沥青路面就地热再生研究

沥青混合料的就地热再生 主要内容 一 再生的意义及国内外发展二 再生技术的机理三 就地热再生技术原理四 就地热再生技术施工方法五 再生技术发展趋势 再生的意义 随着使用期的延长 我国的高等级公路大量进入维修养护期 维修养护 翻修重建的任务越来越重 路面维修产生的废旧路面材料的再生利用问题日益显现 我国的高速公路 一 二级公路绝大部分为沥青路面结构 沥青路面的设计年限一般为15年 并通常在10年左右需要大修一次 按照国家公路发展规划 我国每年将有6000 7000km的高速公路需要大修 大修的规模将超过目前高速公路的在建规模 按照高速公路路面宽度为22m 翻修厚度为10cm计算 全国高速公路平均每年将产生接近4000万吨的废旧沥青混合料 大量的废旧沥青材料如果当作建筑垃圾遗弃 必然造成巨大的资源浪费 经济损失 环保压力 在这样的形势下 要求我们必须大力推广应用路面再生利用技术 保护生态环境 减少资源浪费 旧路再生技术的优越性 1 节省大量天然原材料 节约资源 2 节约大量矿料 同时具有减少矿料开采的环保意义 3 旧沥青混合料再生利用可大大减少旧沥青混合料废弃所占用的土地及对环境的污染 保护宝贵的土地资源 4 可减少大部分沥青溶化 加热工序能源消耗 同时大大改善劳动条件 保护劳动者健康 5 对旧原材料的二次回收利用 降低了道路的综合养护成本 创造了良好的经济效益和社会效益 主要内容 一 再生的意义及国内外发展二 再生技术的机理三 就地热再生技术原理四 就地热再生技术施工方法五 再生技术发展趋势 再生技术的机理 沥青的老化沥青的再生机理 1 沥青的老化 弄清沥青老化的机理是研究再生的基础 国内外对老化效应的研究主要是从物理性能方面着手 通过研究沥青老化前后的物理性能变化规律 得出的结论为 随着沥青的老化 其粘度和软化点增高 针入度和延度降低 通常认为 沥青在受到光 热 氧 水等多因素耦合效应影响后 结构内部发生一系列物理和化学变化 如蒸发 脱氢 氧化等 化学组成发生变化且含氧官能团增多 最后沥青逐渐硬化变脆 沥青所表现出的这种结构和性质的不可逆变化称为老化 随着研究手段的进步 对沥青的研究更多的是从分子结构 组分等更基础的层面着手 其中最主要的是组分迁移理论和相容性理论 组分迁移理论 组分的变化是由于沥青内部发生了氧化缩合作用 总的趋势是低分子化合物转变为高分子化合物 在沥青组分中 饱和分和芳香分都属于低分子化合物 饱和分性能较稳定 一般情况下不会发生化学变化 组分迁移主要是芳香分在氧化缩合作用下分子量增大 向胶质转变 胶质在自然情况下又会转变为沥青质 沥青质又可以聚合成更大的分子 因此可以将沥青老化归纳为芳香分 胶质 沥青质的转变过程 沥青组分转移程度越高 沥青老化程度越深 相容性理论 相容性理论假设沥青是一种高分子浓溶液 该溶液以沥青质为溶质 以软沥青质为溶剂 一种沥青能否形成稳定的溶液 关键在于溶质在溶剂中的溶解度或溶剂对溶质的溶解能力 这就是所谓的相容性理论 优良的沥青其溶质和溶剂有很好的相容性 随着沥青的老化其化学结构发生变化 溶质与溶剂的溶解度参数变化幅度不同 溶解度参数差变大 导致相容性变差 表现为沥青路用性能的衰减 2 沥青的再生机理 旧沥青的再生一定程度上可以认为是老化的逆过程 是将旧沥青中掺入一定量的再生剂或适当粘度的新沥青进行调配 使调配后的混合沥青具有适当的粘度和所需路用性能 以满足筑路的要求 再生机理 老化沥青的再生就是将芳香分组分含量较高的新沥青 或再生剂 按一定比例与老化沥青调和 使沥青组分匹配的更合理 使旧料中的沥青质和胶质等高分子化合物更均匀的分散在芳香分和饱和分中 形成稳定的胶体结构 使沥青性能得以恢复 主要内容 