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我国乳化沥青冷再生技术发展及研究现状
2019年03月12日    阅读量:4556    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

沥青混合料再生利用技术是将需要翻修或者废弃的旧沥青混合料,经过翻挖、回收、破碎、筛分,再和新集料、新沥青材料适当配合,重新拌合,形成具有一定路用性能的再生沥青混合料,用于路面坑槽修补、铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。采用此种方法不仅能够减少由于开采资源而引起的环境破坏,从而降低工程造价,节能环保,而且还能够缩短工期,减轻施工对交通的影响,保持路面原有的几何形状,提高路面使用性能,因此,将沥青路面再生技术用于公路的养护维修中具有重要的现实意义。



根据沥青与再生料的拌合方式,道面再生可分为热再生和冷再生技术其中热再生虽然能够节约资源,保护环境,不存在接缝问题,但只能用于5cm深的浅层修复,需要专业设备,且在潮湿环境下不能施工;而道路冷再生具有较强的技术优势,能够进行深度处理,不需要能量来对铁创料进行烘干,对环境有较好的适应性,较大程度的降低因恶劣天气导致的雨水影响,能够节约资源,最大程度的保护生态环境,减小能源消耗量,降低生产成本,加快施工进度中国沥青网sinoasphalt.com。基于此,国内外科研工作者结合工程实际,对沥青路面冷再生技术做了大量研究。本文参考了大量的国内外文献,综合介绍了沥青路面冷再生技术的发展和研究现状。


乳化沥青冷再生技术要求


要保证翻修后道路整体性能稳定,在冷再生技术设计过程中,配合比设计是一个不容忽视的问题,是整个施工过程中的关键技术之一,道路是否具有足够的强度及优异的路用性能主要是通过配合比设计来进行提供。


沥青路面冷再生技术主要是指将旧沥青路面材料(包括沥青面层材料和部分基层材料),经铣刨加工后进行重复利用,并根据再生后结构层的结构特征加入部分新骨料或细集料,按比例加人一定量的外掺剂(如水泥、乳化沥青)和适量的水,在自然环境下连续完成材料的破碎、添加、拌和、摊铺及压实成型,重新形成结构层的一种工艺方法。由于再生结合料中掺人了乳化沥青,其在常温下呈液态并具有很好的流动性,可直接与集料拌制并摊铺压实。其强度形成过程要经过沥青乳液与再生料的黏附、水分蒸发,分解破乳并在压实作用下沥青与再生料紧密粘结成沥青膜,将集料粘结在一起形成强度,因此,乳化沥青主要对其后期强度有较大的影响,而乳化沥青的技术指标也决定了后期强度的发展及其形成,目前我国冷再生材料中对于乳化沥青有特殊的技术要求。


乳化沥青再生混合料在摊铺碾压后不久,由于其中的沥青呈微粒状态,分散在乳液中,粘结力较低,同时混合料中水分含量较高,对混合料起一定的“润滑”作用,降低了材料间的嵌挤和摩擦力。因此,通过掺入水泥外掺料来提高其早期强度以及作为填充料来提高其密实度,增大材料之间的嵌挤作用。水泥添加到集料中与水拌和后水泥中各种成分与水发生强烈的水化反应生成具有胶结能力的水化产物,水化产物将混合料胶结在一起,这是水泥稳定土类强度的主要来源。此外,水泥的掺入不仅提供了早期强度,而且还能够吸收沥青中的水分,进而加速了乳化沥青的破乳,更有研究表明,水泥的掺入能提高混合料的高温稳定性能,但水泥并不能无限制的掺入,水泥掺量的增加易造成沥青混合料干缩开裂,影响其力学及路用性能。虽然水泥在乳化沥青冷再生中具有重要的作用,但由于目前国内对水泥乳化沥青冷再生技术研究应用较少,对水泥的技术指标并没有做具体的要求。


在配合比设计过程中,只考虑单一材料的技术指标,不能够满足沥青混合料整体性能要求,需要考虑不同掺合料之间的相容性变化,因此,需要对沥青混合料的整个体系进行技术指标控制。研究表明,在不同的地区,不同的高温和低温环境下,配合比设计也有所不同,但不论采取何种配合比设计,都必须满足沥青混合料的基本技术要求。


要想达到如上指标只有通过旧料分析、集料级配设计、稳定剂优选、力学性能及路用性能等大量试验的层层筛选,综合评价各种性能,得出适用于该地区的最佳配合比,才能得到最好乳化沥青冷再生技术。


