瀝青路面就地冷再生技術(shù)應(yīng)用概述與市場(chǎng)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(shí)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(shí)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(guó)外80年代后期發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，目前已成為國(guó)際上道路維修改造的主要方法之一。國(guó)外對(duì)瀝青路面再生利用研究，最早從1915年在美國(guó)開始的，但由于以后大規(guī)模的公路建設(shè)而忽視了對(duì)該技術(shù)的研究。1973年石油危機(jī)爆發(fā)后美國(guó)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)才引起重視，并在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛研究，到八十年代末美國(guó)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(jì)、施工設(shè)備等方面的研究也日趨深入。西歐國(guó)家也十分重視這項(xiàng)技術(shù)，聯(lián)邦德國(guó)是最早將再生料應(yīng)用于高速公路路面養(yǎng)護(hù)的國(guó)家。法國(guó)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(xiàng)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(guó)98年引進(jìn)第一臺(tái)就地冷再生機(jī)后，近幾年來(lái)，就地冷再生技術(shù)在我國(guó)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(guó)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(jìn)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(duì)于我國(guó)這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為匱乏國(guó)家來(lái)說是一種資源的浪費(fèi)，而且大量的使用新石料，開采石礦會(huì)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(jì)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(wàn)噸之巨，如能加以利用，每年可節(jié)省材料費(fèi)3.5億人民幣，而這個(gè)數(shù)字是以每年15%的速度增長(zhǎng)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(wàn)噸，屆時(shí)通過再生利用每年可節(jié)約材料費(fèi)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(fèi)了資源，也會(huì)對(duì)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(duì)降低建設(shè)成本、保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及對(duì)我們國(guó)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(diǎn)
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(jí)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(jí)低的道路或鋪筑基層使用，國(guó)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(shí)，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(jī)壓實(shí)路面成型。對(duì)于低等級(jí)公路特別是鄉(xiāng)村公路，這種路面就是最終路面；對(duì)于高等級(jí)公路，這種路面可作為高等級(jí)公路的基層。
就地冷再生技術(shù)的主要施工機(jī)具為集破碎與拌和為一體的冷再生機(jī)，冷再生機(jī)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(jī)向前行進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)水通過軟管從再生機(jī)連接的水車中運(yùn)送過來(lái)，并在再生機(jī)的拌和倉(cāng)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(shí)度。為了提高再生材料的強(qiáng)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(jī)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(jì)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(lái)的材料進(jìn)行充分均勻地混合；粉狀穩(wěn)定劑，如水泥，需按設(shè)計(jì)添加量事先撒布在再生機(jī)前的路面上，再生機(jī)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(jí)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(lái)改善原路面材料的級(jí)配。就地冷再生施工技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，概括起來(lái)可歸納為以下5點(diǎn)：
?。?）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(shí)舊鋪層材料的挖起運(yùn)輸、廢置和新材料的購(gòu)置，節(jié)約能源，從而導(dǎo)致成本大幅度下降。據(jù)國(guó)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%；
?。?）效率高道路就地冷再生機(jī)械施工一次性可以完成銑刨、破碎、添加、拌和及攤鋪，從而簡(jiǎn)化了施工程序，縮短施工工期。使用就地冷再生機(jī)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；
?。?）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(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)由于對(duì)舊材料進(jìn)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；
?。?）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(duì)環(huán)境造成污染大量新材料的開采，也會(huì)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(yùn)輸與存放問題，是一項(xiàng)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(hù)，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(diǎn)是大型機(jī)械，密集施工，將因施工而造成的交通干擾降到了最低。該機(jī)械具有封閉式自動(dòng)控制添加系統(tǒng)，可以防止粉塵飛揚(yáng)，有利于文明施工。 不像新建道路施工項(xiàng)目那樣，許多施工可在整個(gè)工地同時(shí)進(jìn)行，冷再生施工只是集中在一定特定的區(qū)域。整個(gè)冷再生機(jī)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(jìn)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(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益會(huì)越來(lái)越大。它的發(fā)展空間也會(huì)非常巨大。這種客觀實(shí)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(dòng)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(jī)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(shí)還要加入集料）、拌和、攤鋪和預(yù)壓，再由壓路機(jī)進(jìn)一步壓實(shí)。這種再生路面主要用于低等級(jí)公路路面和高等級(jí)公路路面基層(但將會(huì)提高路面高程)，不適用于高級(jí)路面的面層，一般用于二級(jí)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(zhǎng)路面的使用壽命2～3年。這種再生方式其實(shí)屬于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)范疇，適用范圍窄，并且應(yīng)充分考慮其對(duì)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(shí)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(shí)）可以采用以下三種添加方式:
