教案4——廠拌熱再生

1、第三節(jié) 廠拌熱再生技術一、 舊路面材料性狀及其再生適用性1 流變性質(zhì)老化瀝青在流變指標上表現(xiàn)為粘度增大，針入度增加，延度減小，軟化點升高。表1是老化瀝青流變指標隨某A型再生劑摻量的變化情況?？梢钥闯?，隨著再生劑摻加比例的增加，老化瀝青的流變指標逐漸向新瀝青方面過渡。由此說明，從流變力學指標角度，舊瀝青材料具有較好的再生適用性。2 再老化性質(zhì)瀝青混凝土路面熱再生工藝中，舊瀝青受熱時間及受熱強度都不亞于普通拌制瀝青混合料。因此，舊瀝青在耐熱老化方面的再生適用性，即再老化后的性能如何應值得重視。從測試結果可以得出，舊瀝青再老化速率相對變緩?？紤]到已得出的低溫勁度調(diào)合的直線線性關系，如果用于調(diào)合的軟瀝

2、青的耐老化性能與S70相近時，那么，調(diào)合出的再生瀝青的耐老化性能(用指標變化率表征)要好于原始瀝青S70。因此，也可以得出，在受熱再老化方面，舊瀝青也有著良好的適用性。3 舊砂石材料性狀及其再生適用性與普通瀝青混合料組成機理相同，瀝青混凝土路面舊礦料在再生瀝青混合料中貢獻的依然是級配和強度。所以，應掌握受車輛荷載和環(huán)境氣候作用幾年、甚至十幾年的舊礦料性狀變化情況，以便對其再生適用性做出判斷。1 ） 級配特征舊瀝青砂石材料的級配性狀直接影響到其再生作為路面結構層的適用性。從舊料抽提篩分結果可以看出，經(jīng)過長期交通荷載以及回收破碎的作用，舊瀝青粗集料部分細化成細集料，而細集料進一步細化的程度較小，最

3、終粉料量的變化并不是很明顯。由此得出，舊集料級配細化并不嚴重，骨料級配的本質(zhì)沒有改變，在再生中完全可以通過添加相對較粗的新骨料進行調(diào)整，形成合格的瀝青混合料級配。在瀝青混凝土路面冷再生中，收集的舊集料直接作為骨料被冷拌。因此，應對舊集料收集狀態(tài)的表觀級配組成狀況進行分析，并以此為基礎進行冷再生瀝青混凝土路面的材料配比設計。顯然，由于舊瀝青的裹覆結團作用，舊料原樣篩分結果比抽提后篩分結果粗很多，但將該級配組成與高等級公路基層級配碎石規(guī)范要求相比較，僅細料通過率不滿足要求，且偏差較小。因此，針對路面基層，舊料有較好的冷再生適用性。2） 強度與形狀回收舊骨料的強度和顆粒形狀也影響著瀝青舊料再生的適用

4、性。廣佛高速公路舊骨料的相關檢測結果。可以看出，除針片狀含量偏大外，舊骨料其他指標均滿足規(guī)范對新骨料的要求。針對細長扁平顆粒含量較多情況，再生時只要添加使用針片狀含量小的碎石，即可彌補該缺陷。因此，從強度和顆粒形狀方面講，舊集料也有較好的再生適用性。瀝青混凝土路面的再生利用方法取決于需要再生的路面結構狀況、結構層次、層次的材料性狀，以及再生成型路面層次的功能、設備狀況及經(jīng)濟條件等諸多方面。再生對象不同，使用目的不同，應采用不同的再生方法。4 瀝青混凝土路面再生方法的適用性舊瀝青混凝土路面的再生，是指將不能滿足路用要求的舊瀝青混凝土路面，通過混合新組分或受熱整型等方式，重新鋪筑成為新的瀝青混凝土

5、路面結構層。按照再生路面組成材料的拌和溫度及拌和地點，可將瀝青混凝土路面再生方法分為廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生和就地冷再生等4類。1 ） 廠拌熱再生廠拌熱再生，是將舊瀝青混凝土路面面層，經(jīng)過翻挖、銑刨，回收集中到再生拌和廠，根據(jù)需要進行破碎篩分預處理，再摻入一定比例的新骨料、新瀝青、再生劑等，用改裝的或特制的再生瀝青混凝土攪拌設備進行加熱拌和后，運至施工現(xiàn)場，熱鋪成為新的瀝青混凝土路面結構層。在廠拌熱再生方法中，因添加了新骨料、新瀝青和再生劑等新組分，故應針對再生瀝青混合料擬用層面進行專門的材料性能配比設計，同時也應進行相應的拌制及攤鋪工藝設計。因此，瀝青混凝土層的重鋪也可以和新路施工

