（机械设计及理论专业论文）沥青路面就地冷再生技术研究.pdf

摘姜 本文从沥青路面再生技术的发展及国内外应用现状出发 首先介绍了路面再生原理 及再生技术的分类 并对就地冷再生技术与就地热再生技术 厂拌热再生技术 厂拌冷 再生技术进行了方案比较研究 综合评价了就地冷再生技术的优点 不仅不需要加热 节约了能源 还不需要运输原材料 是我国道路改建大修的首选 在此基础上 详细阐 述了沥青路面就地冷再生技术的原理 特点和适用条件 接着重点分析了就地冷再生技术的工艺过程及质量控制 对水泥 乳化沥青 泡沫 沥青三种添加剂的选择进行分析 对施工工艺中加水工序的先后进行了分析 并以京福 公路的旧路改建工程中铺筑的2 0 0 m 试验路段采用了水泥为添加剂 先加水施工工艺为 例 证明其工艺简便 质量可靠 然后重点研究了就地冷再生设备的结构性能特点 并 对国内外沥青就地冷再生设备进行了详细介绍 且进行了对比分析 提出了改进建议 并进一步在选型组合中应用排队论建立了就地冷再生主机一初压压路机合理匹配模型 提出就地冷再生主机经选型后与后续初压压实机械效率合理匹配关系 最后 对就地冷再生技术的经济效益及社会环境效益进行了深入分析 实践证明 就地冷再生技术优势突出 不仅施工工序简便 而且能节约2 0 一3 0 的费用 经济效 益可观 有很好的发展前景 总之 就地冷再生技术的应用必将节约大量的资金 减轻环境污染 其不仅对交通 干扰小 改善路面级配 降低孔隙率 还能延缓路面老化 给我国旧沥青路面改建带来 不可估量的经济效益和社会效益 关键词 沥青路面 就地冷再生 施工工艺 设备性能 a b s t r a c t a tf i r s t b a s e do nt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fa s p h a l t c o n c r e t es u r f a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g y t h ep r i n c i p l eo f r o a dr e c y c l i n ga n dt h ec l a s s i f i c a t i o no f r e c y c l i n gt e c h n o l o g i e sa r ei n t r o d u c e d t h et e c h n o l o g i e so fc o l di n p l a c er e c y c l i n g h o t i n p l a c er e c y c l i n g h o tm i xp l a n ti n p l a c er e c y c l i n g c o l dm i xp l a n ti n p l a c er e c y c l i n ga r e b e i n gc o m p a r e da n ds t u d i e d t h ed i s a d v a n t a g e so fc o l di n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g ya r e e s t i m a t e ds y n t h e t i c a l l y i td o e s n tn e e dt oh e a tw h i c hc a ns a v ee n e r g y a n di ta l s od o e s n t n e e dt ot r a n s p o r tr a wm a t e r i a l i ti st h ef i r s tc h o i c ef o rr e b u i l d i n ga n do v e r h a u l i n go fo u r c o u n t r y sr o a d t h e nt h ep r i n c i p l e f e a t u r e sa n da p p l i c a b l e c o n d i t i o n so fa s p h a l t p a v e m e n tc o l di n p l a c er e c y c l i n ga r ee l a b o r a t e di nd e t a i l t h i sp a p e rp u t se m p h a s i so nt h ep r o c e s sa n dq u a l i t yc o n t r o lo f c o l di n p l a c er e c y c l i n g t e c h n o l o g y t h ec h o i c eo ft h r e ea d d i t i v e s c o n c r e t e e m u l s i f i e da s p h a l ta n d f o a ma s p h a l t i s