瀝青路面就地冷再生技術(shù)應(yīng)用概述與市場分析
2016-05-23
瀝青路面的再生施工技術(shù)按溫度可分為熱法施工和冷法施工。冷法施工按施工工藝又可分為就地冷再生法和廠拌冷再生法。就地冷再生法是指充分利用現(xiàn)有瀝青道路舊鋪層材料（面層與基層）必要時加入部分新骨料，并按比例加入一定量的添加劑（水泥、水泥稀漿、泡沫瀝青、乳化瀝青、石灰、粉煤灰等）在自然環(huán)境溫度下就地連續(xù)地完成材料的銑刨、破碎、拌和、攤鋪及壓實成型，從而修筑出具有所需性能質(zhì)量的新基層的作業(yè)過程。
1就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用背景和意義
就地冷再生是國外80年代后期發(fā)展起來的一種新技術(shù)，目前已成為國際上道路維修改造的主要方法之一。國外對瀝青路面再生利用研究，最早從1915年在美國開始的，但由于以后大規(guī)模的公路建設(shè)而忽視了對該技術(shù)的研究。1973年石油危機爆發(fā)后美國對這項技術(shù)才引起重視，并在全國范圍內(nèi)進行廣泛研究，到八十年代末美國再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半，并且在再生劑開發(fā)、再生混合料的設(shè)計、施工設(shè)備等方面的研究也日趨深入。西歐國家也十分重視這項技術(shù)，聯(lián)邦德國是最早將再生料應(yīng)用于高速公路路面養(yǎng)護的國家。法國現(xiàn)在也已開始在高速公路和一些重交通道路的路面修復(fù)工程中推廣應(yīng)用這項技術(shù)。此技術(shù)已得到了較為普遍的應(yīng)用，并常常作為路面維修的首選方案，隨著我國98年引進第一臺就地冷再生機后，近幾年來，就地冷再生技術(shù)在我國受到了業(yè)內(nèi)人士普遍的關(guān)注與認(rèn)同，推廣普及速度很快，例如遼寧、吉林及河北等地區(qū)已經(jīng)應(yīng)用相當(dāng)普遍，并且取得了良好的效果。
目前我國的公路建設(shè)飛速發(fā)展，每年投資規(guī)模已經(jīng)超過2000億元。在90年代以后陸續(xù)建成的高速公路已進入大、中修期，大量翻挖、銑刨的瀝青混合料被廢棄，一方面造成環(huán)境污染，另一方面對于我國這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為匱乏國家來說是一種資源的浪費，而且大量的使用新石料，開采石礦會導(dǎo)致森林植被減少，水土流失等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。按照瀝青的設(shè)計壽命（15～20年），從現(xiàn)在起，每年有12%的瀝青路面需要翻修，舊瀝青廢棄量將達(dá)到每年220萬噸之巨，如能加以利用，每年可節(jié)省材料費3.5億人民幣，而這個數(shù)字是以每年15%的速度增長的。10年以后，瀝青路面的大、中修產(chǎn)生的舊瀝青混合料將達(dá)到1000萬噸，屆時通過再生利用每年可節(jié)約材料費15億元。否則這些為數(shù)巨大的瀝青混凝土層翻挖后只能白白的廢棄掉，不僅浪費了資源，也會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，瀝青再生技術(shù)的研究、推廣和相關(guān)專用設(shè)備的開發(fā)，對降低建設(shè)成本、保護生態(tài)環(huán)境以及對我們國家的公路建設(shè)都有極大的意義。
2就地冷再生施工技術(shù)特點