6、一樣，分別按下面層、中面層和上面層(磨耗層)的不同技術要求進行。2 ） 就地熱再生就地熱再生，是將舊瀝青混凝土路面上面層，經(jīng)過表面加熱、翻松銑刨，并根據(jù)情況摻入一定比例的新瀝青、再生劑和新骨料等，利用移動式現(xiàn)場拌和設備進行加熱拌和，熱鋪成為新的瀝青混凝土路面面層?？梢钥闯?，就地熱再生針對的是瀝青混凝土路面表面層，對表面層進行性能恢復、整型，改善瀝青混凝土路面包括排水性能的功能性服務性能。根據(jù)待再生路面的病害特點和設計要求，可以采用的就地熱再生技術方案有4種：整型、重鋪、復拌和復拌+罩面。3 ） 廠拌冷再生廠拌冷再生，是指將舊瀝青混凝土路面面層或基層，經(jīng)過翻挖、回收、破碎、篩分，再摻入一定比例的

7、新粘結劑(乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥等)、新骨料等，利用工廠拌和設備進行冷態(tài)拌和，鋪筑成為新的瀝青混凝土路面結構層。瀝青混凝土路面的冷再生是在自然環(huán)境溫度下完成瀝青混凝土路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、攤鋪及壓實成型，重新形成路面結構層的一種工藝方法。由于粘結劑是在冷態(tài)狀態(tài)下拌和形成，其分布均勻性和粘附性并不理想，與粒料的粘結性也相對較差。所以，廠拌冷再生混合料主要用于瀝青混凝土路面基層、底基層的鋪筑，也可用于已鋪好碎石和噴好油的低等級路面面層。4） 就地冷再生就地冷再生，是將舊瀝青混凝土路面面層或基層，經(jīng)過冷破碎、翻松，摻入一定比例的新粘結劑(乳化瀝青、水泥、泡沫瀝青等)、新骨料(當路面

8、的瀝青含量太高或是需要改善骨料的級配時)，利用現(xiàn)場移動式拌和設備在需要再生的路面上進行冷態(tài)拌和施工，鋪筑成為新的瀝青混凝土路面結構層。瀝青混凝土路面的就地冷再生也是在自然環(huán)境溫度下完成瀝青混凝土路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、攤鋪及壓實成型等工藝。同樣的原因，就地冷再生混合料也主要用于瀝青混凝土路面基層、底基層的鋪筑，其上面一般要進行瀝青混合料面層的鋪筑。廠拌熱再生能精確控制瀝青混合料中各成分的配比，再生混合料可變性比較小，質(zhì)量有保證，因此，這種再生技術是美國瀝青路面熱再生的主流。 現(xiàn)場熱再生除了再生瀝青混合料穩(wěn)定性無法精確控制之外，還存在一定的環(huán)境污染問題。在環(huán)境保護要求較高的美國，這

9、種技術只是在一些非常特殊的情況下或在一些特殊路段中應用。在美國，瀝青路面現(xiàn)場熱再生應用得比較多，但廠拌熱再生的應用則更為廣泛。 二、應用實例（一）河北省熱再生技術應用情況 目前河北省高速公路大、中修以至翻修任務大量增加 ，舊有高速公路轉(zhuǎn)向重點養(yǎng)護,在石安高速、石太高速已經(jīng)進行熱再生項目試驗段應用研究。 不同地區(qū)的高速公路瀝青路面的病害程度和環(huán)境不同，選擇瀝青再生方式也有所側重。 河北省高速公路半剛性基層瀝青混凝土路面的病害主要是坑洞、裂縫等結構性破壞, 車轍、泛油、磨光、掉粒等表層病害相對較輕微?？紤]到早期施工的瀝青混凝土路面病害狀況和程度離散性大, 現(xiàn)場熱再生和現(xiàn)場冷再生方式均難以滿足高級路