a n a l y z e d t h eo r d e ro ft h ep r o c e s so fa d d i n gw a t e ri sa n a l y z e d t h e nt a k et h e p r o j e c to f r e b u i l d i n gt h eo l dr o a do fj i n g f ur o a df o re x a m p l e t h e2 0 0 m o l dr o a df o re x a m i n a t i o nt a k e s c o n c r e t ea sc o n c r e t e a n da d d sw a t e ra tf i r s t w h i c hp r o v e st h a tt h ep r o c e s si ss i m p l ea n d c o n v e n i e n ta n dt h eq u a l i t yi sc r e d i b l e t h e nt h es t r u c t u r ep e r f o r m a n c ef e a t u r e sa r es t u d i e d w h a t sm o r e a s p h a l tc o l di n p l a c er e c y c l i n ge q u i p m e n t sa th o m ea n da b r o a da r ei n t r o d u c e d s e l e c t i v e l ya n dac o m p a r a t i v ea n a l y s i si sd o n e a n dt h em o d i f i e da d v i c ei ss u g g e s t e d w h a t s m o r e t h er e a s o n a b l em a t c h i n gm o d e lb e t w e e nr o a dr o l l e ra tf i r s tr o l l i n ga n d m a i nm a c h i n eo f c o l di n p l a c er e c y c l i n gi sb u i l tu s i n gt h eq u e u i n gt h e o r y a n dt h er e a s o n a b l er e l a t i o n s h i p b e t w e e nm a i n f r a m eo fc o l di n p l a c er e c y c l i n ga f t e rt y p ec h o i c ea n dr o a dr o l l e ra tf i r s tr o l l i n g i ss u g g e s t e d a tl a s t c o l di n p l a c er e c y c l i n ge n g i n e e r i n gd i v e r t i o na n dc o n t r o la r ee l a b o r a t e d i ti s p r o v e dt h a tt h ea d v a n t a g e so fc o l di n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yi so u t s t a n d i n g a n dt h e c o n s t r u c t i o np r o c e s si ss i m p l ea n dc o n v e n i e n t w h a t sm o r e i tc a ns a v em o n e yb y2 0 3 0 a n de c o n o m i cb e n e f i ti sc o n s i d e r a b l e i nb r i e f t h ea p p l i c a t i o no fc o l di n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yc a ns a v eal o to ff u n d sa n d a l l e v i a t et h ep o l l u t i o no fe n v i r o n m e n t a n dt h ei n t e r f e r e n c et ot r a f f i ci ss m a l l a l s oi tc a n i i i i m p r o v et h er o a dg r a d t i a t i o n a n dr e d u c et h er a t i oo fh o l ea n dc r a c k f o rt h em o r e i tc a n a l l