道路就地冷再生屬于道路維修、改造的范疇，不僅適用于高等級公路的維修與改造，也適用于一般道路及鄉(xiāng)間公路的維修與改造。它主要解決瀝青路面上基層破損的問題。具體講，過去主要是用于等級低的道路或鋪筑基層使用，國外多用于鄉(xiāng)村道路的翻修,近幾年已開始應(yīng)用于重交通道路上。
該設(shè)備主要由瀝青路面銑刨裝置、乳化瀝青噴灑裝置、螺旋分料裝置、熨平裝置及行走系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。其工作過程為：隨著設(shè)備的行走，銑刨裝置將舊路面銑削并破碎，噴灑裝置按照配比的要求噴入乳化瀝青，同時，銑刨裝置將各種材料攪拌均勻,經(jīng)過分料螺旋在攤鋪寬度范圍內(nèi)均勻分料,再經(jīng)過熨平裝置熨平,最后用壓路機壓實路面成型。對于低等級公路特別是鄉(xiāng)村公路，這種路面就是最終路面；對于高等級公路，這種路面可作為高等級公路的基層。
就地冷再生技術(shù)的主要施工機具為集破碎與拌和為一體的冷再生機，冷再生機的核心是裝有大量專用刀頭的銑刨和拌和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子向上旋轉(zhuǎn)銑刨原路面材料，冷再生機向前行進時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，同時水通過軟管從再生機連接的水車中運送過來，并在再生機的拌和倉中噴灑。水的輸送量通過微處理器控制的泵送系統(tǒng)精確控制。銑刨轉(zhuǎn)子將水與銑刨料充分拌和，并達(dá)到需要的最佳含水量，從而達(dá)到混合料的最大壓實度。為了提高再生材料的強度往往需要加入穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑主要有水泥、水泥稀漿、乳化瀝青、泡沫瀝青、石灰、粉煤灰等。液體穩(wěn)定劑，例如熱瀝青（WR2500S冷再機自帶泡沫瀝青發(fā)泡裝置，可將熱瀝青加熱到160～180℃與少量水混合發(fā)泡）可通過專門設(shè)計的噴灑嘴將泡沫瀝青噴灑到拌和腔, 在拌和罩內(nèi)與被切削下來的材料進行充分均勻地混合；粉狀穩(wěn)定劑，如水泥，需按設(shè)計添加量事先撒布在再生機前的路面上，再生機將粉狀穩(wěn)定劑與再生料和水一次性拌和。 如遇再生層原級配不良的情況，可在再生前將所缺少的部分集料撒布在路面上，通過與舊料拌和來改善原路面材料的級配。就地冷再生施工技術(shù)具有諸多優(yōu)點，概括起來可歸納為以下5點：
?。?）成本低道路就地冷再生由于全部利用了舊的鋪層材料，從而減少了道路維修或改造時舊鋪層材料的挖起運輸、廢置和新材料的購置，節(jié)約能源，從而導(dǎo)致成本大幅度下降。據(jù)國外施工資料介紹，與在舊鋪層上加鋪新料的維修方法相比，淺層就地再生約可降低成本20%，深層就地冷再生約可降低成本46%；
（2）效率高道路就地冷再生機械施工一次性可以完成銑刨、破碎、添加、拌和及攤鋪，從而簡化了施工程序，縮短施工工期。使用就地冷再生機械，每天施工可完成5000～8000m2的工作量。創(chuàng)造了道路改造快速施工的一里程碑；
（3）質(zhì)量好就地冷再生可以根據(jù)不同道路舊鋪層材料的實際情況進行設(shè)計，選擇不同的添加劑，配比準(zhǔn)確，可以保證再生材料的優(yōu)秀品質(zhì)和施工質(zhì)量，形成施工成型厚而均勻的粘結(jié)層，從而保證了維修后道路的使用期限，使再生后的瀝青路面與新鋪瀝青路面性能基本相當(dāng)。同時由于對舊材料進行重復(fù)利用，施工過程中路面的幾何線形及厚度能得到很好地保持；
