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3800CR泡沫沥青就地冷再生技术改进研究与应用


摘要

在新泗路大修工程中,北京市进行了泡沫沥青就地冷再生技术的首?#38382;?#29992;,这也是维特根冷再生 3800CR(下切)机组工艺在我国的首?#38382;?#29992;。介绍泡沫沥青就地冷再生技术原理,及基于国外技术的本土化改进和关键控制技术。 


[关键词]道路工程;泡沫沥青;就地冷再生;施工技术 


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0 引言


泡沫沥青就地冷再生技术以其节省资源、减少污染和降低成本等优势成为近?#25913;?#19990;界各国积极采用的?#35775;?#20877;生技术发展方向之一[1],就地泡沫沥青冷再生将废旧?#35775;?#26448;料再生循环应用于道路基础设施建设和养护,变废为宝,形成一个符合循环经济模式的产业链,可以避免废弃材料堆放对土地的占用?#25237;?#29615;境的污染,可以减少对石料、沥青、水泥的需求,并降低筑养路成本沥青网sinoasphalt.com。在这样的?#38382;?#19979;,大力发展符合循环经济模式的沥青?#35775;?#20877;生技术,在沥青?#35775;?#29983;产、建设过程中节约资源,提高资源利用效率,减少损失浪费,以尽可能少的资源消耗创造尽可能大的经济社会效益,实现科学发展,十分必要和紧迫[2]。


此外我国 90% 沥青?#35775;?#37319;用半?#25307;?#22522;层及底基层,这为高等级沥青?#35775;?#24102;来?#29616;?#30340;早期损害,泡沫沥青冷再生技术在利用原破损?#35775;?#26448;料的同时,还再生为半柔性基层,泡沫沥青混合料增加粒料的剪切强度,降?#36864;?#25935;?#34892;裕?],而且具有柔性性质?#22303;?#22909;的抗疲劳特性,有效消除反射裂缝,能够比?#29616;?#25509;地改善道路缺陷问题。


北京市因繁重的交通导致部分道路目前已不堪重?#28023;?#20127;待维修,?#21487;?#21306;新泗路便是其中一条。2017 年,北京市积极贯彻“节能减排,绿色公路”的环保理念,首?#25105;?#36827;了德国维特根冷再生 3800CR(下切)机组施工工艺,并在新泗路大修工程中进行了北京?#20449;?#27819;沥青就地冷再生技术的首?#38382;?#29992;,基于此开展了本工程泡沫沥青冷再生关键技术的研究与探索。


1 工?#35848;?#20917; 


新泗路位于北京市?#21487;?#21306;周口店镇。道路东起新街,北至泗马沟,全长 14. 14km。路线编号 X202,技术等级二、三级公路,行政等级为县级公路。本次大修范围为房易路(K0 + 000)—娄子水桥(K2 + 020) 路段。其?#20449;?#27819;沥青就地冷再生施工路段长度 820m,施工面积 12 000m2,这也是泡沫沥青就地冷再生技术在北京的首次应用。 


工程原道路结构自上而下为 4cm 厂拌热再生 AC- 16C 面层、6cm 厂拌热再生 AC - 20C 底面层、18cm石灰粉煤灰稳定碎石基层 ,新建?#35775;?#32467;构设计自上而下为 4cm 厂拌热再生 ZAC - 13C 面层、6cm 厂拌热再生 ZAC - 20C 中面层、12cm 泡沫沥青就地冷再生基层(见图 1)。 


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图 1 ?#21487;?#21306;新泗路结构设计方案


2 泡沫沥青就地冷再生技术原理


泡沫沥青又?#20449;?#32960;沥青,是将?#27426;?#30340;常温冷水注入热沥青,使其发生膨胀,形成大量的沥青泡沫,经过很短的时间,沥青泡沫破裂(见图 2)。当泡沫沥青与集料接触时,沥青泡沫间化为数以万计的“小颗粒?#20445;?#25955;布于细集料的表面,形成黏有大量沥青的细料填缝料,经过拌合压实,这些细料能填充于?#33267;现?#38388;的空隙,并形成类似砂浆的作用,使混合料达到稳定。废弃的?#35775;?#38115;刨材料在铣刨现场重新再生利用可作为泡沫沥青冷再生混合料集料,并在压实力的作用下形成具有?#27426;?#36335;用?#38405;?#30340;?#35775;?#32467;构层。变废为宝,从而达到保护环?#22330;?#33410;约资源的作用;同时利用泡沫沥青冷再生技术可以将传统的半?#25307;月访?#32467;构改造成半柔性基层?#35775;?#32467;构,从而优化?#35775;?#32452;合?#38382;劍?#24310;长?#35775;?#20351;用寿命。