一 再生的意义及国内外发展二 再生技术的机理三 就地热再生技术原理四 就地热再生技术施工方法五 再生技术发展趋势 1 就地热再生技术原理 就地热再生法是一种现场修复破损路面的技术 利用一套大型 沥青路面热再生联合机组 先把沥青路面加热到要求的深度并翻松路面 再对旧沥青混合料喷洒适量再生剂 将其收集起来输送到该机组中的连续搅拌机上 通过添加新骨料 补充新沥青 搅拌后排到机组的摊铺器上 经过摊铺 再用压路机碾压而成路面的施工方法 2 就地热再生技术特点 1 环保沥青混凝土路面就地热再生技术的第一个优势就是其环保功能 在对环保要求日益严格的今天 大量的道路需要养护维修 采用就地热再生技术 一方面我们不需要从自然界开采大量的砂 石 沥青等原材料 另一方面也不向自然界倾倒大量的废旧沥青混合料 大家知道 沥青混合料是有毒物质 靠自然分解时间比较长 将对环境造成极大的影响 因此 就地热再生技术可以带来非常显著的社会效益 2 就地热再生技术特点 2 节约投资目前 传统的沥青混凝土路面的养护方法是将旧路面冷铣刨 撒一层粘层油 然后用全新的沥青混合料摊铺 沥青混凝土路面的就地热再生百分之百利用了旧沥青混合料 再生维修时只添加再生剂和部分新沥青混合料 使得路面的维修的成本显著降低 因此 就地热再生技术可以带来非常显著的经济效益 对业主来说 可以减少资金的投入和减少风险 2 就地热再生技术特点 3 交通干扰较小沥青混凝土路面的就地热再生可以只对一个车道进行维修 维修时只需封闭一个车道 其余车道可以开放交通 最大限度地减少了路面维修给交通带来的干扰和影响 特别是对收费的高速公路 其优越性更加显著 2 就地热再生技术特点 4 技术优势 1 有利于沥青混凝土路面层间连接沥青混凝土路面的设计理论是完全弹性体系 如果层间不连接或连接不好 层间剪应力将显著增大 极容易造成沥青混凝土面层的剪切破坏 沥青混凝土路面的破坏往往是因为层间出现了剪应力而产生的 采用沥青混凝土路面就地热再生技术 由于再生层与老路面的连接时热连接 几乎为一体 杜绝了层间连接不良的问题 2 改善路面级配 降低孔隙率 延缓路面老化 延长路面寿命路面级配不好 或者孔隙率过大 路面早期损坏严重 这类早期病害在我国公路上几乎是普遍存在的 沥青混凝土路面就地加热再生可以针对旧路面的级配来设计 使再生后的路面级配得以改善 延长路面的使用寿命 2 就地热再生技术特点 4 技术优势 3 恢复沥青的性能和沥青混凝土路面的柔韧性沥青混凝土路面经过多年的使用 在荷载 光照 热 雨水等各种因素的作用下 沥青老化 延度大大降低 沥青混凝土柔韧性越来越差 变得脆硬 抗变形能力下降 容易开裂 就地热再生技术可恢复或大部分恢复沥青的路用性能 使沥青混凝土路面重新变得柔韧 从而延长路面的使用寿命 4 有利于沥青混凝土路面深层裂纹的治愈沥青混凝土路面就地热再生时 在路表以下5cm处的温度约有1000C 经路面碾压后 再生路面以下的原有的细小裂纹可以愈合 从而延长了路面的使用寿命 2 就地热再生技术特点 4 技术优势 5 可以避免接缝漏水的问题传统的冷铣刨方式 如果是全路面铣刨后全宽摊铺新沥青混凝土路面 不存在接缝问题 如果是只铣刨摊铺一个车道 就存在接缝问题 由于冷铣刨时 接缝处原有路面粒料往往会被铣松 新旧路面结合不好 极容易漏水 使路面在接缝处过早破坏 采用就地热再生技术时 纵向接缝是热接缝 彻底杜绝了接缝漏水而产生的病害 3 就地热再生技术设备 路面再生加热机路面再生加热机的作用是现场加热沥青路面 使旧路面的材料软化并达到理想的施工温度 它应具有较高的热效率及足够的加热能力 且加热温度可调节 路面的加热温度能满足施工要求而不使沥青变质 有较高的经济性等功能 