10、面的路用性能要求。采用廠拌熱再生技術。石安高速公路大修項目修建了廠拌熱再生試驗段。石安高速公路于 1997 年建成通車，原路面結構為 4cm多碎石細粒式瀝青混凝土上面層 + 5cm多碎石 中粒式瀝青混凝土中面層 + 6cm 瀝青碎石下面層。 2002 年后，路面出現(xiàn)大面積的沉陷、轍槽和大量裂縫 ( 以龜裂和橫向裂縫為主 ) ，呈明顯的結構性破壞特征。考慮到該工程的病害特點與瀝青廠拌熱再生技術條件相適應 ，因此確定 10KM 熱再生實驗段。 實驗段的工作順序： 舊路面瀝青混合料實驗,包括瀝青含量、老化程度、集料的性能指標和級配。 進行目標配合比和施工配合比設計后施工。通過對各類再生拌和設備進行技

11、術經(jīng)濟性能比選 , 基于設備對舊瀝青混合料的加熱效率、防瀝青老化性能、廢氣排放標準、再生混合料質(zhì)量保證等能力的考慮，最后選擇了美國西司德克公司雙滾筒連續(xù)式拌和設備。 該實驗段通車近2年，還未有明顯不良效果。 總之， 瀝青再生是符合可持續(xù)發(fā)展、保護環(huán)境的國家政策的。但瀝青再生技術的效果還有待進一步的研究和驗證。（二）廣東省熱再生技術應用情況1、廣佛項目的特點及大修前的主要病害項目特點：起于廣州沙貝，終于佛山謝邊，全長14公里。1988年底建成，是廣東第一條高速公路；1993年初全面罩面（SMA）；1999年擴建為6車道和8車道。地處經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，交通繁忙，重車多。路況極差，病害嚴重。基層、底基層

12、承載力不足，并且沒有結構內(nèi)排水系統(tǒng) 2、大修路面結構設計新鋪設3層：6cm再生瀝青AC-25I下面層，5cm改性瀝青FAC-20中面層，4cm改性瀝青SMA-13上面層?；鶎硬捎盟鼗炷梁停ɑ颍┰偕鸀r青混合料LSM-25補強。3、瀝青路面的再生適用性總體評估（1）現(xiàn)場取樣在項目實施前全線取樣，各車道每公里取一個樣，共計86個樣。取樣位置隨機選取。去除改性瀝青上面層，下面3層全深取樣。檢測項目包括：瀝青含量，瀝青針入度，礦料級配和集料主要性能指標。（2）適用性評估結論    國外經(jīng)驗，針入度大于15的瀝青具有再生利用價值，本項目針入度大部分處于2040之間，平均值為

13、28.8，舊瀝青性能適宜再生。    回收的集料除針片狀含量外，其它性能指標均滿足，針片狀含量指標可通過提高新集料指標補償。    各項指標均有一定的離散性，但和國外相關資料對比，情況并不嚴重，可以通過針對性措施解決。 （3 ）提高新集料的針片狀含量指標四、實際應用效果    45月份完成的再生瀝青路面已經(jīng)受了一個雨季和超常高溫的考驗廣佛目前的再生瀝青路面技術質(zhì)量指標完全滿足全新瀝青路面要求，但后期效果需觀測。總結：廣佛高速公路是全國第一個大規(guī)模采用瀝青路面再生技術的高速公路項目。國外

14、多年的實踐證明，廠拌再生瀝青混合料路面能夠達到并保持所要求的各項路用性能指標，并且具有更好的抗車轍性能。這種再生方式能有效地用于各種條件下舊瀝青路面的再生利用。從對比試驗看，采用舊瀝青混合料進行大修與全部采用新瀝青達到的水平大致持平，采用舊瀝青混合料大修的路面達到國家規(guī)定高等級公路路面瀝青混合料的要求。三、廠拌熱再生設備所謂“廠拌熱再生設備”是指回收料的加熱在一個專門的干燥筒內(nèi)完成。該套設備也是與強制間歇式瀝青混合料攪拌設備配套使用的。它主要由回收料供給系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、熱回收料儲存?zhèn)}、熱回收料稱量斗、有害氣體吸收管道及控制系統(tǒng)等組成。該設備的工作過程為：瀝青混合料攪拌設備開始工作時,