（4）污染少使用傳統(tǒng)的道路維修方法，瀝青路面廢棄量十分巨大，對環(huán)境造成污染大量新材料的開采，也會造成資源減少和環(huán)境的破壞。采用冷再生技術(shù)則可完全避免上述問題。由于舊料得以充分再生利用，從而大大減少了新筑路材料的開采量；也不存在舊料的運輸與存放問題，是一項綠色環(huán)保技術(shù)。它不僅可以節(jié)約大量投資，更有利于環(huán)境保護，因此被人們稱之為“綠色”施工技術(shù)；
?。?）干擾低冷再生施工的特點是大型機械，密集施工，將因施工而造成的交通干擾降到了最低。該機械具有封閉式自動控制添加系統(tǒng)，可以防止粉塵飛揚，有利于文明施工。 不像新建道路施工項目那樣，許多施工可在整個工地同時進行，冷再生施工只是集中在一定特定的區(qū)域。整個冷再生機械組合可以處于同一條車道內(nèi)，不影響另一條車道車輛通行，可進行開放式施工，特別適用于交通量較大或路寬較窄情況下的道路的施工。
就地冷再生技術(shù)的優(yōu)越性，必將會得到越來越廣泛的應(yīng)用，其社會效益、經(jīng)濟效益會越來越大。它的發(fā)展空間也會非常巨大。這種客觀實際的存在是使得就地冷再生技術(shù)受到認(rèn)同并且得到快速發(fā)展的原始動力。
3就地冷再生技術(shù)施工工藝
就地冷再生技術(shù)施工主要有兩種方式。一種是利用專用再生機械在就地銑刨、破碎、加入新料（包括乳化瀝青或其它再生劑、穩(wěn)定劑，必要時還要加入集料）、拌和、攤鋪和預(yù)壓，再由壓路機進一步壓實。這種再生路面主要用于低等級公路路面和高等級公路路面基層(但將會提高路面高程)，不適用于高級路面的面層，一般用于二級以下的公路。另一種方式是在舊路面上灑布再生劑封層，再生劑能滲入路面5～6mm，恢復(fù)表層被氧化瀝青的活性，并形成抵抗燃油泄漏的封層，可延長路面的使用壽命2～3年。這種再生方式其實屬于預(yù)防性養(yǎng)護范疇，適用范圍窄，并且應(yīng)充分考慮其對路面抗滑性能的影響。
就地冷再生添加的穩(wěn)定劑水泥、水泥稀漿、泡沫瀝青、乳化瀝青等的施工工藝如下：
?。?）再生二灰穩(wěn)定碎石基層或水泥穩(wěn)定碎石基層時可摻加水泥作為穩(wěn)定劑，再生得到的混合料作為路面的基層使用。水泥（應(yīng)選擇具有緩凝性的礦渣硅酸鹽水泥，以便再生混合料在初凝前碾壓密實）可以采用以下三種添加方式:
a.將粉狀水泥撒布在再生機前的被再生路面上，再生機經(jīng)過時可將水泥與被銑刨下來的舊混合料進行拌和。
b.用專用水泥稀漿攪拌輸送車將水泥與水拌和成稀漿狀，水泥稀漿可以直接噴灑到再生機的拌 和罩殼內(nèi)。這樣不僅可以保證水泥用量的精確性，同時也防止了因刮風(fēng)等而損失水泥材料。
c.采用專用水泥撒布車撒布水泥，撒布車作為再生機組的一部分。
不論采用粉狀水泥方式或水泥稀漿方式添加，水泥用量一般控制在2%～4%(重量百分比)之間；
（2）再生瀝青面層混合料可摻加乳化瀝青或泡沫瀝青，再生得到的混合料可作為瀝青碎石基層或瀝青下面層使用。
乳化瀝青可以提高混合料的粘結(jié)力和承載力，有助于使舊路面中老化的瀝青復(fù)原、軟化。使用乳化瀝青的好處是其粘度低，易于用再生設(shè)備中的液體噴灑裝置添加，再生材料與乳化瀝青拌和后，乳化瀝青破乳后瀝青有較高的粘度，因此可以提高舊材料的粘結(jié)性。
泡沫瀝青是通過在熱瀝青中加入少量的水(約為瀝青用量的2%～3%)產(chǎn)生的。使用的瀝青為普通針入度級的瀝青，如AH-70號普通瀝青。當(dāng)水注入熱瀝青時，水會迅速蒸發(fā)，從而引起瀝青在飽和蒸 氣內(nèi)產(chǎn)生爆炸泡沫，體積膨脹至原來的15～20倍。泡沫瀝青的產(chǎn)生如圖2所示。泡沫瀝青大大增加了瀝青的體積和表面活性，在發(fā)泡的過程中，瀝青的粘度顯著降低，從而使瀝青能充分地擴散進骨料中去。
