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3800CR泡沫瀝青就地冷再生技術改進研究與應用
2019年07月17日    閱讀量:44363    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿


摘要

在新泗路大修工程中,北京市進行了泡沫瀝青就地冷再生技術的首次試用,這也是維特根冷再生 3800CR(下切)機組工藝在我國的首次試用。介紹泡沫瀝青就地冷再生技術原理,及基于國外技術的本土化改進和關鍵控制技術。 


[關鍵詞]道路工程;泡沫瀝青;就地冷再生;施工技術 


3800CR泡沫瀝青就地冷再生技術改進研究與應用 瀝青網,sinoasphalt.com


0 引言


泡沫瀝青就地冷再生技術以其節省資源、減少污染和降低成本等優勢成為近幾年世界各國積極采用的路面再生技術發展方向之一[1],就地泡沫瀝青冷再生將廢舊路面材料再生循環應用于道路基礎設施建設和養護,變廢為寶,形成一個符合循環經濟模式的產業鏈,可以避免廢棄材料堆放對土地的占用和對環境的污染,可以減少對石料、瀝青、水泥的需求,并降低筑養路成本瀝青網sinoasphalt.com。在這樣的形勢下,大力發展符合循環經濟模式的瀝青路面再生技術,在瀝青路面生產、建設過程中節約資源,提高資源利用效率,減少損失浪費,以盡可能少的資源消耗創造盡可能大的經濟社會效益,實現科學發展,十分必要和緊迫[2]。


此外我國 90% 瀝青路面采用半剛性基層及底基層,這為高等級瀝青路面帶來嚴重的早期損害,泡沫瀝青冷再生技術在利用原破損路面材料的同時,還再生為半柔性基層,泡沫瀝青混合料增加粒料的剪切強度,降低水敏感性[3],而且具有柔性性質和良好的抗疲勞特性,有效消除反射裂縫,能夠比較直接地改善道路缺陷問題。


北京市因繁重的交通導致部分道路目前已不堪重負,亟待維修,房山區新泗路便是其中一條。2017 年,北京市積極貫徹“節能減排,綠色公路”的環保理念,首次引進了德國維特根冷再生 3800CR(下切)機組施工工藝,并在新泗路大修工程中進行了北京市泡沫瀝青就地冷再生技術的首次試用,基于此開展了本工程泡沫瀝青冷再生關鍵技術的研究與探索。


1 工程概況 


新泗路位于北京市房山區周口店鎮。道路東起新街,北至泗馬溝,全長 14. 14km。路線編號 X202,技術等級二、三級公路,行政等級為縣級公路。本次大修范圍為房易路(K0 + 000)—婁子水橋(K2 + 020) 路段。其中泡沫瀝青就地冷再生施工路段長度 820m,施工面積 12 000m2,這也是泡沫瀝青就地冷再生技術在北京的首次應用。 


工程原道路結構自上而下為 4cm 廠拌熱再生 AC- 16C 面層、6cm 廠拌熱再生 AC - 20C 底面層、18cm石灰粉煤灰穩定碎石基層 ,新建路面結構設計自上而下為 4cm 廠拌熱再生 ZAC - 13C 面層、6cm 廠拌熱再生 ZAC - 20C 中面層、12cm 泡沫瀝青就地冷再生基層(見圖 1)。 


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圖 1 房山區新泗路結構設計方案


2 泡沫瀝青就地冷再生技術原理


泡沫瀝青又叫膨脹瀝青,是將一定的常溫冷水注入熱瀝青,使其發生膨脹,形成大量的瀝青泡沫,經過很短的時間,瀝青泡沫破裂(見圖 2)。當泡沫瀝青與集料接觸時,瀝青泡沫間化為數以萬計的“小顆粒”,散布于細集料的表面,形成黏有大量瀝青的細料填縫料,經過拌合壓實,這些細料能填充于粗料之間的空隙,并形成類似砂漿的作用,使混合料達到穩定。廢棄的路面銑刨材料在銑刨現場重新再生利用可作為泡沫瀝青冷再生混合料集料,并在壓實力的作用下形成具有一定路用性能的路面結構層。變廢為寶,從而達到保護環境、節約資源的作用;同時利用泡沫瀝青冷再生技術可以將傳統的半剛性路面結構改造成半柔性基層路面結構,從而優化路面組合形式,延長路面使用壽命。