加热机的结构示意图如图所示 该机主要有燃烧系统 加热装置 燃料罐 液压系统 动力及传动系统 行走系统等组成 并且有完善的消防安全保护系统 3 就地热再生技术设备 路面再生机路面再生机一般由新加混合料供给装置 铣刨装置 混合装置和摊铺装置等组成 由于选择热再生方式的不同其具体的组成也不同 路面再生机按施工工艺的不同可分为复拌机和重铺机 这里主要介绍复拌机 复拌机的结构示意图如图所示 复拌机主要包括料斗 刮板输送机 路面加热器 翻松切削器 搅拌器 螺旋布料器 熨平板 行走系统 自动控制系统等装置 主要内容 一 再生的意义及国内外发展二 再生技术的机理三 就地热再生技术原理四 就地热再生技术施工方法五 再生技术发展趋势 施工方法 1 病害处理沥青路面就地热再生只能处理上面层的轻微车辙 表面磨光 轻微裂缝等路面病害 对于中面层以下的路面病害不能进行彻底修复 因而 在进行就地热再生工作前 需要对施工路段进行全线的病害调查 并对下面层 中面层和基层等出现病害的提前进行病害处理 施工方法 2 铺筑试验路选择位置合理的一段长200m的地方进行试验路的铺筑 在铺筑试验路过程中 要求能够通过试验路段获取各项施工参数 总结设备的性能 拌和工艺 压实工艺 温度控制工艺等 总结出不足 提出改正措施 最终制定出更优的施工方案 据试验段收集的数据 指导热再生正常施工作业 施工方法 3 旧路面清扫在正式施工前 要求对路面进行认真清扫 用大功率的吹风机对路面清扫 对于大的砖块 石头等用人工拣出施工区域 对于顽固的污迹需要用高压水枪进行冲洗 总之在施工前必须要保证路面的干净 没有浮尘 泥土和石块等 施工方法 4 加热在施工过程中要对温度进行严格控制 要保证温度既能满足沥青摊铺的需要 又能防止旧混合料不被过加热 烧焦 沥青和骨料被烧黑等现象的产生 因此 要求选用合理的施工加热机组 使得加热方式和加热速度相协调 路面加热温度以再生混合料摊铺后的温度130 140 作为控制温度 极端低温不低于120 加热的宽度要比再生铣刨的宽度两边各宽20cm 既不能过高 过高会加剧沥青路面的老化 又不能过低 过低会影响再生质量和压实质量 施工方法 5 耙松由于再生面层厚度较小 要求严格控制铣刨厚度的准确性 要安排专人负责检查铣刨深度 随时检查 铣刨深度误差为3mm 6 再生剂喷洒再生剂的喷洒在旧料加热耙松后进行 这样有效延长再生剂在旧料中的反应时间 提高再生效果 同时施工过程中 应随时进行检查 尽量保证再生剂喷洒的准确性 对再生剂的喷洒装置必须每天进行清理 防止喷嘴堵塞 施工方法 7 复拌通过沥青混合料再生机 将旧料收集到拌和仓中与需加入的热沥青混合料一起 拌制成再生沥青混合料 8 摊铺由于旧路面是厚度不规则的路面 再生过程中 可能会因为旧路面的不平整而造成再生路面厚度的不均等 从而影响路面的平整度 因而为保证路面的平整度 在必要时要通过减少旧料的量来控制平整度 施工方法 9 碾压沥青路面就地热再生的碾压工序和普通沥青混凝土的碾压方式并无多大差别 要求在试验段期间总结出合适的碾压方式 在大规模施工中按照既定的压实工艺进行碾压 同时应根据实际检测情况对碾压工艺进行调整 施工方法 10 开放交通热再生沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却 混合料表面温度低于50 后 方可开放交通 需要提早开放交通时 可洒水冷却降低混合料温度 主要内容 一 再生的意义及国内外发展二 再生技术的机理三 就地热再生技术原理四 就地热再生技术施工方法五 再生技术发展趋势 再生技术的发展趋势 目前 国内外对沥青再生技术的研究 都集中在沥青路面材料的回收与性能评价 旧料的再生与再生剂 再