路面现场冷再生法在河口采油厂的应用.doc

路面现场冷再生法在河口采油厂的应用徐志勇中石化胜利油田分公司河口采油厂基建办公室摘要：根据国内外沥青再生技术的发展应用情况，对旧沥青路面再生施工的几种常用方法及现场冷再生技术在河口采油厂的应用和施工工艺加以简要介绍。关键词：沥青路面；再生；施工工艺河口采油厂共有油区道路628余公里，并且逐年递增，在胜利油田的二级单位中里程是最长的，跨越的地域也是最广的。2007年以前管理局每年给河口采油厂划拨519万元专项资金用于油区道路的维修，07年以后专项资金纳入采油厂的成本，而维修成本仅有2300多万，主要用于管线维修，实际用于道路维修的成本仅占到了10%，单纯依靠采油厂成本解决，杯水车薪。目前河口采油厂很多主干公路已经超过设计使用年限，公路处于超负荷运行。这些主干公路如果得不到及时地维护，届时所付出的投资将会更大，面对这种现实，如何利用有限的成本来解决更多亟待维修的油区道路，成为了我们新的课题。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的混合料，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，它对降低建设成本、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1。1 国内外沥青路面冷再生技术及发展趋势欧美国家上个世纪70年代以来就对沥青路面再生进行了的大量研究，包括再生沥青混合料的拌制工艺、施工设备等，相应编制了多种沥青路面再生技术手册，使沥青路面再生过程成为一套完整的再生实用技术。我国于上世纪80年代曾经组织过对沥青路面再生的研究，后来由于高速公路的建设热潮，将再生技术暂时搁置，进入21世纪，该技术重又引起关注。目前，沥青路面再生技术在我国还处于初期研究阶段，再生设计和施工还处于初期研究阶段，再生设计及施工的操作无章可循，多数实体工程主要借鉴国外经验。1.1美国对再生技术的研究 国外对沥青路面再生利用研究，最早是美国从1915年开始的，后来由于大规模的公路建设而忽视了对该技术的进一步研究2。1973年爆发石油危机后，重新重视沥青路面再生利用技术。20世纪八十年代末90年代初进入工业试验阶段，到90年代末再生沥青混合料的用量几乎占全部路用沥青混合料的50%，并且在再生剂开发、再生混合料设计、施工设备的研究等方面日趋成熟。现在在美国每年再生利用的沥青混合料约为3亿吨，可直接节约材料费1520亿美元，材料的重复利用率高达80%。1981年美国交通运输委员会出版了路面废料再生指南，沥青协会出版了沥青路面热拌再生技术手册；1983年沥青协会又出版了沥青路面冷拌再生技术手册；1998年联邦公路局出版了州和地方政府用路面再生指南；2001年沥青再生协会出版了沥青路面再生基础手册；至今，美国仍在继续进行研究，如全厚式沥青路面的再生利用等。1.2日本、欧洲及前苏联对再生技术的研究1974年日本开始对沥青路面再生技术进行研究，1984年日本道路协会出版了路面再生利用技术指南，2000年全国再生的沥青混合料生产量超过全部沥青混合料的30%，达到约4700万吨。欧洲国家也十分重视路面再生技术，70年代中期，德国将路面废料全部加以利用。荷兰所有城镇都组织路面废料的收集与储存，并应用于各类道路的路面工程。过去再生材料主要用于低等级公路的路面和基层，近几年已开始应用于重要交通道路上。法国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逐步推广应用这项技术。上世纪60年代苏联开始沥青路面再生技术的研究；1966年苏联出版了沥青混合料废料再生利用技术一书；1979年出版了旧沥青混凝土再生混合料技术准则，用于指导推广利用。1984年苏联出版再生路用沥青混凝土一书，该书详细介绍了再生技术，表明苏联在该领域也取得很大进展。1.3中国对再生技术的研究20世纪50到70年代，我国曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路，但均作为废物利用考虑，所得的成品一般只用于轻交通道路、人行道或高等级公路的垫层。