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圖 2 瀝青發泡原理


目前主要采用膨脹率和半衰期兩個指標對瀝青發泡特性進行評價。膨脹率是指瀝青發泡膨脹時達到的最大體積與泡沫完全消失時的體積之比,反映泡沫瀝青的黏度大小。半衰期是指泡沫瀝青從最大體積降到最大體積的一半需要的時間,以 s 計,反映泡沫瀝青的穩定性。為了使發泡瀝青與常溫濕集料拌合充分,膨脹率越大越好,半衰期則越長越好,以便發泡瀝青與集料有較長時間進行拌和,提高發泡瀝青混合料的質量。評價瀝青發泡效果時,膨脹率和半衰期是兩個密不可的指標,最好的發泡效果應使兩個值均比較大,而不能單獨采用一個指標來控制。建議發泡瀝青的膨脹率≥10 倍,半衰期≥8s。 


3 以 3800CR 冷再生機為核心的再生列車工藝改進


3. 1 德國維特根冷再生 3800CR(下切)機組施工工藝


3. 1. 1 原再生列車組成機械配置要求


1)3800CR 就地冷再生機 工作寬度 380cm,最大再生深度 15cm,發動機功率為 708kW,同時具備切削破碎、噴灑、拌合及向后方攤鋪機輸料的功能;施工速度宜為 4 ~ 8m/min(見圖 3)。 


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圖 3 德國維特根 3800CR 就地冷再生機


2)罐車 是再生機的配套設備,用來供水或瀝青粘結劑。罐車容量要與工程規模和道路幾何形狀匹配。在泡沫瀝青就地冷再生施工過程中,要求 2 臺罐車:水罐車給再生機提供水;瀝青罐車給再生機提供制作泡沫瀝青的原材料熱瀝青。


3)水泥撒布車 用于撒布泡沫瀝青冷再生混合料所需的水泥,應具備良好的撒布量控制、精確度控制、撒布寬度控制系統。


4)攤鋪機 用于后出料就地冷再生機 3800CR 的協同作業,攤鋪機應具有較好的攤鋪及熨平功能,本工程采用福格勒 S 2100-3L 型攤鋪機。


5)雙鋼輪壓路機 主要作用是初壓與復壓,并封住表面水分,不讓泡沫瀝青冷再生層水分散失過快。本工程配備 2 臺自重 12t 以上的悍馬振蕩雙鋼輪壓路機,其碾壓速度應控制在 1. 5 ~ 3km/h。應由低向高、由邊緣向中間錯輪碾壓,碾壓遍數為 6 ~ 8 遍,最終壓實遍數應基于壓實度要求決定。 


振蕩壓路機壓實是振動與搓揉相結合的壓實方法。這種揉搓作用能防止表面開裂,并使壓實表面更加光整、致密,提高了表面層防水滲透能力。由于振蕩壓實過程進展平緩而無沖擊,因此不易壓碎骨料、能防止面層振松。 


6)膠輪壓路機 主要對泡沫瀝青冷再生層表面進行揉搓碾壓,盡量讓表面密實,減少水對再生層的不利影響。本工程自備 1 臺自重 30t 的悍馬 GRW 280 - 28膠輪壓路機,其碾壓速度應控制在 3 ~ 5km/h,碾壓遍數應不少于 8 遍。 


3. 1. 2 原 3800CR(下切)機組施工工藝1)封閉交通、施工放樣、原道路準備、材料準備等施工準備工作完成后,3800CR(下切)機組進行機械再生列車排布組合(見圖 4)。


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 4 再生列車機組排列


2)再生列車最前端水泥撒布車在原路面撒布封裝水泥,并向前開進。冷再生機銑刨及拌和轉子同時銑刨原瀝青路面并拌入路面水泥,產生原始集料。


3)水罐車與瀝青罐車將冷水與熱瀝青導入冷再生機內泡沫瀝青生成系統產生泡沫瀝青。冷再生機拌合系統將原始集料與泡沫瀝青導入拌合倉進行拌合生成泡沫瀝青就地冷再生混合料。


4)冷再生機通過輸料皮帶將再生混合料穩定送入后續攤鋪機內進行再生料攤鋪,其后壓路機將再生料碾壓密實完成再生層。


3. 2 原工藝缺陷


1)再生列車序列內無石屑與礦粉等填料的添加設備,從工藝上無法進行本項目目標配合比的就地再生拌合。就原工藝生產施工再生混合料無法滿足項目設計質量要求。


2)再生列車最前端水泥撒布車將粉狀水泥直接撒布路面,機械作業振動以及露天起風容易引起水泥揚塵,對周圍環境造成污染,不符合“節能減排、綠色公路”的環保理念。 


3. 3 再生列車機組施工工藝改進


1)在再生列車機組中增加填料攤鋪機械,為減少機械使用數量,將礦粉和石屑預先拌合共同攤鋪,為防止礦粉揚塵,礦粉和石屑混合料加水濕拌。同時嚴格控制水量,以礦粉剛好能粘連石屑,施工攤鋪不引起揚塵為宜。在再生列車機組運行時,由填料攤鋪機預先在路面上攤鋪礦粉和石屑混合料。而后 3800CR 冷再生機強勁銑刨粒化原瀝青路面的同時將礦粉和石屑送入再生機內進行泡沫瀝青與集料拌合,生成泡沫瀝青就地冷再生混合料。


