APP下载

冷再生技术在半刚性基层路面中的应用

2014-08-10

山西建筑 2014年34期
关键词:结构层刚性泡沫

王 益

(山西长兴路桥工程有限公司,山西 长治 046011)

冷再生技术在半刚性基层路面中的应用

王 益

(山西长兴路桥工程有限公司,山西 长治 046011)

介绍了传统的半刚性基层路面的维修方式,分析了该方式的缺陷与不足,提出了将旧沥青路面再生利用的技术措施,并对沥青路面冷再生技术机理作了论述,分析了该技术在高速公路应用中存在的问题,提出了具体的解决方法,以促进其推广应用。

路面,基层,冷再生,沥青

0 引言

近年来,我国公路交通事业发展迅速,为国民经济的发展提供了切实保障。截止到2012年,2012年年末全国公路总里程达423.75万km,高速公路里程达9.62万km,居世界第一。在我国修筑的公路中,大部分采用的是半刚性基层沥青路面,具有较高的刚度,具备较强的荷载扩散能力,使得路面基层受力性能良好,确保基层的稳定。随着使用年限的增加,同时在阳光、雨水、氧化等自然作用下,沥青面层逐渐老化,出现表面干枯、脆化、开裂、松散等病害,很多基层出现了结构性破坏。

随着我国很多早期修筑的公路进入大、中修期,在路面功能恢复中,既要避免半刚性基层的缺陷,又要节约资源,绿色环保,对半刚性基层路面进行性能恢复是我国公路建设者需要面对的一个重要课题。大量的工程实践表明,对旧沥青路面进行再生利用,铺筑成半柔性基层是一种经济环保的解决方法。在目前的公路维修技术中,就地冷再生是应用最广泛的方法之一。近年来在我国越来越受到关注,具有极大的推广和应用前景。

1 传统的基层维修方式

半刚性基层是我国公路路面的主要方式之一,具有一定的板体性,刚度比较大,承载性能高,扩散应力强,抗拉强度和抗疲劳强度也比较高。但由于半刚性基层的自身缺陷,易开裂、水稳定性差。随着使用年限的增加,容易产生坑槽(见图1)、裂缝、壅包等等早期病害,在荷载作用下进一步出现龟裂(见图2)、车辙、沉陷等结构性病害。半刚性基层沥青路面损坏后愈合能力差,存在着修补困难的缺陷。在工程中,对出现的路面毁损只能挖掉重建,产生一系列的环境问题,这使得半刚性基层路面养护成为一个难题。

在半刚性基层路面维修中,使用的传统方法主要是翻修和补强(或加铺)。

路面翻修,就是先将毁损段的路面结构层挖除,再重新进行修建。采用该法造价高,工期长,施工过程中产生大量铣刨材料,污染环境,造成资源浪费,社会影响大。

路面补强主要是采用加铺罩面的方式,就是在原毁损段路面上铺筑新的结构层。采用该法时,往往在路面结构层中形成软弱夹层,使得路面承载性能没有从根本上得到加强,难以保证路面的承载能力。同时,没有彻底解决原路面存在的病害,使得新筑路面存在着潜在病害发生的危险。再者,由于加铺了路面结构层,这会要求路面附属设施也必须进行改扩建建设。

传统方法是一种粗放的,不可再生的路面维修方式,不仅造成资源浪费,还造成废料堆积,大量翻挖、铣刨的沥青路面旧料废弃造成环境污染,大量开采砂石材料易破坏生态环境。在我国,公路交通建设每年消耗沥青已突破了400万t,集料和沥青都不可再生。因此,在公路建设和养护中,重视集料和沥青的再生使用符合绿色施工的要求。

世界各国积极开展沥青路面再生利用的研究与应用,从节约资源出发,将旧沥青路面再生利用是一项行之有效的措施,所有旧铺层材料全部就地利用,从而大大减少了新材料的用量,不存在废弃旧料的运输和堆放,符合绿色施工的要求。

我国在沥青路面再生利用方面起步较晚。近年来在京津塘、京石、沪宁、成渝高速公路上采用热再生技术,江苏、浙江、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。

2 沥青路面再生的机理

大量的工程实践表明,导致沥青路面发生破坏的原因是多方面的,如结构设计、材料设计、施工等。半刚性基层沥青路面损坏后没有愈合的能力,如何对基层已经结构性破坏的沥青路面进行性能恢复是一个重要课题。

研究表明,沥青老化后,油分减少,沥青质增加,胶质增加。沥青再生过程就是沥青老化的逆过程。理论研究认为:通过对旧沥青的粘度进行调节,使其达到应用所要求的粘度范围之内;通过对旧沥青的流变行为进行调节,可以将其非牛顿特性减弱。当废旧沥青的粘度超过106 Pa·s或者针入度不高于40时,将适量的再生剂加入废旧沥青中,经过充分的分散后与废旧沥青达到相互混溶,可使得废旧沥青的使用性能有效恢复。

再生剂的主要成分是低粘度、低饱和度的矿物油料,其粘度约在0.1 Pa·s~20 Pa·s范围内,具有溶解沥青质,使沥青质分散的能力。能显著改善废旧沥青的流变性质,使其非牛顿性质降低。

3 路面冷再生技术

路面再生技术包括热再生和冷再生两大类。按照混合料生产的现场不同,冷再生技术可分为厂拌冷再生和现场冷再生。工程实践表明,现场冷再生能够对路面出现的结构性破坏进行有效恢复,且新路面具有良好的整体性;施工工期短,对交通影响较小;能够节省能源,环境与经济效益显著。本文以现场冷再生技术为例,进行路面再生技术介绍。

