早在1915年人们就开始认识到,重新利用现有沥青路面材料是修复路面的重要方法。经过半个多世纪的努力,再生技术已成为现代社会应用广泛,具有广阔发展前景的综合技术。就沥青路面再生技术而言,有多种设备、工艺和方法。沥青路面再生技术的分类如图1所示。目前,各种再生技术都有很大的发展,显示出各自的生命力。然而,由于各种再生技术种类繁多,给用户的正确选择造成了一定的困难,在认识上造成了一定模糊和混乱,从而阻碍了再生技术在我国的推广与发展。事实上,每种再生技术都有自身的合理使用范围与特点,没有一种再生技术可以满足所有的路面维修作业要求。因此,有必要分析各种再生技术的特点与其合理的应用范围,以便用户合理选择,使各种再生技术发挥各自的经济与社会效益。
1 厂拌再生技术的特点与适用范围
厂拌再生技术分为厂拌热再生与厂拌冷再生。厂拌再生实质上是对废旧沥青混合料的集中处理与加工,其主要特点是可对各种废旧材料进行再生处理,对材料的处理与路面状况无关,具有很大的工艺柔性。此外,厂拌再生材料的质量较容易控制。沥青路面厂拌再生原理。
厂拌热再生设备有两种基本类型,一种为双滚筒型连续式再生设备,另一种为旁路型间歇式再生设备。厂拌热再生是指将旧沥青路面铣刨后运回搅拌厂,通过二次破碎、筛分,并根据旧混合料中沥青含量、老化程度,骨料级配和性能指标,掺入一定数量的新集料、沥青或再生剂进行拌和,使混合料达到规范规定的各项指标,最后按照与新建沥青路面相同的方法重新铺筑的再生工艺。厂拌热再生工艺的基本过程包括:旧路面铣刨运输;二次破碎筛分;加热搅拌(根据实验要求添加新骨料、沥青、粉料、再生剂等);运输摊铺和压实。利用这种方法,可以对基层甚至路基的一些地段进行有效的补强。
厂拌冷再生技术的主要特点是,再生时废旧材料不需要加热烘干,从而大大节省了能源和成本,同时具有很高的环保性。这一特点使得冷再生技术具有良好的发展前景。目前,冷再生技术所使用的粘结料主要有泡沫沥青和乳化沥青两种类型。冷再生的材料适用性较广泛,新骨料、破碎的旧混合料、各种粘结材料均可用于冷再生工艺。冷再生材料不仅用于建设各种路基、路面,而且还可用于其它建筑工程。此外,冷再生设备一般为移动式,因而具有很好的施工机动性。
就路面再生维修工艺而言,厂拌再生工艺的主要缺点是:需花费较高的运输成本;对交通的干扰较大,施工周期较长;采用冷铣刨会破坏原有路面材料的骨料与级配。
2 就地热再生技术特点与适用性
就地热再生技术是适合于沥青路面面层(被修复面层厚度一般≤60mm)连续修复的一种经济的现代沥青路面维修技术。就地热再生(HIR)是指在原有沥青路面上通过加热软化,以机械方式翻松(铣刨)路面,对其进行搅拌(根据需要可添加沥青、再生剂、新混合料或新骨料),并将所形成的再生混合料就地重铺压实,从而达到消除路面病害、恢复路面性能的道路维修过程。
应用加热技术修复旧路面的方法可以追溯到20世纪30~40年代,这一时期美国制造了世界上第一批路面就地加热修整机。因此,沥青路面的就地再生技术在美国已经实践了大约60年。
为了规范就地热再生技术及其专业术语,美国沥青再生协会(ARRA)认定了三种基本的就地热再生工艺:加热翻松法(整形法)、重铺法、复拌法。
就地热再生工艺成功的关键因素之一是需要得到足够高的压实温度。排除旧料水分前,典型的温度极限约为100℃,而当材料烘干后,可将其迅速加热到较高温度。从整体上总结路面的再生程度较为困难,因为各种工程的具体情况不同。但可以公正的说,大多数再生工程都达到了目标。在英国进行的再生工程中通常使用再生剂,通过对黏度和针入度的测试,表明旧沥青粘结料得到了软化。
就地热再生技术在加拿大进行了大量的实践,并产生了评价就地热再生路面性能的政府指导规范。在10个工程中应用了综合与联合作业法,再生厚度为50mm。这些项目主要评价再生前后沥青的流变性和混合料的体积特性。