e v i a t et h er o a da g i n g a n dt h e nm a k ei m m e a s u r a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i tf o ro u r c o u n t r y sa s p h a l tr o a dr e b u i l d i n g k e yw o r d a s p h a l tp a v e m e n t c o l di n p l a c er e c y c l i n g c o n s t r u c t i o nc r a f t e q u i p m e n tp e r f o r m a n c e i v 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 均己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已经公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 论文作者签名 细3 年j 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 论文作一 嘶 导师签名 名掳 沙呦年夕 b o 兮g 辱f 其习日 1 月卵日 长安大学硕士学位论文 1 1 问题的提出及研究意义 第一章概述 1 1 1 问题的提出 目前我国公路建设发展迅速 至2 0 0 7 年底 高速公路总里程已达到5 3 9 万公里 居 世界第二位 由于经济的快速发展 交通量的不断增长 致使车辆大型化及重载超载车 的比例不断提高 使沥青路面受到明显的提前损坏 按照沥青路面的设计寿命 1 0 1 5 年 和实际使用情况 从现在起 每年约有1 2 的沥青路面需要翻修 旧沥青混合料废弃量 将达到2 2 0 万吨之多 如能对其加以合理利用 每年可节省材料费3 亿元以上 而且这 个数字是以每年以1 5 的速度增长的 2 l 因此 如何利用这些废弃沥青混合料 节省资源 和保护环境 就成为近年来道路工程技术人员研究的重要课题 研究沥青路面再生技术 能在提高道路等级 保护环境 节省资源 重复利用废弃 沥青混合料方面而获得的巨大的经济效益和社会效益对国家的公路建设具有重要意义 同时 这项技术也是 可持续发展 战略在公路建设中的具体体现 1 1 2 研究意义 尽管现在我国许多油田得到开发 石油工业有了很大发展 但生产的沥青仍然供不 应求 沥青的供应量尚不足需求量的2 3 因砂石料的生产地不均 特别是在缺乏砂石材 料的地区 由于砂石材料都是从外地经长途运输而来 成本比较高 因此 我们需要找 到一种能够有效利用大量废弃路面材料的新技术 而沥青路面再生技术不仅能够利用旧 路面的废弃材料节省沥青 砂石等筑路材料 还能解决废弃材料对空间的占用及对环境 的污染 具有简化施工工序 节约工期等优点 再生技术可节省资源 获得直接的经济效益 并可保护生态环境 获得社会效益 是一项利国利民的环保型新技术 据有关数据显示 沥青混合料再生利用 可节约材料 费用5 3 4 路面降低造价2 5 左右 沥青节约5 0 如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 3 1 据预测 1 0 年后 沥青路面的大 中修产 生的旧沥青混合料将达到1 0 0 0 万吨 若采用沥青路面的再生技术 每年可节约材料费1 5 亿元 2 o 第一章概述 1 2 国内外再生技术研究概况 1 2 1 国外再生技术研究概况 国外对旧沥青路面再生技术的研究一直颇为重视 而且技术相对成熟 欧美国家先 后出版了 沥青混合料废料再生利用技术 旧沥青再生混合料技术准则 路面沥青 废料再生指南 等一系列规范 提出了适于各种条件下沥青混合料再生利用的方法 并 且在再生剂开发 再生混合料设计 施工设备等方面的研究日趋深入 并且取得了相当 的成就 1 9 1 5 年沥青路面再生技术的实验研究首先在美国开始 但以后由于大规模的新道路 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 1 日沥青路免材料再生利用 作为解决石油危机的一个重要对策措施 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 据美国联邦公路管理局的统计 1 9 8 0 年2 5 个州 共使用了2 0 0 万吨的热拌再生沥青混凝土 1 9 8 1 年4 0 个州使用的数量就达到3 5 0 万吨 到1 9 8 5 年再生沥青混合料的用量就猛增到近2 亿吨 差不多为全部路用沥青混合料的 一半 由于沥青路面再生利用大有可为 为此 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 万吨 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 