15、回收料供給系統(tǒng)開始供料，提升系統(tǒng)開始提料，干燥系統(tǒng)開始給回收料加熱，加熱后的回收料進入到熱回收料儲存?zhèn)}儲存。當需要添加回收料時，熱回收料儲存?zhèn)}的放料門打開，熱回收料進入到熱回收料稱量斗稱量。當達到所需要的數(shù)量時，熱回收料儲存?zhèn)}的放料門關閉，熱回收料稱量斗的放料門打開，向攪拌器內(nèi)放料，個攪拌周期完成。氣體吸收管道安裝在熱回收料儲存?zhèn)}的頂部，是為了吸收在熱回收料儲存?zhèn)}中已加熱后的熱回收料所排出的有害氣體。和廠拌冷再生設備一樣，如果回收料成大塊狀，還可以配備塊狀擠壓設備。它可以在不破壞骨料外形尺寸的情況下,將大塊狀的回收料擠壓成小塊狀。該種廠拌熱再生設備最多可加入70%的冷回收料。國外公司和國內(nèi)西安

16、筑路機械有限公司與德國邊寧荷夫公司合作生產(chǎn)的H系列節(jié)能環(huán)保型瀝青混合料攪拌設備均可配備此類廠拌熱再生設備。 本次研究中所用舊料為寧連路高速化改造工程中的翻挖舊瀝青混合料，路面已使用七年，所用瀝青為克拉瑪依。舊料經(jīng)破碎、用三氯乙烯抽提、高速離心去礦粉、回收等工序后，得到舊瀝青，其基本物理性能與國標比較如下：與普通瀝青比較，舊瀝青的針入度下降、軟化點上升、延度減小。 再生劑的開發(fā) 1.1 基本思路 從化學組分的角度分析，我們要使老化瀝青恢復原有性能，就要向其中加入一定的分子量小的組分，使組分重新協(xié)調(diào)。資料顯示過去曾有人試圖通過比較舊瀝青組分和優(yōu)質(zhì)瀝青的組分，來決定舊瀝青中應添加的組分，進而找到與這

17、種組分匹配的再生劑，但這種嘗試并沒有成功，其原因是： 由于瀝青的化學結構極其復雜，即使化學組分相同的瀝青，因油源基屬及生產(chǎn)工藝不同，其性能也有很大變化。 要找到某種固定組分的再生劑，從工藝上來說有相當大的難度，對設備和工藝要求很高，成本亦高。所以必須尋找其它途徑。 我國在八十年代初期所使用的再生劑很多就是一些石油工業(yè)生產(chǎn)出的輕質(zhì)油如潤滑油、柴油、機油、減五油等或者它們的混合物，一些省份用此再生劑鋪筑了許多再生路面。 但是只用輕質(zhì)油分來再改性舊料，實踐證明效果并不是很好。首先，輕質(zhì)油分在自然界風、熱、光等的作用下極易揮發(fā)，其中芳香分易于發(fā)生氧化、縮合、共聚等反應，分子量會很快變大。所以加入的油分

18、并不能長期穩(wěn)定的存在于瀝青中，對混合料性能的改善也只是一個短期行為。其次，對于反應式：油分主要是芳香分膠質(zhì)瀝青質(zhì)來說，油分的過量加入，會加快這種不可逆反應的進程，也就是起了加速老化的作用。再者，油分與瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)相差較大，加入油分后雖能起到降粘的作用，并不能保證形成穩(wěn)定的高分子濃溶液。所以，用輕油再生的舊瀝青混合料其自身的抗老化性能較差，用此混合料鋪成的再生瀝青路面，有效服務期較短，一般年左右就又趨于老化。 為使加入的油分能穩(wěn)定存在于再生混合料中，必須采取有效措施穩(wěn)定油分。通過大量的試制，我們開發(fā)了一種型再生劑，它是一種增粘樹脂與輕油相混溶的合成物，實驗證明此種混溶物能有效克服上述缺點。