a.將粉狀水泥撒布在再生機(jī)前的被再生路面上，再生機(jī)經(jīng)過時(shí)可將水泥與被銑刨下來(lái)的舊混合料進(jìn)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(jī)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(shí)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(jī)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；
?。?）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?yàn)r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(jí)的瀝青，如AH-70號(hào)普通瀝青。當(dāng)水注入熱瀝青時(shí)，水會(huì)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(lái)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?cái)U(kuò)散進(jìn)骨料中去。
泡沫瀝青由再生機(jī)上的泡沫瀝青輸送及噴灑系統(tǒng)產(chǎn)生并直接噴灑進(jìn)再生機(jī)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(shí)，其用量可降低為2%～3%。在采用泡沫瀝青作為穩(wěn)定劑時(shí)，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(qiáng)度的同時(shí)，提高表面質(zhì)量，防止裂紋的發(fā)生。泡沫瀝青的優(yōu)點(diǎn)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(shí)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(cuò)的再生混和料。這種再生混合料可以使用于高等級(jí)公路的瀝青面層。隨著我國(guó)瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)量的不斷增加，有必要對(duì)瀝青路面舊料實(shí)用再生技術(shù)進(jìn)行更深入、更系統(tǒng)的研究，提出適合我國(guó)國(guó)情的再生瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范。
4就地冷再生設(shè)備技術(shù)與市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境污染，再生能源工作的重視。特別是隨著我國(guó)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)步伐的加快，國(guó)家一方面要新建一些鄉(xiāng)村公路。另外一方面要對(duì)原有的縣、鄉(xiāng)公路進(jìn)行升級(jí)改造，瀝青路面維修養(yǎng)護(hù)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(hù)生態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，隨著二級(jí)以下路網(wǎng)的改造，就地冷再生機(jī)的市場(chǎng)正在逐年擴(kuò)大。1999年西筑公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)出了我國(guó)第一臺(tái)WBZ450穩(wěn)定/再生拌和機(jī),當(dāng)時(shí)冷再生的市場(chǎng)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(jìn)行公路的升級(jí)改造試驗(yàn)，冷再生技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐步推廣使用。國(guó)內(nèi)的冷再生施工設(shè)備基本依賴進(jìn)口，已經(jīng)進(jìn)口到國(guó)內(nèi)的有20多臺(tái)。因此就地冷再生機(jī)的市場(chǎng)前景看好。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)年總需求為10～20臺(tái)，每年將會(huì)有5臺(tái)的增加量。最近幾年，國(guó)內(nèi)許多機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家開始研發(fā)就地冷再生設(shè)備。
國(guó)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(diǎn)是節(jié)能、環(huán)保，深受各國(guó)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(guó)CMI公司、德國(guó)WIRTGE公司和BOMAG公司等。 目前，用于二級(jí)以下路面就地再生的代表產(chǎn)品是德國(guó)WIRTGEN的輪胎式WR2500冷再生機(jī)，BOMAG輪胎式MPH121冷再生機(jī)和美國(guó)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(guó)WIRTGEN的履帶式大功率現(xiàn)代化冷再生機(jī)(銑刨寬度3.5～4.0m、切深：250～300mm、功率：1000HP以上)和美國(guó)ASTEC的履帶式就地再生設(shè)備(配有計(jì)算機(jī)控制的再生料破碎、篩粉、計(jì)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(guó)自行設(shè)計(jì)制造的大型冷再生設(shè)備還處于研發(fā)生產(chǎn)市場(chǎng)開拓階段. 最近幾年，國(guó)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(jī)械有限公司，山東德工機(jī)械有限公司等。
目前，國(guó)際上著名的維特根WR2500就地冷再生機(jī)、寶馬MPH1212型就地冷再生機(jī)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(guó)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(wú)錫市路中養(yǎng)護(hù)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(duì)一段公路進(jìn)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(guó)道30.88km的灤縣段采用冷再生技術(shù)進(jìn)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(jī)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(yàn)段；江西2005年，鋪筑了昌九高速公路就地冷再生試驗(yàn)路；山東在山東煙臺(tái)龍口市204 國(guó)道龍口段，使用就地冷再生設(shè)備對(duì)面層進(jìn)行重修重鋪試驗(yàn)，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(huì)大大加快，但及時(shí)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(zhǎng)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(shí)需花費(fèi)1美元進(jìn)行修復(fù)，若因?yàn)樾迯?fù)不及時(shí)而導(dǎo)致路面質(zhì)量喪失了80%，此時(shí)修復(fù)就得花費(fèi)4～5美元。從目前的工程實(shí)踐來(lái)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(shì)，隨著我國(guó)陸續(xù)建成的等級(jí)公路進(jìn)入大、中修期及鄉(xiāng)村公路的升級(jí)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(yǔ)
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(hù)資金，減少了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的破壞，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，目前路面冷再生技術(shù)在我國(guó)還處于試驗(yàn)推廣階段，在強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的今天，進(jìn)一步加強(qiáng)研究路面就地冷再生技術(shù)，對(duì)我國(guó)公路的建設(shè)發(fā)展都具有特別重要的意義。
隨著人們對(duì)環(huán)保、社會(huì)效益的關(guān)注及技術(shù)的進(jìn)步，瀝青路面再生利用技術(shù)越來(lái)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(duì)交通的干擾最小等優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)公路事業(yè)飛速發(fā)展的今天，將會(huì)以其獨(dú)特的施工工藝、特點(diǎn)、牢固立足于公路施工工藝的競(jìng)爭(zhēng)行列之中。
中交西安筑路機(jī)械有限公司研究所 梁新
