，就地 热再生机组有多种类型，但其基本工艺如下：预先加热路面一耙松或铣刨路面同时加入 再生剂一添加特制级配新混合料一就地搅拌新旧混合料一摊铺压实。其施工工艺流程框 图、施工工艺流程图分别如图2 2 和图2 3 所示。可以采用的就地热再生技术方案有4 种：重新整形( 改造道路) 、重铺、复拌和复拌+ 罩面n 圈22 就地热再生施t t 艺流程框图 嚣絮：嚣：c = = 嚣裂：警署鉴嚣罢挲姜警耋篓袈拿鐾匕= 鬟譬嚣墓罢善 进寸亍加热 行搅拌，撮搦、雄慵厦髓平 宴和成型 图2 3 就地热再生施工工艺流程圈 长安大学硕士学位论文 2 1 1 重新整形( 改造道路) 方案 从名称就可以看出来，重新整形( 改造道路) 是一个重新修正道路断面的过程，即 通过耙松现有的路面，去除车辙和其它变形，然后重新摊铺出正确、完好的路面。这种 方案还可以在一定程度上修复横坡，改善排水效果。最早于2 0 世纪3 0 年代在加拿大 u t a h 工程中开始应用这一技术，直到2 0 世纪7 0 年代，进一步的改进使这一技术更为复 杂。整形再生法是由加热机对旧沥青路面加热至一定温度后，用复拌机将路面翻松并在 复拌机的搅拌器中把翻松的材料拌和均匀( 可同时加入适量的添加剂恢复沥青性能) ， 然后摊铺到路面上，用压路机碾压成型。整形前后的道路表面横断面如2 4 图所示。 图2 4 整形前后的道路表面横断面 如果要对道路横坡进行实质行的改变，同时为了获得更均匀的混合料，被耙松的 材料就应该通过搅拌锅而不应直接摊铺，重新整形的工艺流程图如图2 5 所示，材料流 程和机械配置如图2 6 所示。 加热旧路面 上 翻松 上 搅拌 上 i 摊铺 l 上 i 压实 i 图2 5 重新整形工艺流程图 重新整形再生工艺最适合路面修整和改善行驶质量的养护作业，也能很好地适用于 处治轻度坑槽、泛油、车辙、搓板( 皱纹) 、推挤( 波浪) 、裂缝及其他路面病害，修复后 可消除原路面的车辙、龟裂等病害，恢复路面的平整度，改善路面性能。但这一工艺不 适合解决抗滑性能、路肩塌落、边沿裂缝、疲劳裂缝、非连续裂缝或路面强度等问题【1 0 1 。 l l 第二章沥青路面就地热再生工艺分析1 j 方案研究 图2 6 重新整形材料流程和机械配置图 2 1 2 重铺再生方案 重铺再生是将原路面加热翻松，同时在其上摊铺新料层，然后将两材料层同时压实 成型，此工艺用于恢复路面摩擦特性、改善横坡度、消除车辙、提高路面强度。应用复 拌设计，如二次螺旋布料、辅助整平并与搅拌器结合可进一步改善重铺路面特性。当采 用整形方案或复拌法不能恢复路面结构形状或表面抗滑性能时，应用重铺工艺。因为这 种工艺可以摊铺很薄的沥青磨耗层，所以当普通罩面法不适用时，也可应用重铺法。重 铺工艺可用来进行路面补强，补强深度可达5 0 m m 。重铺作业法中再生深度和罩而厚度 通常分别为2 5 - - 5 0 m m ，典型的组合厚度为7 5 m m 左右，l o o m m 以上的厚度将会遇到摊 铺、压实和平整度等方面的困难。由于在铺层之间形成了热结合面这种工艺可实现很薄 的罩面，对于优良的沥青混合料罩面层厚度可减薄至1 2 m m ，而常规罩面厚度是它的2 3 倍，薄层重铺法一般比其它涉及罩面的就地热再生作业法更经济。实践证明，重铺法 也适用于市政维修工程，虽然再生机组的作业速度比常规的铣刨、摊铺作业速度低但其 仅干扰一次交通且占用交通的总时间较少。重铺法最适合于松散、坑槽、各种裂缝或抗 滑性、行驶质量恶化等病害的处置。对于泛油、车辙、搓板、波浪及其它表面病害的处 置重铺法也是有效的，重铺法也可用来提高路面强度【l o l 。 重铺再生法是用复拌机在整形再生法施工的基础上，把旧路面材料翻松、搅拌均匀 并整平后作为路面下面层，同时在其上面再铺设一层新的沥青混合料作为磨耗层，形成 全新材料的路面，最后用压路机碾压成型。这种方法适用于破损较严重的路面的维修翻 新和旧路升级改造施工，可消除原路面的车辙、龟裂等病害，恢复路面的平整度，改善 路面性能，得到与新建道路性能完全相同的全新路面。重铺前后的道路表面横断面如图 2 7 所示。 