乳化浙青冷再生混合料性能的发展


国外很早就开始了对旧路面材料的再生利用,前苏联、美国、联邦德国、英国、日本、德国、都有研究者对旧路面再生利用的研究,研究主要方向集中于添加水泥、泡沫沥青、乳化沥青的冷再生。前苏联在二十世纪60年代就出版了关于废旧沥青混合料的再生方面的技术建议,美国研究沥青路面的再生技术比较早,但推广时间比较晚,二十世纪70年代迅速地向全国推广,现在美国每年要产出超过9000X104t的旧料,7000104t的旧料被重新利用。德国在道路再生方面是技术比较成熟的国家,其冷再生施工机械技术成熟,冷再生机广泛用于整个世界,如众所周知的维特根冷再生机。日本也于二十世纪70年代进行了沥青路面再生技术研究,到现在为止,技术也比较成熟。


目前国外学者在乳化沥青再生混合料室内设计及工程应用方面进行了大量更加深入的研究。Kansas大学的ThakurJiei HanRobert Lparsons等人研究了再生料的物理力学性能,并与原材料做了对比研究。德克萨斯州立大学的Hoyosordonezs Hossain等人在冷再生混合料中添加了水泥和玻璃纤维,并研究了其物理力学性能。南非的Kim对乳化沥青冷再生机械做了详细的阐述。BIS SadadeLittle等人对乳化沥青冷再生材料疲劳性能进行了研究,结果表明乳化沥青混合料的疲劳性能不如热拌沥青混合料。LeeKim通过对不同类型沥青路面旧料的研究提出,级配组成较粗且老化沥青含量较少的旧料组成的再生混合料抗疲劳性能较好,而级配组成较细且残留的老化沥青含量较大的旧料组成的再生混合料疲劳性能较差。HeGui-Ping采用间接拉伸疲劳试验对乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能进行了研究。LeeKim采用动态蠕变试验对不同类型的旧料进行了研究,发现残留沥青含量较大的旧料组成的再生混合料抗车辙性能较好;残留沥青越硬的旧料组成的再生混合料抗车辙性能越好。HeGui-Ping用动态压缩蠕变试验研究了由不同类型旧料形成的再生混合料永久变形性能,指出采用黏度较小的沥青制备乳化沥青再生混合料的抗永久变形性能较好;旧料的老化程度以及再生混合料中旧料的掺量对再生混合料的永久变形性能影响不显著;乳化沥青再生混合料的抗永久变形性能相对优于密级配沥青混合料。


在国内,一些高校和科研机构在再生混合料的配合比设计、性能评价以及再生剂的开发等各个方面进行了研究,并取得了一定的成果。同济大学杨宇亮等采用正交设计方法对冷再生混合料的影响因素进行分析,得出了各因素之间的关系,提出修正的马歇尔试验作为冷再生混合料的配合比设计方法。东南大学李强等采用室内间接拉伸劈裂试验对冷再生沥青混合料的疲劳性能进行了研究,总结了疲劳方程,分析了温度对再生混合料疲劳性能的影响,并与一般水泥稳定类材料的疲劳性能进行了对比,结果表明,再生混合料的疲劳阻抗随温度降低而提高,疲劳寿命对应力水平的敏感程度随温度降低而提高,应力水平较高时,其疲劳性能优于一般水泥稳定类材料。


河北工业大学王丽等对冷再生混合料进行了抗压强度、抗压回弹模量与劈裂强度试验,并在此基础上研究了冷再生沥青混合料力学性能变化规律及其影响因素。哈尔滨工业大学谭忆秋等针对乳化沥青冷再生混合料的特点,提出了Superpave体积设计法和新的性能评价方法,并通过试验验证了其效果良好。长安大学权登州对乳化沥青冷再生混合料的配合比设计方法、力学特性及路用性能等方面也进行了深入研究,并推荐了乳化沥青冷再生混合料的配合比设计程序及配合比设计方法。


对比国内外性能发展可以看出,国内乳化沥青冷再生材料在性能方面与国外相比还有一定的差距,主要体现在:①国内更加注重对配合比设计及力学性能方面进行研究,而对路用性能研究较少;②国内对旧料的分析存在不足,抗车辙能力较差;③施工工艺研究较少,没有先进的施工机械。目前,虽然国内对冷再生材料的研究较多,但由于各个地区标准不一,没有专门的技术指标,很难判定其冷再生质量的优劣,更无法保证其具有良好的路用性能。


冷再生技术施工工艺


冷再生的工艺过程与常规沥青混合料虽没有本质区别,但也较为不同。冷再生的第一步是在设计厚度下刨除现有的沥青路面,然后将RSP材料运至拌和厂,RSP材料在拌和厂中破碎,按尺寸分级,若RSP充分破碎,RSP和回收集料的尺寸和级配能控制得很好,这样能避免大尺寸集料的存在。