尽管如此 路面废料再生利用的数量已超过5 0 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 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开始 2 长安人学硕上学位论文 逐步推广应用这项技术 澳洲a u s t r o a d s 在其1 9 9 7 年 沥青再生指南 中指出 利用6 0 r a p 的沥青混 合料使用寿命与传统沥青相同 而抗车辙能力却得到增强 日本道路协会的 场拌再生 沥青铺装技术指针 也认为 将再生热拌沥青混合料应用于条件苛刻的重交通道路 d 交通 路面结果表明 如果对再生热拌沥青混合料进行恰当的质量控制管理 铺装后的 性能与只用新料铺装的各种性能没有区别 前苏联早就对沥青路面再生技术进行了研究 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 并在生产中广为应用 仅列宁格勒市因推广沥青路面再生技术每年就可节 约沥青材料达1 4 0 0 吨之多 可以看出 欧美国家特别重视旧沥青再生技术的研究 他们在再生混合料的拌制工 艺 以及与之配套的各种挖掘 铣刨 破碎 拌和等机具的研制方面 都取得了很大成 就 已经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成熟程度 有关资料情况如表1 1 所示 表1 1国外在旧沥青路面再生方面的技术资料 时间 国家出版物名称 1 9 6 6 前苏联沥青混凝土废料再生利用技术的建议 1 9 7 9前苏联旧沥青混凝士再生混合料技术准则 1 9 8 1美国路面废料再生指南 1 9 8 l 美国沥青路面热拌再生技术手册 1 9 8 3 美国沥青路面冷拌再生技术手册 1 9 8 4日本 路面废料再生利用技术指南 1 9 8 4 前苏联再生路用沥青混凝土 1 9 9 7 澳大利亚沥青再生指南 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 3 第一章概述 测技术的逐步完善 路面就地再生技术开始受到各国的重视 总之 国外沥青路面再生 技术已同趋成熟 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 1 2 2 国内再生技术研究概况 我国在早期曾不同程度地利用废旧沥青料来修路 但都将其作为废料利用考虑 一 般只用于轻交通道路 人行道或道路垫层 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 作再生剂对夏兰三路 兰包路 甘川路进行冷法再生沥青路面 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 贵昆路进行再生沥青路面试验研究 这些旧沥青路面再生利用工作都取得成功 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旧渣油路面 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 上的研究不足 从8 0 年代 中后期我国由于经济建设的需要 全国开始进行大规模的公路建设 特别是高速公路建设 的展开 人力 物力的不足及对沥青再生技术不够重视 致使我国在旧沥青路面再生技术 研究的深化方面基本上处于停滞状态 近几年某些公路单位又开始尝试着将旧沥青路面 简单再生后用于中轻交通量公路或道路基层 如1 9 9 2 年同济大学在淮阜路采用阳离子 乳化沥青进行冷法再生沥青路面试验 1 9 9 7 年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生 旧料后铺筑路面 取得了一定效果 随着我国高等级沥青路面维修养护量的不断增加 对 沥青路面旧料再生技术有必要进行深入 系统研究 2 0 0 0 年沈大高速公路营口段再生试 验 黄晓明等针对克拉玛依a h 一7 0 沥青研制出a 型再生剂 轻油与增粘树脂的混溶物 表 明我国公路科研生产单位也开始重视高等级公路旧沥青路面再生技术的研究 我国的实际沥青路面再生起步于2 0 世纪8 0 年代初期 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 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 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 4 长安大学硕士学位论文 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 我国在沥 青再生研究方面也已取得了初步成果 因此 我国具备开发沥青再生技术所需的技术管 理力量 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 经过路用效果观测证明 