泡沫瀝青由再生機上的泡沫瀝青輸送及噴灑系統(tǒng)產(chǎn)生并直接噴灑進再生機的拌和罩殼內(nèi)。在粒料中，泡沫瀝青的用量一般為3%～5%(重量百分比)。當(dāng)被再生的混合料中本很含有較多瀝青時，其用量可降低為2%～3%。在采用泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑時，加入少量水泥(一般為1%～2%)是有好處的，它可以使再生混合料結(jié)構(gòu)層獲得所需強度的同時，提高表面質(zhì)量，防止裂紋的發(fā)生。泡沫瀝青的優(yōu)點在于其適合幾乎所有的骨料和原道路上再生的筑路材料，與普通瀝青相比，提高了瀝青的裹覆能力，能理想地裹覆冷的和潮濕的骨料。
初步的研究和實踐均表明，采用瀝青就地再生技術(shù)，可以充分利用舊料，通過選擇適當(dāng)?shù)呐浔燃靶屡f料摻和比例，可以再生得到質(zhì)量相當(dāng)不錯的再生混和料。這種再生混合料可以使用于高等級公路的瀝青面層。隨著我國瀝青路面維修養(yǎng)護量的不斷增加，有必要對瀝青路面舊料實用再生技術(shù)進行更深入、更系統(tǒng)的研究，提出適合我國國情的再生瀝青混合料設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范。
4就地冷再生設(shè)備技術(shù)與市場預(yù)測分析
隨著國家對環(huán)境污染，再生能源工作的重視。特別是隨著我國社會主義新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快，國家一方面要新建一些鄉(xiāng)村公路。另外一方面要對原有的縣、鄉(xiāng)公路進行升級改造，瀝青路面維修養(yǎng)護量不斷增加。由于就地冷再生節(jié)省能源，不產(chǎn)生環(huán)境污染，保護生態(tài)等優(yōu)點，隨著二級以下路網(wǎng)的改造，就地冷再生機的市場正在逐年擴大。1999年西筑公司設(shè)計生產(chǎn)出了我國第一臺WBZ450穩(wěn)定/再生拌和機,當(dāng)時冷再生的市場還沒有形成。從2005年以后，特別是泡沫瀝青技術(shù)的發(fā)展，各施工單位開始使用冷再生技術(shù)進行公路的升級改造試驗，冷再生技術(shù)在國內(nèi)逐步推廣使用。國內(nèi)的冷再生施工設(shè)備基本依賴進口，已經(jīng)進口到國內(nèi)的有20多臺。因此就地冷再生機的市場前景看好。預(yù)計國內(nèi)市場年總需求為10～20臺，每年將會有5臺的增加量。最近幾年，國內(nèi)許多機械設(shè)備生產(chǎn)廠家開始研發(fā)就地冷再生設(shè)備。
國外的冷再生設(shè)備發(fā)展較早，但是由于施工材料發(fā)展速度滯后，該設(shè)備的發(fā)展曾受到一定程度的影響，早期的添加再生材料多數(shù)是乳化瀝青。但是最近幾年，泡沫瀝青技術(shù)、水泥沙漿技術(shù)的發(fā)展，冷再生技術(shù)得到了迅速發(fā)展。其共同的特點是節(jié)能、環(huán)保，深受各國公路行業(yè)的關(guān)注并具廣闊發(fā)展前景。生產(chǎn)這種設(shè)備的有美國CMI公司、德國WIRTGE公司和BOMAG公司等。 目前，用于二級以下路面就地再生的代表產(chǎn)品是德國WIRTGEN的輪胎式WR2500冷再生機，BOMAG輪胎式MPH121冷再生機和美國CMI的輪胎式RS-500B的就地再生設(shè)備。 