浅谈冷再生与热再生的特点

李 纲

(衡水公路工程总公司)

沥青路面的再生技术,是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,使之能够满足一定的路用性能并用其重新铺筑路面的一套工艺技术。

目前我国的公路建设飞速发展,每年投资规模已经超过2 000亿元。在 20世纪 90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、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t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 1 000万 t,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,随着我国高等级沥青路面维修养护量不断增加,对沥青路面再生技术有必要加强理论研究,开发合适的再生剂和机械设备,为再生旧料在实际工程中的大量应用奠定基础。

1 国内外研究概况

国外对沥青路面再生利用研究,最早是 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80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。沥青路面的再生利用在美国已是常规实践,目前其重复利用率高达 80%。

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,1978年就将全部废弃沥青路面材料加以回收利用。芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作。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。

2 旧沥青路面材料的性能

沥青混凝土路面使用粘结力较强的沥青材料作结合料,大大增强了矿料间的粘结力,提高了混合料的强度和稳定性,使路面的使用质量和耐久性得到提高。沥青混凝土路面具有表面平整、不渗水、行车舒适、噪音小等优点,因而获得越来越广泛的应用。但它也经常受到天气、温度、行车以及材料等方面的影响,路面结构设计等方面的原因也会不可避免地造成各种各样的病害,而这些病害又对行车速度、路面使用寿命、乘客舒适性以及交通安全等带来了有害的影响。

沥青路面老化主要是沥青的老化和骨料的细化。沥青路面在车轮荷载作用下,承受着压应力,剪应力和拉应力等,同时沥青路面长期暴露于大自然中,会受到各种自然因素如氧、阳光、温度、水、风等的作用,致使混合料中的沥青、骨料的性能发生物理、化学变化,并最终表现为沥青混合料使用品质下降。沥青混凝土路面的损坏总体可分为两大类,一类为结构性损坏,包括路面结构整体或其中某一部分的破坏,使路面不能支承预定的荷载;另一类为功能性损坏,它可能不伴随结构性损坏而发生,但由于平整度和抗滑性能的下降,使其不再具有预定的功能,从而影响了行车质量。

3 沥青路面再生施工方法

再生沥青路面的施工按温度可分为热法施工和冷法施工。热法施工按施工工艺又可分为现场热再生法和厂拌热再生法。

3.1 现场冷再生法

现场冷再生法是用大功率路面铣刨拌和机将路面混合料在原路面上就地铣刨、翻挖、破碎,再加入稳定剂、水泥、水(或加入乳化沥青)和骨料同时就地拌和,用路拌机原地拌和,最后碾压成型。这种方法主要应用于冷法施工中,且新添加的结合料是乳化沥青,这种方法对设施要求较低,生产成本不高,但再生路面的品质不是很好,目前该方法使用较少,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。

沥青路面现场冷再生方法的主要特点有以下几点。

(1)工序简单。由于原有旧路面的材料全部被就地利用,省略了挖掘、外运、厂内加工及回填等一系列工作,使得施工工序简化。

(2)可以不中断交通。由于就地冷再生工序简单,投入现场的施工设施很少,对交通干扰反应不敏感,故此在交通量不太大的情况下,可以半幅通车,半幅施工。

(3)不损坏路基。与采用传统施工机械修复道路相比,冷再生施工很少损坏路基。因为维特根冷再生机的高附着力轮胎在暴露的路基上只通过一次。而采用传统的机械施工时,路基将承受频繁的高应力载荷,易导致“局部隆起”现象,必要时需要采用挖掘机和回填作业进行处理。

(4)提高道路等级。由于该方法强化了基础的承载能力,从根本上保证了道路等级的提高,这一点对于低等级道路的改造尤为重要。

(5)成本较低。与传统的施工方法相比,由于旧道路材料得以全部利用,随着再生层厚度的不同,大致可以降低成本 20%～46%。厚度越深,降低成本越多,这也是被实践所证实的。

(6)生产效率高。就地冷再生是在自然条件下进行的,除了个别严重的坑槽需要简单的预处理外,其余路面均不需要任何处理。再加之一次性通过的施工特点,充分地利用了作业时间,大大地提高了生产效率,经过实地测定,一台维特根再生机在组织合理的情况下,每天可以再生路面 5 000m2以上。

(7)保护环境和资源。因为旧料得以全部就地利用,减少了新材料的开采,也不存在旧料运输和废料随意弃放的问题,施工过程没有粉尘和废气的污染,节约了资源,保护了环境,因此被人们称之为“绿色施工”技术。