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图 2 沥青发泡原理


目前主要采用膨胀率和半衰期两个指标对沥青发泡特性进行评价。膨胀率是指沥青发泡膨胀时达到的最大体积与泡沫完全消失时的体积之比,反映泡沫沥青的黏度大小。半衰期是指泡沫沥青从最大体积降到最大体积的一半需要的时间,以 s ?#30130;?#21453;映泡沫沥青的稳定性。为了使发泡沥青与常?#29575;?#38598;料拌合充分,膨胀?#35797;?#22823;越好,半衰期则越长越好,以便发泡沥青与集料有较长时间进行拌和,提高发泡沥青混合料的质量。评价沥青发泡效果时,膨胀率和半衰期是两个密不可的指标,最好的发泡效果应使两个值均比较大,而不能单独采用一个指标来控制。建议发泡沥青的膨胀?#30465;?0 倍,半衰期≥8s。 


3 以 3800CR 冷再生机为核心的再生列车工艺改进


3. 1 德国维特根冷再生 3800CR(下切)机组施工工艺


3. 1. 1 原再生列车组成机械配置要求


1)3800CR 就地冷再生机 工作宽度 380cm,最大再生深度 15cm,发动机功率为 708kW,同?#26412;?#22791;切削破碎、喷洒、拌合及向后方摊铺机输料的功能;施工速度宜为 4 ~ 8m/min(见图 3)。 


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图 3 德国维特根 3800CR 就地冷再生机


2)罐车 是再生机的配套设备,用来供水或沥青粘结剂。罐?#31561;?#37327;要与工程规模和道路几何形状匹配。在泡沫沥青就地冷再生施工过程中,要求 2 台罐车:水罐车给再生机提供水;沥青罐车给再生机提供制作泡沫沥青的原材料热沥青。


3)水泥撒布车 用于撒布泡沫沥青冷再生混合料所需的水泥,应具备良好的撒布量控制、精确度控制、撒布宽度控制?#20302;场?/p>


4)摊铺机 用于后出料就地冷再生机 3800CR 的协同作业,摊铺机应具有较好的摊铺及熨?#28966;?#33021;,本工程采用福格勒 S 2100-3L 型摊铺机。


5)双?#33268;?#21387;路机 主要作用是初压与复压,并封住表面水分,不让泡沫沥青冷再生层水分散失过快。本工程配备 2 台自重 12t 以上的悍马振?#27492;致?#21387;路机,其碾压速度应控制在 1. 5 ~ 3km/h。应由低向高、由边缘向中间错轮碾压,碾压遍数为 6 ~ 8 遍,最终压实遍数应基于压实度要求决定。 


振荡压路机压实是振动与搓揉相结合的压实方法。这种揉搓作用能防止表面开裂,并使压实表面更加光整、致密,提高了表面层防水渗?#25913;?#21147;。由于振荡压实过程进展?#20132;?#32780;无冲击,因此不易压碎骨料、能防止面层振松。 


6)胶轮压路机 主要对泡沫沥青冷再生层表面进行揉搓碾压,尽量让表面密实,减少水对再生层的不利影响。本工程自备 1 台自重 30t 的悍马 GRW 280 - 28胶轮压路机,其碾压速度应控制在 3 ~ 5km/h,碾压遍数应不少于 8 遍。 


3. 1. 2 原 3800CR(下切)机组施工工艺1)封闭交通、施工放样、原道路准备、材料准备等施工准备工作完成后,3800CR(下切)机组进行机械再生列车排布组合(见图 4)。


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 4 再生列车机组排列


2)再生列?#24213;?#21069;端水泥撒布车在原?#35775;?#25746;布封装水泥,并向前开进。冷再生机铣刨及拌和转?#27833;?#26102;铣刨原沥青?#35775;?#24182;拌入?#35775;?#27700;泥,产生原?#25216;?#26009;。


3)水罐车与沥青罐车将冷水与热沥青导入冷再生机内泡沫沥青生成?#20302;?#20135;生泡沫沥青。冷再生机拌合?#20302;?#23558;原?#25216;?#26009;与泡沫沥青导入拌合仓进行拌合生成泡沫沥青就地冷再生混合料。


4)冷再生机通过输料皮带将再生混合料稳定送入后续摊铺机内进行再生料摊铺,其后压路机将再生料碾压密?#20302;?#25104;再生层。


3. 2 原工艺缺陷


1)再生列车序列内无石屑与矿粉等填料的添加设备,从工艺上无法进行本项目目标配合比的就地再生拌合。就原工艺生产施工再生混合料无法满足项目设计质量要求。


2)再生列?#24213;?#21069;端水泥撒布车将粉状水泥直接撒布?#35775;媯?#26426;?#24213;?#19994;振动以及露天起风容易引起水泥扬尘,对周围环境造成污染,?#29615;?#21512;“节能减排、绿色公路”的环保理念。 


3. 3 再生列车机组施工工艺改进


1)在再生列车机组中增加填料摊铺机械,为减少机械使用数量,将矿粉和石屑预先拌合共同摊铺,为防止矿粉扬尘,矿粉和石屑混合料加水湿拌。同时严格控制水量,以矿粉刚好能粘连石屑,施工摊铺不引起扬尘为宜。在再生列车机组运行时,?#21830;?#26009;摊铺机预先在?#35775;?#19978;摊铺矿粉和石屑混合料。而后 3800CR 冷再生机强劲铣刨粒化原沥青?#35775;?#30340;同时将矿粉和石屑送入再生机内进?#20449;?#27819;沥青与集料拌合,生成泡沫沥青就地冷再生混合料。