2)經實驗室與技術攻關人員研究,根據設計目標配合比中水泥用量與泡沫瀝青生成的用水量,預先將水泥制成水泥稀漿,使用部分水泥稀漿代替原泡沫瀝青生成需要添加的冷水,剩余部分水泥漿則接入再生機拌合倉進行混合料含水率以及水泥添加比例控制。去除原再生列車機組中的水泥撒布車與水罐車,添加水泥漿車,避免粉狀水泥露天施工,從而達到環保的目標(見圖 5)。 


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 5 改進后再生列車機組排列


4 工藝改進與關鍵技術


4. 1 原材料控制


1)原路面材料 RAP 應滿足 JTG F41—2008《公路瀝青路面再生技術規范》的相關要求,且最大粒徑不應超過 37. 5mm。


2)瀝青 用于發泡的瀝青應滿足 JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》的相關要求,且瀝青的膨脹率和半衰期最小接受值分別為 10 倍和 8s。


3)新集料 可根據需要添加,但必須結凈、干燥、無風化、無雜質且質量穩定。


4)水泥 采用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥,其初凝時間應在 3h 以上,終凝時間宜在 6h 以上,不應使用快硬水泥、早強水泥以及已受潮變質的水泥。水泥應疏松、干燥、無聚團、結塊、受潮變質,水泥強度等級為 32. 5 或 42. 5。


5)水 應選用潔凈水。 


4. 2 關鍵技術


1)封閉交通 完全封閉交通,禁止一切車輛通行。


2)原道路準備 清除原道路表面的石塊、垃圾、雜草等雜物。清除積水,清除再生路段上存在的井蓋等類似結構物。對原道路進行預整形,對原道路的橫坡(包括超高或路拱)、縱坡線進行調整,使達到設計要求。超過再生層厚度的大的沉降或坡度變化,必須在再生前單獨處理。


3)冷再生機組就位 將維特根 3800CR 冷再生機就位后通過連接桿和專用連接管與水泥漿車、瀝青罐車連接成一列。


4)石屑和礦粉混合料攤鋪 根據原道路再生深度內的平均密度,計算新料的添加量。根據質量或體積,計算每車料的上料距離。新加料裝車時,應控制每車料的數量基本相等。在同一料場供料的路段內,由遠到近將料按上述計算距離將填料卸如攤鋪機。卸料距離應嚴格掌握,避免放料不均。將新加料均勻攤鋪在舊路面上,按每 1 000m2 為一均勻段,檢查新加料質量是否均勻。


5)冷再生機銑刨及拌合 冷再生機推動瀝青車、水泥漿車在原路面上行進。冷再生機行進速度應根據路面損壞狀況和再生深度進行調整,一般為 4 ~ 8m/min,使得銑刨后料的級配波動范圍不大。


6)攤鋪 再生好的混合料由再生機機載輸料帶輸送到緊跟后方的攤鋪機中,攤鋪機料斗要匹配再生機的出料速度。


7)碾壓 根據路寬、壓路機的輪寬和輪距的不同,制訂碾壓方案,應使各部分碾壓到的次數盡量相同,路面兩側應多壓 2 ~ 3 遍。


8)養護 每段碾壓完成并經壓實度檢查合格后,應立即開始養護,養護期間不需要灑水。養護期間的泡沫瀝青穩定再生層上,不可以開放重型交通。在養生過程中應及時檢測路面含水量,當再生基層含水量≤2% 時,可鋪筑上面的結構層,或養護期間再生層可以取出完整的芯樣時,也可鋪筑上面的結構層。


4. 3 施工質量控制要求(見表 1)


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5 結語


采用泡沫瀝青冷再生,不僅可以解決傳統道路維修造價高、浪費資源和污染環境等問題[5],而且將高等級道路的銑刨料用泡沫瀝青冷再生,并用于為數眾多的縣鄉道路,既可以節省大量投資,又可解決舊料的處理問題。在工程通過引進國外先進的泡沫瀝青就地冷再生關鍵技術的改進與應用,實現國外技術的本土化應用,研究并發展出新的工藝,以便于該技術在北京市乃至全國進一步推廣。 


標簽:技術中心再生瀝青
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