1 2 长安大学硕士学位论文 图2 7 重铺前后的道路表面横断面 重铺再生方案的工艺一般是，加热机在前面对旧沥青路面加热使之软化，然后将路 面翻松，将翻松的路面材料收集到路面中间，接着由拌和机( 也可经过搅拌锅) 进行拌 和，并由刮板刮平。翻修再生机前面装有一只集料斗，新拌制的沥青混合料由自卸汽车 卸入集料斗内。由输送机将新混合料运送到下面的摊铺整平板，把新混合料摊铺在经过 整平的旧料上，之后进行碾压，即形成平整、密实的路面。重铺工艺流程图如图2 8 ， 材料流程和机械配置如图2 9 所示。 图2 8 葶渗及曩捧镰的麓 重铺工艺流程图 经辽曩缔铸的l 镰 塑鱼f 蠛墼 芒一 蚓孟器巍 1寸冀j o 船 图2 9 重铺再生材料流程和机械配置图 1 3 篆1 第二章沥青路面就地热再生工艺分析与方案研究 2 1 3 复拌再生方案 复拌再生法是由加热机将旧路面加热至一定温度后，用复拌机将旧路面翻松，并把 翻松后的材料与新沥青混合料在复拌机的搅拌器中拌和均匀，形成新品质的再生沥青混 合料，然后摊铺到路面上，用压路机碾压成型，这种方法适用于维修中等程度破损的路 面，可以恢复沥青路面的原有特性。复拌前后的道路表面横断面如2 1 0 图所示。 图2 1 0 复拌前后的道路表面横断面 复拌再生的工艺一般是，用路面就地热再生机组依次驶过破损的路面，首先由路面 加热机对路面进行加热，接着由复拌机再次加热路面，同时翻松旧路面。新沥青混合料 由自卸卡车卸入复拌机前部的料斗中，再经刮板输送机送至复拌机中部的搅拌器中，翻 松切削下来的旧材料与再生剂和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，最后由压路机碾压成型。这样整个沥青路面修复工作在行进 中一次完成，复拌工艺流程图如图2 1 1 ，材料流程和机械配置如图2 1 2 所示。 图2 1 l 复拌工艺流程图 在复拌过程中，通过外加新混合料和再生剂( 或沥青) ，可改善现有沥青路面材料 的性质。复拌机的双轴搅拌可以使现有的材料和新材料充分拌和，生产出均匀的再生混 1 4 长安人学硕上学位论文 合料。复拌法的使用范围可以从修复硬化的磨耗层到修复非稳定的磨耗层，同时可使这 些铺层达到必要的强度，复拌再生也能够改善道路的横坡。 如牛，搅挖 图2 1 2 复拌再生材料流程和机械配置图 2 1 4 复拌加铺方案 复拌加铺就是在复拌的基础上，将磨耗层改为粘结层，然后在上面铺筑新的磨耗层， 所以复拌加铺这种工艺包括标准的复拌方法，复拌加铺前后的道路表面横断面如2 1 3 图所示。复拌加铺与重铺再生方案的区别在于，复拌加铺要在旧料中掺入再生剂和新沥 青混合料，使旧料恢复原有的性质。 图2 1 3 复拌加铺前后的道路表面横断面 复拌再生主要是可以增强路面结构。通过在复拌机前面要进行再生的磨耗层上，预 先撒布一层集料也能够改进再生混合料的特性。另外，通过在再生层上面摊铺高质量的 磨耗层，属于热对热的连接，节省原料。复拌加铺工艺流程图如图2 1 4 ，材料流程和机 械配置如图2 1 5 所示i l 。 表面再生后通常还需进行封层或罩面处理。如果不进行表面处理，再生路面的寿命 大概为2 4 年；进行碎石封层后，路面寿命可达5 - - 6 年；若进行5 0 m m 的罩面处理， 1 5 第二章沥青路面就地热再生工艺分析与方案研究 路面寿命可达l o 年12 1 。 图2 1 4 复拌加铺工艺流程图 图2 1 5 复拌加铺材料流程和机械配置图 2 1 5 各种方案的比较及汉十高速再生方案的选择 一、各种再生方案的比较 重新整形再生适合维修破损不严重、破损面积较小的路面，可以恢复路面的平整度， 改善路面性能。修复后可消除路面轻度车辙、龟裂坑槽、泛油、车辙、搓板( 皱纹) 、推 挤( 波浪) 、裂缝等病害。这一工艺不适合于解决抗滑性能、路肩塌落、边沿裂缝、疲劳 裂缝、非连续裂缝或路面强度等问题。 重铺再生最适合于松散、坑槽、各种裂缝或抗滑性、行驶质量恶化等病害的处置。 对于泛油、车辙、搓板、波浪及其它表面病害的处置重铺法也是有效