2)经实验室与技术攻关人员研究,根据设计目标配合比中水泥用量与泡沫沥青生成的用水量,预先将水泥制成水泥稀浆,使用部分水泥稀浆代替原泡沫沥青生成需要添加的冷水,剩余部分水泥浆则接入再生机拌合仓进行混合料含水率以及水泥添加比例控制。去除原再生列车机组中的水泥撒布车与水罐车,添加水泥浆车,避免粉状水泥露天施工,从而达?#20132;繁?#30340;目标(见图 5)。 


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 5 改进后再生列车机组排列


4 工艺改进与关键技术


4. 1 原材料控制


1)原?#35775;?#26448;料 RAP 应满足 JTG F41—2008《公路沥青?#35775;?#20877;生技术规范?#36820;?#30456;关要求,?#26131;?#22823;粒径不应超过 37. 5mm。


2)沥青 用于发泡的沥青应满足 JTG F40—2004《公路沥青?#35775;?#26045;工技术规范?#36820;?#30456;关要求,且沥青的膨胀率和半衰期最小接受值分别为 10 倍和 8s。


3)新集料 可根据需要添加,但必须结净、干燥、无风化、无?#21448;是?#36136;量稳定。


4)水泥 采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火?#20132;?#30789;酸盐水泥,其初凝时间应在 3h 以上,终凝时间宜在 6h 以上,不应使用快硬水泥、早强水泥以及已受?#21271;?#36136;的水泥。水泥应疏松、干燥、无聚团、结块、受?#21271;?#36136;,水泥强度等级为 32. 5 或 42. 5。


5)水 应选用洁净水。 


4. 2 关键技术


1)封闭交通 完全封闭交通,禁止一切车?#23601;?#34892;。


2)原道路准备 清除原道路表面的石块、垃圾、杂草等杂物。清除积水,清除再生路段上存在的井盖等类似结构物。对原道路进行预整形,对原道?#36820;?#27178;坡(包括超高或路拱)、纵坡线进行调整,使达到设计要求。超过再生层厚度的大的沉降或坡度变化,必须在再生前单?#26469;?#29702;。


3)冷再生机组就位 将维特根 3800CR 冷再生机就位后通过连接杆和专用连接管与水泥浆车、沥青罐车连接成一?#23567;?/p>


4)石屑和矿粉混合料摊铺 根据原道路再生深度内的平均密度,计算新料的添加量。根据质量或体积,计算每车料的上料距离。新加料装车时,应控制每车料的数量基本相?#21462;?#22312;同一料场供料的路?#25991;冢?#30001;远到近将料按上述计算距离将填料?#24230;?#25674;铺机。?#35835;?#36317;离应严格掌握,避免放料不均。将新加料均匀摊铺在旧?#35775;?#19978;,按每 1 000m2 为一均匀段,检查新加?#29616;?#37327;是否均?#21462;?/p>


5)冷再生机铣刨及拌合 冷再生机推动沥青车、水泥浆车在原?#35775;?#19978;行进。冷再生机行进速度应根据?#35775;?#25439;?#24213;?#20917;和再生深度进行调整,一般为 4 ~ 8m/min,?#27807;?#38115;刨后料的级配波动范围不大。


6)摊铺 再生好的混合料由再生机机载输料带输送到紧跟后方的摊铺机中,摊铺机料斗要匹配再生机的出料速?#21462;?/p>


7)碾压 根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同,制订碾压方案,应使各部分碾?#27807;?#30340;?#38382;?#23613;量相同,?#35775;?#20004;侧应多压 2 ~ 3 遍。


8)养护 每?#25991;?#21387;完成并经压实度检查合格后,应立即开始养护,养护期间不需要洒水。养护期间的泡沫沥青稳定再生层上,不可以开放重型交通。在养生过程中应及时检测?#35775;?#21547;水量,当再生基层含水量≤2% 时,可铺筑上面的结构层,或养护期间再生层可以取出完整的芯样时,?#37096;善?#31569;上面的结构层。


4. 3 施工质量控制要求(见表 1)


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5 结语


采用泡沫沥青冷再生,不仅可以解决传统道路维修造价高、浪费资源和污染环境等问题[5],而且将高等级道?#36820;?#38115;刨料用泡沫沥青冷再生,并用于为数众多的县乡道路,既可以节省大量投资,又可解决旧料的处理问题。在工程通过引进国外先进的泡沫沥青就地冷再生关键技术的改进与应用,实现国外技术的本土化应用,研究并发展出新的工艺,以便于该技术在北京市乃至全国进一步推广。 


标签:技术?#34892;?/a>,再生沥青
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