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 并分别用拌和法和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 几年来 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 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 4 捌 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 公路的维修量将迅速增加 采用沥青再生技术进行大面 积公路维修是必然趋势 1 3 论文的研究目的及内容 1 3 1 论文的研究目的 进行沥青路面再生技术的研究 对施工工艺过程 质量控制及设备结构性能特点进 行深入地分析 目的是为大量的沥青路面翻修及养护工程应用冷再生技术提供科学的依 据 本课题的研究对提高我国道路等级 合理利用资源 保护环境 维持我国庞大的高 速公路网的通行能力 提高公路的服务质量和保障安全运营 具有十分巨大的社会意义 和经济价值 5 第一章概述 1 3 2 论文研究的主要内容 本文研究的主要内容如下 l 分析了沥青路面再生原理 并对就地冷再生技术与就地热再生技术 厂拌热再 生技术与厂拌冷再生技术进行了方案比较分析 进行了优劣性阐述 2 重点分析了沥青路面就地冷再生的技术原理 适用范围 施工工艺过程质量控 制和添加剂的选择问题 并阐述了就地冷再生的方案设计方法 3 阐述了就地冷再生工程中再生机械设备的结构性能特点 对国内外就地冷再生 机的各项性能指标进行了系统性对比分析 并在此基础上应用排队论建立了就地冷再生 主机一初压压路机合理匹配模型 4 阐述了就地冷再生技术的技术经济性及社会环境效益 6 长安人学硕士学位论文 第二章沥青路面再生技术的对比分析 2 1 旧沥青材料的老化与再生 2 1 1 旧沥青材料的老化 沥青路面在使用过程中逐步脆硬老化 其实只是其中的沥青结合料发生老化 引起 沥青组分变化的原因是多方面的 如沥青中的轻质组分 饱和分和芳香分 挥发 以及 由氧及光照引起的氧化 缩合作用等 主要原因是氧化缩合作用 由于沥青路面中矿质 集料对沥青中轻质组分的吸附 促使高分子化合物的增加 沥青中饱和分比较稳定 变 化不大 而芳香烃分子量增大 向胶质转化 胶质向沥青质转化 沥青中的低分子聚合 为更大的分子 这种组分转化从对旧沥青路面材料的抽提试验可以看出 表现为芳香分 减少 胶质和沥青质增加 由于沥青化学组分移行 因而引起沥青物理 化学性质的变 化 通常表现为针入度变小 延度降低 软化点和脆点升高 沥青变硬 变脆 延伸性 降低 6 随着沥青路面使用年限的延长 沥青质的浓度相对增大 老化加重 沥青材料各组 分之间配伍失调 其胶体结构发生了变化 作为溶剂的软沥青质和作为溶质的沥青质溶 度参数也发生变化 这就破坏了它们之间的相容性 造成沥青性质的变化 和性能优良 的初始沥青结合料相比 老化严重的沥青结合料在常规路面性能上的差距主要体现在两 方面 一是粘性过高 二是柔韧性不足 其中 柔韧性不足是沥青结合料路用性能不良 的主要原因 2 1 2 旧沥青材料的再生 旧沥青再生 在某种意义上说 是沥青老化的逆过程 因此 从流变学的观点来看 旧沥青再生的方法可以归结为以下两点 一是将旧沥青的粘度调节到所需要的粘度范围 内 二是将旧沥青的流变指数予以适当提高 使旧沥青重新获得良好的流变性质 经过 再生 性能就能得到一定程度的恢复 重新可以利用 7 1 其示意图见2 1 所示 现在欧美国家都应用粘度指标来控制再生沥青的性能 只要是老化沥青的年度恢复 到正常状态 那么沥青的其他性能指标也可以得到恢复 7 第二章沥青路面再生技术的对比分析 现有的旧沥青混合料 上 i i 掺加的新集料现有的旧集料现有的旧沥青掺加的新沥青和再生剂 l 上上 形成新的级配 形成再生沥青 i 上 拌和 再生沥青混合料 2 2 再生技术的分类 图2 1i e l 沥青材料的再生 沥青路面再生技术属于道路维修的范围 按再生形成的层位不同可分为再生面层 再生基层和再生底基层 按再生方式的不同可分为热再生和冷再生 按拌和地点的不同 可分为现场再生和厂拌再生 我国再生形式主要是厂拌热在生 就地热在生 厂拌冷再 生 就地冷再生四种 8 1 2 2 1 厂拌热再生 所谓厂拌热再生技术 是将旧的沥青路面混合料切削回收 集中到再生拌和厂 再 根据旧混合料性能的变化 掺入不同的热添加材料 然后拌和成符合路面技术性能要求 的再生混合料 最后运入施工现场 摊铺并碾压成为新的沥青路面 厂拌热再生技术在 国内外应用非常普遍 其施工机械为多台功能单一的再生设备如铣刨机 或冲击镐 破碎筛分机 再生拌和机 运输厂拌设备 路面摊铺机及压路机等共同配合 完成全部 再生作业 再生混合料的级配 新旧料的掺配比例 温度及拌和均匀程度等均由再生拌 和设备进行控制 2 2 2 就地热再生 就地热再生是将旧路面铺层材料通过使用现场加热机和再生机进行就地加热软 化 并以机械方式翻松 铣刨 