经过过去20多年的努力,就地热再生的概念不断完善。就地热再生技术在20世纪80年代末和90年代初发展较快。早期的发展受到设备技术的限制。然而,随着相关技术的发展,如冷铣刨和厂拌热再生技术的发展,坚实了就地热再生的理论基础,推动了就地热再生设备和材料的不断进步。经过90年代初的发展,就地热再生技术和设备性能已达到深层再生和高质量再生路面的目标,并且可与其它沥青路面质量相竞争。
2.1 就地热再生与厂拌再生技术的比较
对于相同的路面维修工程而言,与厂拌再生工艺相比较,就地热再生工艺的相应特点有:(1)施工周期短;(2)对交通的干扰可降低至最小;(3)100%利用旧沥青混合料,节省资源,经济性好;(4)施工安全,环保性好;(5)再生设备一次性投资较大。其中,可完全利用旧材料、施工速度快和节省运输费用是就地再生的三大优点。
2.2 各种就地热再生工艺比较
根据路面结构质量的不同要求和不同的维修设计,就地再生技术可形成多种不同的施工工艺和方法,以满足路面维修工程的需要,这是就地再生技术的重要特点之一。
(1)综合作业法。
即用一台综合式再生重铺机组连续实现加热、耙松、再生剂添加、搅拌、摊铺等再生过程的工艺方案,必要时可选择预加热机一同工作。综合再生作业的特点是:再生机组系统复杂,技术水平要求高;一次性投资较大;工艺柔性较差;不能利用现有摊铺设备与技术。综合作业再生机组的典型产品主要包括维特根的RX4500、美国的卡特彼勒和芬兰的KM3000RS型再生机组。
(2)联合作业法。
即用多台不同功能的再生机组与常规摊铺机联合作业,连续完成加热、铣刨翻松、添加再生材料、搅拌、摊铺等再生过程的作业方案。联合作业方案的特点是:工艺柔性好;再生设备系统相对简单;工艺路线较长,可使再生材料充分加热与混合;可利用现有摊铺设备与技术。联合作业工艺有进一步发展的趋势。联合作业工艺的再生机组主要有玛莲尼再生列车、英达就地热再生机组以及马泰克AR2000型就地热再生机组。
2.3 就地热再生工艺的适用性
由于就地热再生处治的是路面表层部分,因此,路面结构和路基应当坚固,并具有良好的排水系统。施工前,对旧沥青混凝土必须进行较深入的实验分析。再生添加料配比设计取决于原路面沥青含量、沥青的物理特性和骨料的质量与级配。正确的混合料设计可保证新再生路面的成本效益、平整度和耐久性。
沥青路面到达服务期或发生早期破坏时,可对其实施各种再生工艺进行修复。选用何种再生技术取决于多种因素,其中包括设备配置、路面厚度、道路条件、气候条件、交通量、旧路面材料质量、路面基层结构等。
掌握路面结构和损坏原因对于就地热再生工艺的选择十分重要。工程成功的关键是对现有条件的分析与最佳材料配比和方法的选择。就地热再生技术适用于路基良好、路面结构坚固的道路维修。再生施工之前,应当处治好各种结构病害,并将路面不良材料清除干净。
2.4 就地热再生基本工艺
(1)路面整形工艺。
将旧路面翻松后重铺,以便消除原有路面的车辙和变形等病害,同时改善路面的横坡度与排水状况。将翻松的材料经搅拌器搅拌可获得均匀的混合料,使路面得到良好的改善。
根据ARRA协会颁布的沥青再生标准,表面再生工艺最适合路面修整(整形)和改善行驶质量的养护作业。也能很好的适用于处治轻度坑槽、泛油、车辙、搓板(皱纹)、推挤(波浪)、裂缝及其它路面病害。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。
(2)路面重铺工艺。
将原路面翻松,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。