3.2 现场热再生法

现场热再生是一种就地修复破损路面的过程,它通过加热软化路面,铲起路面废料,再和沥青粘合剂混合,有时可能还需要添加一些新的骨料。然后将再生料重新铺在原来的路面上。一般用一台大型“沥青路面热再生联合机组”,先把沥青路面烤热软化,再将旧沥青层收集起来输送到该机组中的双卧轴连续搅拌机上,添加新骨料、补充新沥青,搅拌后排到机组的摊铺器上,摊铺、捣实、熨平,再用压路机碾压,铺成一条新路。现场热再生可以通过单次操作完成,把原材料和需修的路面重新结合。或者是通过两阶段完成,即先将再生料重新压实,然后在上面再铺一层磨耗层。这种方法施工简单方便,多用于基层承载能力良好、面层因疲劳而龟裂的路段,特别适用于老化不太严重,但平整度较差的路面。

3.3 工厂热再生法

工厂热再生法在工厂中对回收的沥青混合料进行集中处理,是一种实用、灵活、简便而又能保证质量的沥青路面再生技术。

工厂热再生法就是将旧沥青路面经过翻挖后运回拌和厂,再集中破碎,根据路面不同层次的质量要求,进行配比设计,确定旧沥青混合料的添加比例,再生剂、新沥青材料、新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的混合料,从而获得优良的再生沥青混凝土,铺筑成再生沥青路面。利用这种方法,可以方便对已被翻挖的基层甚至路基的一些地段进行有效的补强,沥青层的重铺则可以象新路施工一样,分别按下面层、中面层、上面层(磨耗层)的不同技术要求进行配合比设计,确定旧沥青回收料的添加比例。

4 现场热再生法的特点

在上述各种方法中,沥青路面现场热再生利用技术是一种具有国际水平的高等级技术,采用就地加热、翻松、搅拌、摊铺、压实等连续作业一次成型新路面,经济、高效、快速、环保、节约,具有显著的经济效益和社会效益。当沥青路面表面层出现裂缝、泛油、磨损、车辙、坑槽等病害或路用性能下降,路面的损坏程度还没有波及到基层时,都可以采用这种维修方法,使用先进的现场热再生机组,就地加热旧路面,耙松、收集旧料,增加适当的新拌沥青混合料、再生剂进行机内热搅拌,随即摊铺,熨平,辗压,即可快速开放交通,是一种连续式的现场热再生作业方式。根据英达公司提供的资料,其“修路王”现场热再生修补方法与传统方法相比,修补时间可节省 5/6,作业人员节省 1/2,旧路用材料完全利用,新沥青混合料用量可节省 1/2。因此,沥青路面现场热再生方法在近几年的沥青路面养护中得到了相对更为广泛的应用。

沥青路面现场热再生方法的主要特点如下。

(1)任何直接重铺或铣刨后再填补的工程都可以用热再生的方法,旧路面混合料就地再生利用,不需要搬运废料过程及废弃物堆放场地。

(2)能保存骨料的完好,保留沥青的组成及性能,100%地利用旧料。而传统的工厂再生法只能利用 40%～50%旧料,新的设备能够产生更高质量的沥青,它和新的沥青混和料具有一样的生命周期。

(3)不受大交通流量的限制,与以前的维修方法相比,影响交通及沿途居民的程度小,施工结束就可以开放交通。

(4)施工产生的振动、噪音比其他施工方法小,有利于环保。

(5)此维修方法是以路面面层为施工对象,适于基层承载力良好,因面层疲劳而龟裂,车辙,破损的路面。损坏波及到基层以下时,原则上不适用,或必须首先对基层进行处理。现场热再生一般不能纠正属于结构上的破坏。

(6)现场热再生不能修复位于沥青层以下较深位置的伸缩裂纹。

(7)在实行现场热再生方法前,路面上的大量冷混合料补丁,喷涂补丁,必须除掉。

(8)此方法是在路上加热旧路面,容易受特殊气温的影响,寒冷季节一般不宜施工,天冷以及雨天时效率将有所降低。

5 结束语

综上所述,采用沥青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合料。初步的研究和实践均表明,这种再生混合料可以使用于高等级公路的沥青面层。同时,利用沥青再生技术可以取得相当可观的经济效益和显著的社会效益。

[1] 吕伟民,严家及.沥青路面再生技术[M].人民交通出版社,1989.

[2] 桂希衡,徐孝蓉,黄秀.废旧沥青的再生利用[J].中国公路,2003,(11).

[3] 朱建东.沥青路面现场热再生工艺在沪宁高速公路的应用.