增加适当的新拌沥青混合料和再生剂进行机内热搅拌 并 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 恢复路面性能的维修 技术 8 长安大学硕士学位论文 2 2 3 厂拌冷再生 厂拌冷再生先将旧沥青混凝土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 乳化沥青等一种或多种稳定剂和新料进行搅拌 然后铺 筑于基层或低基层 2 2 4 就地冷再生 所谓道路的就地冷再生 就是充分利用现有旧铺层材料 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 新混合料的作业过程 2 3 再生技术的方案比较 2 3 1 就地冷再生与就地热再生方案比较 1 两种方案相似之处 1 施工工艺上 两种方案的施工工艺上 基本都有如下的工艺过程 充分利用现有旧铺层材料 都是在必要时加入部分新骨料 都是按比例加入一定量 的添加剂 并且都是就地连续地完成材料的铣刨 搅拌 拌和 摊铺及压实成型 一次完 成 2 方案设计上 两种方案的方案设计上 基本都有如下的过程 都要对原路况进行充分的调查 需选择再生剂的种类 数量 并对混合料进行配比 设计 3 相对于传统方案存在的优势上 原材料的利用上 两者都是基本上完全利用旧料 解决了旧料的运输问题 可以降低工程费用和维修成本 如原材料费 运输费用等 经济效益可观 环境保护上 两者都是由于旧料的利用 减小了对新材料的开采量 也解 决了旧料的堆放 弃置问题 减少了废弃物对环境的污染 符合世界环保与资源再 生利用的发展趋势 无异于是绿色的道路维修改造技术 对路基的损坏上 由于就地热再生和就地冷再生施工都为一次性作业方式 再生机组在暴露的路基上只通过一次 所以 与传统施工方法比较 这两种方案中 9 第二章沥青路面再生技术的对比分析 机组对路基的损坏较小 对交通的干扰方面 两种再生方案都可以半幅施工 半幅开放交通 对交通 的干扰比较小 改善交通的中断情况 使交通阻塞及危险降低 具有相当的社会效 益 2 两种方案的不同之处 1 对骨料的加热方面 就地热再生技术 是指通过加热软化旧路面 并以机械方式翻松 铣刨 对其进 行搅拌 根据需要添加新沥青 再生剂 新混合料或骨料 并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 恢复路面性能的维修技术 很显然 此种方 案需要对骨料进行加热 而对于就地冷再生技术来说 通常情况下 是以泡沫沥青为稳定材料 向热沥青中 加入精确计量的水时 将产生泡沫 并大大增加沥青的体积和表面张力 在发泡过程中 沥青粘度显著降低 可以很容易地分散在骨料中 与具有一定含水量的冷骨料进行充分 混合 而不必对骨料进行加热 很显然 此种方案不需对骨料进行加热 2 再生机械的配置上 对就地热再生来说 其再生机械设备主要由两大系统组成 加热系统和再生系统 加热系统主要由燃烧装置 加热装置 燃料罐 液压装置 发动机 操纵装置 基础车 等组成 再生系统主要由新料接料斗 供料装置 路面耙松装置 搅拌装置 添加剂喷 洒装置 熨平装置 辅助加热装置 行走装置等组成f 9 1 而对就地冷再生来说 再生机械设备主要由沥青路面铣刨装置 沥青喷洒装置 螺 旋分料装置 熨平装置及行走系统和控制系统等组成 很显然 就地热再生与就地冷再生 在机械设备上 要多出燃烧装置 加热装置 辅助加热装置等机械设备 3 对气候的依赖性上 就地热再生技术对气候的依赖性较大 一般不适合在寒冷的季节施工 而就地冷再 生技术 对天气条件的依赖程度有所降低 就地冷再生技术具有在不确定的天气条件下 保证连续施工的优点 下雨时 可以暂停施工 一旦雨停 即可恢复施工 4 适用范围上 就地热再生技术处理厚度小 仅适合处理车辙 泛油 麻面和磨光等表面缺陷 对 需要进行中 下层结构性再生大修无能为力 而就地冷再生既可进行路面面层再生 也 可进行深层复拌再生 适用范围远大于就地热再生 1 0 长安大学硕上学位论文 3 就地冷再生方案相对于就地热再生方案的优越性 综上所述 与就地热再生设备相比 沥青就地冷再生设备不需配置加热系统 不需 要对骨料进行加热 不仅节省了燃料 还减少了沥青加热过程中所造成的环境污染 减 少了对气候的依赖性 尤其是给筑路工人也带来了极大的切身利益 众所周知 冷再生施工时不存在沥青烟气 筑路工人不用担心通过皮肤吸收或呼入 沥青烟气中所含的大量有害物质 另外 与就地热再生技术摊铺作业相比 筑路工人可 以在较适宜的环境温度下工作 不必在想方设法克服艰苦的高温工作环境 所以 利用 冷再生设备进行就地冷再生施工对施工条件的改善是不言而喻的 这对就地热再生是无 法逾越的 优势十分明显 2 3 2 就地冷再生与厂拌冷再生方案比较 1 两种方案相同之处 1 施工工艺上 两种方案的施工工艺上 基本都有如下的工艺过程 都是要加入新集料 填充物 都是按比例加入一定量的新沥青和添加剂 都不需要 加热 减少了环境污染 2 方案设计上 两种方案的方案设计上 基本都有如下的过程 都要根据旧料的老化程度 