当表面再生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,复拌法可进行18mm补强,而重铺工艺补强深度可达50mm。
重铺作业法中,再生深度和罩面厚度通常分别为25~50mm,典型的组合厚度为75mm左右。100mm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12mm。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。
根据沥青再生协会的沥青再生基本指导手册,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。
(3)路面复拌工艺。
通过添加新热混合料,或沥青,或再生添加剂,经现场搅拌、摊铺、压实,以改善现有路面特性的就地热再生方法。应用双轴搅拌器可保证充分混合新旧材料。复拌工艺适合于老化路面的改造、非稳定磨损路面的恢复和提高路面强度。也可将磨耗层处理为粘结层,以增强路面结构强度,然后铺设新的磨耗层。复拌工艺是路面改善最适合的就地热再生技术。这一工艺对于处治车辙、松散、老化和其它50mm以内的路面缺陷是最经济有效的解决方案。
用复拌法进行的沥青再生可改进(修正)包括骨料级配、抗滑系数、沥青含量、沥青的流变特性、混合料稳定性和空隙率等。
在这一工艺中,预加热机和加热铣刨机加热路面至37~50mm深,翻松路面并形成堤状料堆,然后将其输送到车载搅拌锅中。在搅拌锅中,再生旧料与再生剂、添加料或新热混合料均匀混合。再生的混合料由普通沥青摊铺机摊铺。通常熨平板被加热,并装有振动或振捣梁,以便获得初压实度,且可进行自动找平和坡度控制。
复拌作业法可形成高质量的磨耗层,其寿命可达7~14年,具体寿命取决于原有路面、添加混合料和再生剂(修正粘结料)的质量。对于路面标高不能增加、清除困难或在双车道上只进行单车道的维修等,复拌法是有效的维修方法。复拌法也可以产生高质量的热沥青混合料罩面层,按照规范,预期寿命7~15年。
根据再生协会发布的基本再生指导手册,复拌法最适合于处治坑槽、泛油、搓板、拥包,以及车辙、脱皮、老化等发生在50mm深度以内的路面病害。这一工艺也可有效的应用于处治各种裂缝、表面松散、摩擦阻力减小等病害,但不适合于用来处治路肩塌落、非连续裂缝、路面补强,以及50mm深度以上的路面病害。
(4)复拌-罩面工艺。
复拌磨耗层(根据需要可在其中添加新沥青),然后在其上铺设新的磨耗层。在复拌机前预先撒布新骨料,可改善混合路面特性。
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50mm的罩面处理,路面寿命可达10年。
3 就地冷再生技术的特点与应用
就地冷再生技术有两种类型,一种可称其为路面冷再生,另一种为路面基层(稳定层)冷再生技术。
路面冷再生工艺主要以乳化沥青(或泡沫沥青、水泥等)为粘结剂,在设备方面采用铣刨机原理。施工过程主要包括:在原路面上就地铣刨翻松;喷洒稳定粘结剂,同时就地搅拌均匀;重新摊铺再生材料;压实成型。路面冷再生工艺需要有良好的路基性能作支持,适合于治愈路面松散、车辙、水损、反射裂缝等病害。
路面基层就地冷再生技术主要以泡沫沥青(必要时可添加水泥、石灰等稳定剂)为粘结剂,在设备方面以多功能稳定土拌和机为主机。工艺过程主要包括:就地翻松(可事先在路面上撒布水泥等稳定材料);喷洒泡沫沥青;拌和均匀;碾压成型。路面基层就地冷再生技术主要适合于一般路面特别是县乡道路稳定层的再生施工,并具有施工速度快、成本低、环保节能等特点。
综上所述,再生技术是应用十分广泛的,具有良好发展前景的现代技术。各种路面再生技术具有各自不同的应用范围,使用者应进行细致的调查研究,选择适合具体路面状况的再生方法,以获得预期的社会经济效益。