1983年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目，主攻方向是把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料。之后，由于全国各地忙于高速公路建设而未能使再生技术进一步推广利用。近年来在京津唐、京石、沪宁、成渝高速公路上采用热再生技术，河北、湖北、陕西、辽宁等省市逐渐开展冷再生技术的研究和应用。1.4再生技术的发展趋势随着各国对环境保护的重视，以及人们对沥青再生技术优点的认可，沥青路面再生技术越来越受到人们的重视。现主要着重于以下几方面的研究3：1）再生设备、施工工艺及质量控制；2）再生沥青混合料的力学特性及使用性能；3）再生沥青混合料的配合比设计方法；4）再生剂、稳定剂的开发；5）再生剂、稳定剂与旧沥青的作用机理；6）再生沥青的特性。 2 旧沥青路面的再生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。2.1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，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，但同时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。2.2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。2.3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。3 现场冷再生法在河口采油厂的应用受资金和技术的限制，河口采油厂的油区公路目前主要是利用冷再生工艺，沥青路面就地冷再生是新兴的一种冷再生技术，它充分利用旧路现有资源，并加入部分新的混合骨料（视旧路破碎后的级配情况而定）及一定量的稳定剂（水泥）、水，在自然环境和常温下，通过对旧沥青路面材料的铣刨、破碎并与加入的新骨料、稳定剂及水充分拌合后就地碾压成型，经养生形成满足路用强度等指标要求的新型路面基层4。中通公司是通海集团的改制企业，2000年从德国引进维特根（WINTGEN WR2500型）冷再生机，使冷再生这一新技术在河口采油厂的应用成为现实。近几年先后成功的应用在：海防路、渤50#站进站路、501队1#、2#站道路、206队5#站工农共建路等路面大修工程中。下面就2008年501队1#、2#站1150米旧路维修中应用冷再生技术的情况做一下简介。3.1旧路状况3.1.1路面结构 罗八路501队1#、2#站路段全长1150米，宽7米，其中冷再生段分3段共计865米，其余为挖补罩面。1993年8月1日罗八路竣工时，路面结构为：2cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+15cm10%石灰土+15cm12%石灰土+15cm12%石灰土。 3.1.2交通量及路况调查由于501队油区路主要担负油区送班车的上下班任务、作业及钻井车辆的通行以及当地老百姓日常农作的通行任务，昼夜交通量300辆。2002年辛河路大修时，又担负着东营至河口的交通任务，昼夜交通量增至3000辆并且超载现象突出。道路不同程度地出现网裂、龟裂等病害，局部路段出现了大坑，雨季来临时，积水严重，送班司机都不敢通行。3.2再生方案 1大修路段做15cm旧路就地冷再生随后罩面3 cm细粒式沥青混凝土；其余路段挖补后进行3 cm细粒式沥青混凝土罩面。旧路沥青混凝土水泥稳定冷再生水泥含量由试验确定为5%，7天无侧限抗压强度控制指标定为大于1.5Mpa。2对旧路铣刨材料级配组成（表-1）分析，材料中粗骨料偏低。出现这种情况的原因是：沥青混凝土面层材料含量为100%，而沥青混凝土中粗骨料本身偏少。筛孔尺寸(mm)沥青砼通过量(%)水泥稳定碎石级配范围37.5100.0010026.5100.0090-10019.096.7072-899.586.9047-675.7559.1029-492.3634.417-350.612.48-220.0750.700-7表一 旧路铣刨材料级配组成分析表3.3工艺流程1施工工艺流程预先撒布水泥及需要添加的骨料旧路面铣刨拌合,并在拌合过程中加水稳压整平碾压养护2撒布水泥 据所确定的水泥用量及路面再生厚度，撒布石灰方格，以保证水泥用量的准确性。