确定所要掺加再生剂的种类和新沥青材料 并确定其掺 加的数量 都要根据再生路面结构类型和旧料级配情况调整再生混合料的集料级配 以 满足混合料在强度 抗滑 防渗 稳定等方面的要求 3 存在的优势上 因两种方案都不需要加热 不仅节省了燃料 还大大地减少了环境污染 2 两种方案不同之处 1 运输原材料上 厂拌冷再生需将旧沥青混和料回收 运输到再生工厂加工拌和后 在经运输返回 到现场进行摊铺碾压成型 虽然节省了材料费用 但却增加了回收和 运输费用 获得的经济效益大打折扣 而就地冷再生是现场直接在旧路面上进行混合料的切削 回收 拌和 摊铺 并直 接碾压成型 不仅节省了大量的材料费用 更能简化施工程序 提高作业效率 经济效益极 第二章沥青路面i 辱生技术的对比分析 好 具有强大的市场竞争力 2 适用范围上 厂拌冷再生设备生产的成品料可以长期存放 对于小的工程应用起来非常方便 而 就地冷再生更适用于场地较大 维修工程量大的项目当中 因为就有环保 可移动性好 生产能力大以及应用范围广等优点 3 再生机械配置上 对就地冷再生来说 再生机械设备是一组再生列车 主要由沥青路面铣刨装置 沥 青喷洒装置 螺旋分料装置 熨平装置及行走系统和控制系统等组成 而厂拌冷再生设备主要是由功能单一的多台机器组成 有路面铣刨机 再生拌合机 分间歇强制式和连续滚筒式 运料车 沥青混和料摊铺机和各类压路机等 3 就地冷再生相对于厂拌冷再生方案的优越性 施工过程一次完成 节约工期 开放交通快 用于再生材料 即回收沥青摊铺材料 的运输 还有成品料的运输 这样可以减少可观 的运输费用 拌和厂的安装和拆迁及所必需的堆放 保存场地也节约下来 2 3 3 就地冷再生与厂拌热再生方案的比较 1 两种方案相同之处 1 施工工艺上 都是要加入新集料 填充物 都是按比例加入一定量的新沥青和添加剂 2 方案设计上 两种方案都要对原路况进行充分的调查 需选择再生剂的种类 数量 并对混合料 进行配比设计 3 存在的优势上 原材料的利用上 两者都是基本上完全利用旧料 2 两种方案的不同之处 1 运输原材料上 厂拌热再生需将铣刨的废旧材料运输到工厂进行加工 而就地冷再生不需运输这项 费用 2 对骨料的加热上 厂拌热再生需对骨料加热 而就地冷再生不需加热 常温施工即可 不仅节约了能 源 还减少了对环境的污染 1 2 长安大学硕七学位论文 3 再生机械的配置上 厂拌热再生地施工机械为多台功能单一的再生设备如铣刨机 破碎筛分机 再生拌 和机 运输设备 厂拌设备 路面摊铺机及压路机等共同配合 完成全部再生作业 而 就地冷再生设备是一组机组 一次完成材料的铣刨 破碎 拌和 摊铺及压实成型 3 就地冷再生相对于厂拌热再生方案的优越性 就地冷再生过程不需要加热 所以不需配置加热系统 还节省了能源 现场再生一 次完成 不需要运输原材料 简化了施工工序 从而节约了工期 本章小结 本章通过对就地冷再生技术与就地热再生技术 厂拌热再生技术 厂拌冷再生技术 进行方案比较 证明了就地冷再生技术的优势强大 其不仅不需要加热 环保 节约投 资 对交通干扰小 还能改善路面级配 降低孔隙率 延缓路面老化 更适合我国国情 发展前景很好 1 3 第三章就地冷珥生施工工艺及方案设计 第三章就地冷再生施工工艺及方案设计 3 1 就地冷再生技术特点 3 1 1 就地冷再生技术的定义 所谓道路的就地冷再生 c o l di n p l a c e r e c y c l i n g 就是充分利用现有旧铺层材料 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 水泥 石灰 粉煤灰 泡沫沥青 乳化沥青等 和水 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 重新形成具有所需承载能力结构层的一种工艺方法 l o 其流程图见图3 1 图3 1 就地冷再生工艺图 就地冷再生主要有三种类型 1 1 1 1 浅层现场冷再生一针对就路面层 冷再生厚度在8 0 1 5 0 m m 之间 形成沥青面 层 底面层 2 无铺面公路的升级一针对旧路基层 以泡沫沥青或乳化沥青为添加剂时 冷再 生层厚度在1 0 0 1 5 0 m m 之间 以水泥 石灰或粉煤灰为添加剂 冷再生层厚度多为 2 0 0 r a m 3 深层现场冷再生一针对旧路基层和面层 冷再生层厚度在1 5 0 m m 以上 形成基 层或低基层 其中 第一种又被称为路面面层冷再生技术 后两种被称为深层复拌冷再生技术 1 4 妊女大学顶 学位皓女 其工作示意图如3 2 所示 再生层 基层 图3 2 深层复拌冷再生技术原理 312 就地冷再生技术适用条件 就地冷再生技术总的来说可分为路面面层和深层复拌两大类 对于路面面层就地冷 再生技术 其适j i 条件足 路面结构强度符合承载要求和道路排水设施完好 如果道路 结构层变形或受到破坏 冷再生日口就应首先对路面结构层进行补强处理 路面面层就地 冷再生维修适用的路面厚度约为6 1 3 m m 下面三种情况都适 e l 1 由于路面老化 高温损害 疲劳和反射裂纹而造成的路面裂纹 