19、1.2 機理分析 如何防止再生劑中的輕油在施工過程中和使用期自然環(huán)境下穩(wěn)定存在于瀝青中而不發(fā)生揮發(fā)和老化，我們采取的主要方法是：讓輕油與所合成的增粘樹脂混溶，以形成一種穩(wěn)定的高分子溶液。 瀝青之所以能形成穩(wěn)定的高分子濃溶液，是由于極性化合物與瀝青質(zhì)有較強的結合力，它圍在瀝青質(zhì)的周圍，使瀝青質(zhì)形成一個個分散的小顆粒而不發(fā)生凝聚，進而保持瀝青質(zhì)在芳香分和飽和分中處于懸浮狀態(tài)。 近年來國外大量研究顯示，瀝青在從飽和分、芳香分膠質(zhì)瀝青質(zhì)的遷移過程中幾乎不產(chǎn)生極性化合物，而且遷移過程中極性化合物會漸漸變?yōu)榉菢O性化合物，這樣包圍瀝青質(zhì)的極性化合物會越來越少，瀝青質(zhì)就會發(fā)生凝聚，表現(xiàn)為老化特征。我們合成的增

20、粘樹脂其分子本身含有許多不飽和鍵，有很強的極性，能有效的包裹瀝青質(zhì)，加入到瀝青中后，使瀝青中的極性化合物增多，這樣可有效延緩瀝青質(zhì)發(fā)生凝聚的時間，也就推遲了老化發(fā)生的時間。 增粘樹脂屬于膠持的一部分，加入增粘樹脂后，相對來說，瀝青中膠質(zhì)含量就大，對于組分遷移：油分主要是芳香分膠質(zhì)瀝青質(zhì)，從化學反應平衡來說，也就減緩了油分向膠質(zhì)的遷移。進而推遲老化的發(fā)生。 1.3 再生劑的合成再生劑的合成工藝關鍵是增粘樹脂的合成，我們選用的主要原料是丁二烯與丙烯酸脂系列物主要是丙烯酸甲脂、丙烯酸乙脂等，在的條件下按一定的比例進行共聚。進而再與輕質(zhì)油份在左右進行混溶。所選用的輕質(zhì)油分是由幾種粘度低、不易揮發(fā)的輕質(zhì)

21、油混合而成。 再生劑基本性能 2.1 目前市場上很難找到我國八十年代初生產(chǎn)的再生劑，為與我們研制的再生劑進行比較，通過查閱大量資料，我們也合成了一種輕油型再生劑，即將號輕柴油和號機械油按比例混合，此配比是我國八十年代初曾被廣泛使用的一種再生劑配比，具有一定的代表性。將型再生劑與此輕油型再生劑分別進行相關性能試驗。 從的粘度比較，輕油型再生劑比型再生劑要小得多，這是因為型再生劑中加入了粘度較大的增粘樹脂。國外許多資料顯示，將再生劑放入薄膜烘箱，在、小時的情況下，再生劑中的輕質(zhì)油分揮發(fā)，同時也發(fā)生了一定程度的組分遷移，向老化方向發(fā)展。對不同的老化程度，試驗后的再生劑出現(xiàn)不同程度的粘度增大、重量減少

22、，所以以試驗前后的粘度比和重量損失率來評價再生劑的抗老化性能。 型再生劑的試驗前后粘度比和重量損失率都比輕油型小，所以我們可以說型再生劑的抗老化性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的輕油型再生劑。 2.2 再生后的瀝青基本性能 再生劑的功能就是要恢復已老化瀝青的各種性能，將再生劑與老化的瀝青按不同的比例相混合。 再生劑用量為時，老化瀝青的針入度、軟化點均得到明顯的改善。延度之所以變化不大，可能與所用的老化國產(chǎn)克拉瑪依瀝青的含蠟量偏高有關?？梢娫偕鷦┑募尤肽苊黠@改善老化瀝青的性能，改善程度與再生劑的摻量有關。 2.3 再生后的瀝青抗老化性能 分別將型再生劑和輕油型再生劑按不同比例加入老化瀝青粘度為中，進行薄膜烘箱試驗。由于輕油型再生劑的粘度比型再生劑的小許多，所以摻加到老化瀝青中時，使老化瀝青的粘度降低到相同水平，輕油型再生劑的摻加量要比型再生劑的小。我們試驗時按普通的摻量范圍向老化瀝青中加再生劑。對比薄膜試驗前后的粘度比、針入度比、延度、重量損失率，結果很明顯，摻入了型再生劑的再生瀝青比摻入輕油型再生劑的再生瀝青抗老化性能要好。 另外，我們將此試驗數(shù)據(jù)與國家規(guī)范相對比，對瀝青的抗老化性能規(guī)范中