用于高速公路路面再生的代表產(chǎn)品是德國WIRTGEN的履帶式大功率現(xiàn)代化冷再生機(銑刨寬度3.5～4.0m、切深：250～300mm、功率：1000HP以上)和美國ASTEC的履帶式就地再生設(shè)備(配有計算機控制的再生料破碎、篩粉、計量、粘油的比例添加、攪拌、攤鋪等配套裝置)?？梢哉f到目前為止，我國自行設(shè)計制造的大型冷再生設(shè)備還處于研發(fā)生產(chǎn)市場開拓階段. 最近幾年，國內(nèi)除西筑公司外，其它廠家也在研發(fā)生產(chǎn)該產(chǎn)品，有徐州威馬機械有限公司，山東德工機械有限公司等。
目前，國際上著名的維特根WR2500就地冷再生機、寶馬MPH1212型就地冷再生機等是冷再生技術(shù)中廣泛應(yīng)用的設(shè)備。
5就地冷再生技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用情況
就地冷再生設(shè)備現(xiàn)在得到了比較普遍的使用，廊坊市交通公路工程有限公司，太原市市政工程總公司，銅川市公路局，無錫市路中養(yǎng)護工程有限公司等都擁有自己的就地冷再生設(shè)備。1998 年，邯鄲市交通局首次利用冷再生新工藝對一段公路進行了冷再生改造。1999年邯大線29.5km大修工程中廣泛應(yīng)用。2005 年，灤縣102 國道30.88km的灤縣段采用冷再生技術(shù)進行大修工程,采取路面冷再生工藝，將舊路結(jié)構(gòu)層用冷再生機破碎加水泥拌和后，用作新路的道路基層；2003年，由太原市政工程總公司承建的濱河西路翻修工程采用了路面冷再生施工工藝。京滬高速公路代用線（天津南段）做冷再生試驗段；江西2005年，鋪筑了昌九高速公路就地冷再生試驗路；山東在山東煙臺龍口市204 國道龍口段，使用就地冷再生設(shè)備對面層進行重修重鋪試驗，取得了良好的效果。
瀝青路面在服務(wù)幾年后其破壞速度會大大加快，但及時的維修，如重新罩面或再生利用等方法可以保持路面的質(zhì)量并延長道路的使用壽命。根據(jù)世界銀行的調(diào)查，路面質(zhì)量下降40%時需花費1美元進行修復(fù)，若因為修復(fù)不及時而導(dǎo)致路面質(zhì)量喪失了80%，此時修復(fù)就得花費4～5美元。從目前的工程實踐來看，瀝青路面冷再生技術(shù)在道路再生中具有明顯的優(yōu)勢，隨著我國陸續(xù)建成的等級公路進入大、中修期及鄉(xiāng)村公路的升級改造，瀝青路面就地冷再生技術(shù)將得到普遍重視。
6結(jié)束語
綜上所述，由于瀝青路面冷再生節(jié)約了大量的建設(shè)和養(yǎng)護資金，減少了資源的浪費和環(huán)境的破壞，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，目前路面冷再生技術(shù)在我國還處于試驗推廣階段，在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天，進一步加強研究路面就地冷再生技術(shù)，對我國公路的建設(shè)發(fā)展都具有特別重要的意義。
隨著人們對環(huán)保、社會效益的關(guān)注及技術(shù)的進步，瀝青路面再生利用技術(shù)越來越受到人們的重視。就地冷再生作為一種新興的施工技術(shù)，與傳統(tǒng)筑路方法相比，“就地冷再生技術(shù)”可縮短工期、提高作業(yè)效率，完全利用廢舊材料，大大節(jié)省施工成本，對交通的干擾最小等優(yōu)勢，在我國公路事業(yè)飛速發(fā)展的今天，將會以其獨特的施工工藝、特點、牢固立足于公路施工工藝的競爭行列之中。
中交西安筑路機械有限公司研究所 梁新