2 由于混合料的不稳定性 挤压和粗糙的材料使路面形成车辙而造成的路面变形 3 由于断裂 沥青泛油以及层面之间的粘接力降低而造成的路而完整性破损 深层复拌就地冷再生技术的适用条件是道路稳定层的再生改造工程 与面层就地冷 再生相比 就地复拌冷再生技术的主要特点是能够适应道路深层的再生改造要求 对路 面基层进行再生处理时 拌和深度范围一般为i o 2 0 e m 处理土基稳定层时 拌和深度 可逃4 0 e r a 根据经验 只要混合料中5 m m 以上的粒料占3 0 以上 该旧路就有利用其作为再 生基层的可能 因为有足够的大骨料就能够形成再生基层的骨架结构 使再生基层具备 一定的承载能力 在现场方而 沥青混凝土路面的就地冷再生需使用大型的专用机械 进行连续机械 化施工 施工时候机组陈达5 0 1 0 0 m 所以旃工现场应满足以下条件 l 要具有发挥就地冷再生特k 的足够的工程规模 不适合用于小型维修工程 以 及难以确保连续机械化施工的工程 2 要确保现场的施工条件 一组施丁机械通过时间约需6 0 9 0 m i n 还要加上养 生时间 需要中断施工地点一个车道的交通 3 要对实行就地冷再生路段进行旧路检测 看该路段是否莉合沥青路面就地冷再 1 5 第三章就地冷再生施工工艺及方案设计 生的技术条件 检测的主要内容包括 沥青路面变形类 车辙 拥包 沉陷 病害调查 路面抗滑性能调查 强度调查 4 现场冷再生层作为路面基层时 路面标高一般比旧路提高8 1 0 c m 作为路面 底基层时 路面标高一般比旧路提高2 3 2 8 c m 1 2 就地冷再生技术不仅适用于高等级公路的维修与改造 也适用于一般道路及乡间公 路的维修与改造 主要是用于结构层的翻修 其再生工艺选择见表3 1 l3 1 应用广泛 表3 1 沥青混凝土路面再生工艺选择 基层情况面层厚度 n u n再生工艺 损坏 厂拌再生 6 0就地再生 3 1 3 就地冷再生技术的优点 沥青路面就地冷再生技术之所以能够广泛应用 主要取决于以下优点 1 环保 沥青混凝土路面就地冷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 采用就地冷再生技术 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 就地冷再生技术可以带来非常显著的社会效益 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冷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 根据国外经验和京津塘高速公路2 0 0 2 年的中修的经验 其费用仅占传统维修方式的 7 0 8 0 左右 因此 就地冷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 3 交通干扰小 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 1 6 长安大学硕上学位论文 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 4 路基损坏大大减少 典型的冷再生施工 均为一次性作业 高附着力的轮胎仅在路基上通行一次 而且 再生机可靠的深度控制能够有效避免对再生层以下结构层的扰动和破坏 所以路基的损 坏会大大减少 5 保证再生层的质量 再生料 水和水泥稳定剂连续 充分的搅拌确保了再生曾材料的生产质量 冷再生 剂微机控制的精确的输送和计量装置为获得优质再生材料提供了保障 6 连续拌和 保证了旧路材料与新骨料和稳定材料的充分拌和 水和其它液态稳定材料通过微机 控制经一系列喷嘴在整个转子宽度范围内均匀的撒布 7 降低了对天气条件的依赖程度 就地冷再生技术具有再不确定的天气条件下保证连续施工的优点 只要不降雨或者 降雪 不管多寒冷的天气 都可以进行施工 8 结构的完整性 冷再生施工产生的较厚铺层内 不存在传统施工方法中有时出现的较薄铺层间的薄 弱界面 9 施工周期短 由于不存在旧料的运输问题 不需要其他机械对旧料的耙松和破碎 不需要大块材 料的去处和专门破碎 更重要的是施工过程的一次性作业特点大大简化了施工工序 从 而缩短了施工时间 1 0 不需要加热 常温条件下就能实现 节约了大量的能源 还减少了环境污染 1 1 适用范围广 1 4 适用于所有需要提高等级的旧路改造工程 高等级公路及部分城市道路的维修改 造 3 2 就地冷再生技术施工工艺 由于冷再生工艺属于新工艺 就地冷再生机组有多种类型 目前还没有相关的施工 1 7 第 帝就地a 生施t t 艺发方寨挫计 规范对其进行管理与控制 但其基本流程总的来说包括了四项主要工序 堤准各旧路 面的再生材料包括破碎和翻松旧路 二是加入添加荆和水并加以拌和 三是成型和压实 最后是在再生的路面上加铺磨耗层 i 其施工工序图如图3 3 新的路面压实再生材料 缝 旧的路面 图3 3 就地冷在生捕工工序 32 1 施工前的准备工作 进行就地冷i i f 生施工 首先是沥青