现场冷再生利用技术,在施工现场将旧沥青路面翻松、破碎、加入沥青(乳化沥青或泡沫沥青)或水泥(石灰、粉煤灰)和适量的水,拌和均匀并摊铺碾压重新形成新的路面结构层的技术。

3.1 乳化沥青冷再生

乳化沥青再生,采用专用机械将旧路面进行翻松,并且加入适量的乳化沥青(可以加入少量水泥),拌和均匀,整平后加以压实,如图3所示。

使用该法进行路面再生,新筑路面兼具柔性和粘弹性特点,能显著提高路面的抗疲劳性能。在施工中,工序简单方便,将油罐车与稳定再生机具通过管线联接后进行喷洒作业即可,较采用新料降低成本1/3以上。但需专门的技术,价格高,养护时间长。

3.2 泡沫沥青冷再生

泡沫沥青再生,采用专用机械将旧路面进行翻松,并且加入适量泡沫沥青(可以加入少量水泥),拌和均匀,整平后加以压实,见图4。

泡沫沥青的制备机理为,将少量的水加入高温沥青中,在高温作用下,水由于急速气化而产生爆炸性泡沫,使得沥青体积迅速膨胀,表面积大大增加,然后又迅速的恢复原状。通过沥青膨胀的过程,沥青粘度下降,使得其能够与冷湿集料很方便的进行均匀拌和。

使用泡沫沥青进行稳定基层铺筑,在美国、法国、南非、澳大利亚等国家应用十分广泛。我国研究开发泡沫沥青技术起步较晚,在泡沫沥青及泡沫沥青再生稳定基层技术等方面进行了初步的研究并取得一定进展。

使用该法进行路面再生,能够在原有的旧路面上形成强度较高的柔性路面,具有显著的抗变形及抗疲劳性能。该法成本低,经济效益好;施工工序简单,碾压后就能够开放交通。但在施工中需使用发泡机具等专用设备;同时,对沥青发泡质量控制的要求较高。

3.3 以水泥作为稳定剂

路面再生时,在旧路面材料颗粒中加入水泥,使各颗粒之间相互粘结,从而形成一种低水泥剂量的结构层,可显著提高路面的承重性能,如图5所示。

使用该法进行路面再生,由于使用的水泥价格稳定,成本低廉,具有很好的经济效益;且施工简单,修筑后的路面抗压强度和抗水害性能明显。但由于水泥固化产生的干缩难以控制,会降低路面的抗疲劳性能,养护时间长且难以荷重。

近年来,我国在冷再生技术的使用上,以水泥和石灰为再生剂的施工较多,采用乳化沥青或泡沫沥青为再生剂也进行了多次的试验性铺筑,均取得了良好的效果。选择使用冷再生技术的路面多为非高等级公路,在高等级公路中应用不多。

4 冷再生技术在高速公路应用中存在的问题

在我国,将冷再生技术应用于高速公路路面再生还面临着以下几方面的问题:

1)使用冷再生技术进行再生后带来的路面标高增高问题。要解决该问题,需从路面改造工艺和结构设计两个方面进行考虑和处理。

2)冷再生后形成的新结构层受旧路影响较大。进行路面冷再生后,形成的基层或者底基层仅可作为新路结构的一个结构层,由于新旧路基强度、回弹模量的差异,使得新筑路面受下层旧路影响较大。同时,旧路材料、再生剂种类和配合比等也会对再生层的性能产生影响。要解决该问题,需从路面结构设计、施工工艺及再生材料去考虑和处理。

3)高等级路面冷再生施工需开发和引进合适的冷再生设备。国外的高等级公路冷再生的成功经验表明,适宜高等级公路路基施工的就地冷再生设备是确保施工质量的关键。因此,结合我国高等级公路的路基设计规范,同步进行设备研发与施工工艺及添加剂的研究,相互促进,共同发展。

冷再生技术是一种能够节约大量养护资金的绿色养护技术,对交通干扰小。随着在高速公路中应用存在问题的逐步解决,在我国推广和应用该技术具有极大的经济效益和社会效益。

[1] 刘小明.浅谈就地冷再生技术及其在我国的应用[J].建设机械技术与管理,2011(7):44-45.

[2] 李 明.半刚性基层沥青路面结构性能恢复技术[Z].2007.

Application of cold-recycling technology in semi-rigid-base pavement

WANG Yi

(ShanxiChangxingHighway&BridgeEngineeringCo.,Ltd,Changzhi046011,China)

The thesis introduces traditional maintenance methods of semi-rigid-base pavement, analyzes its defects and merits, puts forward old asphalt pavement recycling technology measures, discusses its cold-recycling mechanism, and analyzes its application problems in highway, and finally puts forward specific solving methods, with a view to promote its application.

pavement, base, cold-recycling, asphalt

1009-6825(2014)34-0162-02

2014-09-30

王 益(1968- ),男,工程师

U416.2

A

猜你喜欢

结构层刚性泡沫
毒泡沫
废弃的泡沫盒
自我革命需要“刚性推进”
“搞死”国家的泡沫
城市道路路面石灰土结构层设计合理性的分析
加权p-Laplace型方程的刚性
道路结构层整体抬高加固方案在S20大修工程中的应用和研究
透水铺装应用于海绵城市建设中的若干问题探究
锻锤的打击效率和打击刚性
防排水结构层对铁路基床动力响应的影响研究