在对RSP材料进行处理之后,为增强原路面基层和冷再生基层混合料的粘结性能,在摊铺冷再生基层混合料之前应对原路面二灰碎石表面进行处理。当基层处理完成之后,将MP、乳化沥青、水按比例投放到拌和锅中拌和。冷再生混合料的拌和时间应短于热拌沥青混合料的拌和时间。乳化沥青混合料若过度拌和,则粗集料表面的乳化沥青容易剥落下来,而且过度拌和可能会导致乳化沥青提前破乳,使混合料劲度过大;而拌和不充分则可导致集料不能充分地被乳化沥青裹覆。


冷厂拌再生过程中最好通过强制通风以减少混合料中的水分及易挥发物的含量。强制的通风过程降低了混合料中的液体含量,使混合料足够坚强,能承受压路机的碾压作用。混合料中的液态物质的散失速度主要由沥青改性剂的种类、混合料中的水分含量、集料级配、风速、气温及湿度等因素决定。传统的摊铺机即可摊铺冷厂拌再生的混合料,混合料中适度的水分可防止熨平板下的混合料发生“撕裂”、“脱空”等现象,熨平板不必预热,以防止混合料中水分散失过快而影响混合料的和易性。


冷厂拌再生混合料每层摊铺厚度最好不大于100mm(为压实后的厚度),若需要多层铺筑,则在铺上一层前需养生一段时间(在好的养生条件下一般养生2~5d左右)。雨天不能摊铺,若气温低于10℃,也应停止摊铺。因此,传统的材料及施工工艺将造成交通长期受阻,严重影响道路通行能力。


乳化沥青冷再生技术应用情况


随着科技的快速发展,人们对环保要求的不断提高,乳化沥青冷再生技术在道路翻修中得到了越来越多的应用,特别是资源受限地区,它的利用不仅能够节约资源,最大程度的保护生态环境,而且还能够减小能源消耗量,降低生产成本,加快施工进度。基于经济性与环境保护的要求,目前国内外大多数的道路翻修中均采用了乳化沥青冷再生技术,并取得了明显的经济效益。


近年来,国内对乳化沥青冷再生技术也得到了一定的重视,已经在一些试验路段得到了应用,2OO3年广东省佛山市利用乳化沥青掺加少量水泥再生了佛山市石南大桥北至国道325线连接线工程2.2km路段。2004年沈阳三鑫公路工程公司和营口市公路管理处首先引人了维特根2200CRWR2500S就地冷再生设备,进行了乳化沥青掺加少量水泥就地冷再生的试验和施工,其中采用维特根WR2500S在营大路进行的乳化沥青掺加少量水泥冷再生为我国最早也是最大的乳化沥青冷再生工程。2005年天津市市政公路管理局以乳化沥青掺加少量水泥在京哈公路(天津段)维修改造工程中选取0.5km作为试验段,进行了乳化沥青冷再生技术在旧路改造中的应用;2007年河北省廊坊市以乳化沥青作为再生剂掺加少量水泥进行了大香线2.25km路段的维修改造工程,并取得了很好的效果。


然而,对比国内外乳化晒再生技术的应用与研究现状可以发现,与国外相比国内冷再生的水平仍然较差。在规范方面,国外形成规范较多且在不断完善,较切合工程实际情况,而国内规范形成较晚,且指标体系不够完善,偏于研究方向。因此,我国乳化沥青冷再生技术体系还有待发展和完善,使其得到更加广泛的应用。


展望


过去的几十年里,中国公路建设突飞猛进,高速公路从无到有,其里程位居全球第二,沥青路面作为我国高等级公路的主要路面形式,其设计年限一般为1O~15a。按照沥青路面的设计寿命和实际使用情况,我国90年代后期修建的公路不少己进人或接近大修期,因此,公路界面临着艰巨的翻修改建任务。为了更大的节约资源,减少污染保护环境,乳化沥青冷再生技术必将成为今后道路翻修过程中的重要手段。


然而目前,我国与其它发达国家相比,沥青路面的冷再生还处于摸索阶段,发展缓慢,为了使乳化沥青冷再生技术得到更好的应用,我们应从如下方面作进一步的研究:(1)为了提高冷再生混合料的早期强度,以便加快施工进度,尽早恢复交通通行能力,应更加注重稳定剂的种类以及性能的优选,配合比的设计,简便快捷的施工工艺等方面的研究;(2)乳化沥青冷再生技术路用性能研究,完善技术指标体系;(3)乳化沥青冷再生结构设计方面的研究。


此外,随着人类环保理念的不断提高,低碳环保、节约能源的乳化沥青冷再生技术研究具有深远意义,掺加矿物废渣等手段也将会成为今后研究的方向。乳化沥青冷再生技术符合国家发展循环经济和实现可持续发展的战略方针,逐步完善的乳化沥青冷再生技术在今后的道路翻修过程中必将得到更为广泛的应用。


标签:技术中心改性沥青
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