在施工中水泥用量考虑到施工现场的各项损耗，在确定水泥用量时按组成设计加0.5%控制。撒布水泥应薄厚均匀，且撒布长度一般保持再生机前60米左右。3铣刨拌合铣刨拌合机械为再生机，该机械拌合幅宽为4米，拌合压实厚度15cm旧路面该机行进速度为5m/min，控制破碎沥青混凝土最大粒径不大于30mm。由于碾压工作必须在水泥的初凝之前完成，单幅拌合长度宜控制在200m以内。拌合两幅后进行稳压，采用振动压路机关闭振动稳压一遍后，平地机整平、碾压。拌合时由再生机机载电脑控制加水量。 4碾压及养护振动压路机小振幅、高频率碾压2遍，18/21t平碾碾压3-4遍，达到要求压实度。养护工作由专用洒水车来完成，洒水量及频率以保证其表面湿润为准，禁止使用自流式洒水车。养护期7天，养护期间限制车辆通行，养护期满后可适当开放交通，使冷再生结构表面由于行车的作用而露出大粒径的骨料，增强与沥青混凝土面层的联结。3.4质量检验 1水泥的质量符合要求。重点检测其初凝时间、终凝时间及强度。 2水泥用量准确，撒布均匀，混合料拌合均匀。 3拌合深度达到设计厚度。 4碾压达到要求的压实度，强度符合要求。3.5强度形成机理探讨从宏观上看，水泥稳定旧沥青混凝土是由粉碎的旧沥青混凝土粒料、水泥和旧石灰土粉末组成的复合材料，其中，旧石灰土粉末可以看作集料的一个组成部分。从微观上看水泥水化后形成的水泥石是各种水化物、未水化颗粒、水、气等多相复合体，水泥石与集料间存在一定厚度的过渡层，这个过渡层的薄厚影响着复合材料的强度，过渡层厚，两者间的结合强度就低。 由于集料表面被沥青油膜包裹，减少了水分向集料表面的迁移，使集料与水泥石之间的界面过渡层减薄，因而减少了Ca(OH)2晶体的取向生长，同时由于水泥石中各种晶体的不断成型，使Ca(OH)2、钙钒石及水化硅酸钙（C-S-H）等结晶体不断嵌入集料表面的油膜，甚至穿透油膜在集料表面结晶，而使该种复合材料产生晶体嵌入连结强度。 在形成水泥旧沥青混凝土复合材料的强度机理上，旧沥青混凝土、旧石灰土等集料对周围介质及集料之间产生吸附、化合、机械咬合、粘结、稠化、强化、晶结等作用。晶体取向及晶体连结等一切物理、化学效应形成了该复合材料的强度。3.6工程造价与效益分析冷再生技术可以充分利用旧路资源，只是对旧路路面面层及少许路面基层进行再生利用，而形成一层稳定的路面基层。而传统的推除重建，是对原路的完全否定，既要挖除旧路重做结构层，又要把旧路废料运走堆放。二者相比，前者直接和简洁，经济效益显著。旧路挖除重建造价： 1旧路结构挖除，废料运走堆放：15.4元/m2 2旧路路基整平碾压： 0.17元/m2 315cm10%石灰土基层： 16.7元/m2 430cm12%石灰土底基层： 36.2元/m2 合计：68.47元/m2。 冷再生路面基层造价：21.6元/m2。 两种方案相比，再生层为水泥稳定结构层，可用于高等级路面。利用路面再生降低造价46.87元/m2。3.7冷再生优点 降低成本：与传统的施工工艺相比，可大大降低成本的40-50%，经济效益显著。 再生层的质量：旧路原有材料与水和稳定剂的连续、高质量的拌和确保了再生层的质量，液态稳定剂的添加因采用微机控制的输送系统而非常准确。 结构的完整性：冷再生施工产生较厚的均匀路面，不存在传统施工方法中有时出现的较薄路面间的薄弱界面。 不损坏路基：与传统施工机械修复道路相比，冷再生施工很少损坏路基。典型的冷再生施工，均为一次性作业，再生机的高附着力的轮胎（轮胎式再生机）在暴露的路基上只通过一次。而采用传统机械施工时，路基将承受频繁的高应力荷载，往往导致“局部隆起”的现象。 施工周期较短：现代再生机械具有很高的生产率，与其它施工相比，大大缩短了工期，降低了交通中断时间。绿色环保：冷再生技术提高了旧路等级，减少了路面大修或维修改造的频率，从而减少对空气、环境的污染。传统施工方法是将旧路部分挖除重建，需将废料运走堆放，而冷再生技术是在原有的旧铺层材料上进行铣