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瀝青路面重生記之冷再生

 

瀝青路面性能會隨著使用年限的增加而下降。當瀝青路面性能降到一定程度的時候,我們就需要對其進行翻修以恢復性能。然而廢棄的瀝青混合料不能用于其他工程,直接舍棄在造成資源浪費的同時,還會對環境造成污染。且舊路瀝青混合料雖然在功能上有所下降,但這種性能衰退只是因為瀝青本身老化了,其內部的集料功能依然完善,能不能將翻修鏟除的舊瀝青混合料重新用于修建瀝青路面呢?這篇文章將會給讀者介紹瀝青混合料二次利用的基本方法之一——冷再生。

 

 

什么是瀝青混合料冷再生?

瀝青路面冷再生技術是指將舊瀝青路面材料,經銑刨加工后進行重復利用,并根據再生后結構層的結構特征,適當加入部分新骨料或細集料,按比例加入一定量的外摻劑(如水泥、石灰、粉煤灰、泡沫瀝青或乳化瀝青)和適量的水,在自然環境下連續完成材料的銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪及壓實成型,重新形成結構層的一種工藝方法。

舊瀝青路面材料的冷再生技術在歐美、口本等發達國家己經相當成熟,國外早期冷再生發展情況如下:

 
 

舊瀝青混合料冷再生機理分析

(1)瀝青老化
 

 瀝青混合料在使用過程中,其路用性能會降低,而根本原因在于混合料的膠結料——瀝青材料在使用過程中老化了。

 瀝青老化是指瀝青從煉油廠煉制出來后,在貯存、運輸、施工及使用過程中,由于長時間地暴露在空氣中,在環境因素如受熱、氧氣、陽光和水作用下,會發生一系列的揮發、氧化、聚合,乃至瀝青內部結構發生變化,同時發生性質變化,導致路用性能劣化的過程。

下表為老化瀝青的相關性質與基質瀝青性質比較:

表1 瀝青老化前后相關性質對比


(2)級配離析

瀝青混合料是由一定級配的集料、瀝青、礦粉和外添劑組成。其中,集料級配對瀝青混合料的性能影響很大。瀝青混合料在設計過程中,非常重要的一部分就是集料的級配設計。而舊的瀝青混合料在二次加工過程中,對于級配的控制將會對整個瀝青混合料的路用性能產生重要影響。

 (3)冷再生機理

舊瀝青路面材料要再生就需要加入一定量新的結合料,也就是我們通常所說的穩定劑,使舊的路面材料能夠形成一個整體,作為路面的結構層來使用。穩定劑包含水泥類穩定劑和瀝青類穩定劑。水泥類穩定劑的主要作用是提高材料的強度,以乳化瀝青或者泡沫瀝青為形式的瀝青類穩定劑則性能良好。

目前存在兩種完全不同的瀝青再生工藝:

1)僅對瀝青材料層進行淺層再生。在這個處理過程中,乳化瀝青用于再生現有路面的老化瀝青。本質上,這是一種就地冷拌瀝青再生工藝,而不是一種穩定處理工藝。

2)用瀝青作為穩定劑來再生材料的穩定處理工藝,通常,處理深度超過100mm。

瀝青混合料冷再生效果影響因素

 

研究表明,冷再生混合料所能達到的強度和穩定性受到多種因素的影響,其中主要影響因素包括:集料的物理化學性質,水泥的種類和劑量、混合料含水量、養生條件、齡期和施工工藝等。

1)混合料中土的物理化學性質的影響

包括土的成分和種類的影響和瀝青混合料的組成結構類型的影響;旌狭习凑疹w粒尺寸分布情況的不同,可以分為三種物理狀態:懸浮一密實結構、骨架一空隙結構、密實一骨架結構:


圖4 混合料的三種結構

2)水泥種類和用量的影響

水泥的礦物成分和分散度對水泥穩定土的穩定效果有明顯影響。

 3)瀝青的種類和用量的影響

瀝青種類和用量對混合料的性質影響尤為重要,過少的瀝青用量會使混合料達不到相關的指定標準,過多的用量會使混合料不僅達不到相關標準,還造成浪費,也不經濟,路面改善效果也不是很明顯。

 4)混合料含水量的影響

含水量對摻加水泥的瀝青混合料有很大的影響,當含水量不足時,水泥不能在混合料中完全水化和水解,發揮不了水泥對混合料的穩定作用,影響強度的形成,含水量偏大會有水分流出,水泥的有效成分隨水流走,導致抗壓強度降低;含水量過大還會造成摻加水泥的瀝青混合料的干縮問題。

 5)養生條件和齡期的影響

摻加水泥的瀝青混合料的強度是在一系列復雜的物理、化學反應過程中逐步形成的,而這些反應過程需要一定的外界條件。試驗證明,一定的溫度和一定的濕度對摻加水泥的混合料的強度的形成是有利的。

 6)集料壓碎值的影響

普通的水泥穩定土對集料壓碎值有一定的要求。用水泥和乳化瀝青再生舊瀝青路面材料時,對集料的壓碎值同樣也有一定的要求。

瀝青混合料冷再生的價值

(1)經濟效益

瀝青混凝土舊路現場冷再生基層(底基層、面層)成本費主要為機械費用和添加劑費用,人工費與其他基層的施工基本相同,F場冷再生工藝與其他半剛性基層材料相比,節省了以下費用:舊路面銑刨及外運費用、基層(底基層、面層)的原材料費用、原材料的運輸費用、縮短施工周期的費用等。

下表是冷再生方案的造價比較和工期比較:


(2)社會效益和環境效益

再生瀝青混合料除了具有一定的經濟效益外,還間接的具有良好的社會效益和環境效益,而這些效益是無法用貨幣來衡量的。

因為鋪筑再生路面而充分利用了舊瀝青混合料,解決了瀝青路面翻修所產生大量廢料對環境污染問題,保護了人類生存的環境,符合了我國的可持續發展戰略中廢物資源化的要求;因為節約瀝青和砂石材料,減少了對材料的需求量,又有助于自然資源的保護,緩和瀝青材料供求的緊張狀態;因為節省了投資,降低了工程造價,使某些原來不能及時翻修的舊瀝青路面得以修復,從而改善了道路狀況,提高了公路的運輸能力,減少輪胎的磨損,降低運輸成本,減少可能發生的交通事故,保證行車舒適安全。


 

結語

本文主要介紹了瀝青路面老化機理、瀝青路面冷再生技術的基本原理,影響因素、經濟及環境效益等。通過對瀝青混合料冷再生基本技術的介紹,我能能夠較為全面的了解這項技術的基本特點和應用優勢。

瀝青路面重生記之冷再生

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