再生沥青路面：建筑材料和检测成果

1.再生沥青路面的概念

沥青路面再生利用技术,是将需要翻修或废弃的旧沥青路面,经过翻挖回收、破碎、筛分,再与新骨料、新沥青材料、再生剂等适当配合,重新拌和,形成具有一定路用性能的再生沥青混合料,用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。

沥青路面的再生利用,能够节约大量的沥青和砂石材料,节省工程投资;同时,有利于处治废料、节省能源、保护环境,因而,具有显著的经济效益和社会、环境效益。

2.沥青的老化特性

沥青为感温性材料,随着环境温度、时间的变化,沥青材料具有材质变硬的现象,并且这一现象随时都在进行。高温拌和沥青混凝土时,沥青在高温下的老化作用明显,当沥青混凝土铺筑冷却开放交通使用后,沥青材料的老化仍然在进行。沥青材料的老化作用主要表现在以下几个方面:

(1)氧化作用。沥青中形成的极性含氧基团逐渐联结成高分子量的胶团促使沥青的黏度提高,构成的极性羟基、羰基和羧基团形成更大更复杂的分子,使沥青硬化,缺乏柔性。沥青的氧化与温度、时间和沥青膜厚度有关。

(2)挥发作用。沥青中较轻的组分容易蒸发和散失,主要受温度及在空气中暴露的程度的影响。

(3)聚合作用。聚合作用是指沥青和蜡质缓慢结晶。沥青的物理硬化是可逆的,一旦加热又可以恢复到原来的黏度。

(4)自然硬化。沥青处在自然环境温度下发生的硬化称为自然硬化或物理硬化。其通常是由于沥青分子的重新定位而引起的。

(5)渗流硬化。渗流硬化是指沥青的油质成分流动而渗入到骨料中的现象。渗流主要受沥青内烷烃部分的低分子量的数量、沥青质的数量和类型等影响。渗流硬化主要发生在多孔性材料中。

3.沥青的老化机理

从沥青高温加热进入拌合楼开始,直到路面使用寿命结束,沥青在化学组成与物理形式上均不断发生变化。所谓化学组成变化,是指沥青混凝土中的沥青不断与空气中的氧气发生反应,形成酮基与硫氧基结构,增加了部分沥青胶泥分子的极性并改变其属性,慢慢由芳香成分转变为树脂成分等。老化反应就是沥青材料在氧化作用下,芳香成分减少,而稠度增加的不可逆的过程。

4.沥青的再生机理与再生方法

旧沥青路面的再生,关键在于沥青的再生。从流变学的观点来看,旧沥青再生的方法可以归结为以下两点:

(1)将旧沥青的黏度调节到所需要的黏度范围以内。

(2)将旧沥青的复合流动度予以提高,使旧沥青重新获得良好的流变性质。

旧沥青的再生就是根据生产调和沥青的原理,在旧沥青中,或加入某种组分的低黏度油料(即再生剂);或加入适当稠度的沥青材料,经过调配,使调配后的再生沥青具有适当的黏度和所需要的路用性质,以满足筑路的要求。这一过程就是沥青再生的过程,因此,再生沥青实质上也是一种调和沥青。旧沥青与再生剂、新沥青的混合是在伴随有砂石料存在的条件下进行的,远不及石油工业中生产调和沥青调配得那么好。

5.再生剂的作用

沥青路面经过长期老化后,当其中所含旧沥青的黏度高于106Pa·s,或其针入度低于40(0.1mm)时,就应该考虑使用低黏度的油料作为再生剂。再生剂的作用表现在以下几个方面:

(1)调节旧沥青的黏度,使其过高的黏度降低,达到沥青混合料所需沥青的黏度;在工艺上使过于脆硬的旧沥青混合料软化,以便在机械和热的作用下充分分散,与新的沥青及骨料均匀混合。(www.xing528.com)

(2)渗入旧料中与旧沥青充分交融,使在老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶解分散,调节沥青的胶体结构,从而达到改善沥青流变性质的目的。

6.再生工艺及路面施工

再生沥青路面施工是将废旧路面材料经过适当加工处理,使之恢复路用性能,重新铺筑成沥青路面的过程。施工工艺水平的高低和施工质量的好坏,对再生路面的使用品质有很大影响,故施工是最为重要的环节。

再生路面的施工可以根据需要而采取各种不同的工艺和方法,具体如下:

(1)表面再生法。表面再生法应用红外线加热器将路面表层几厘米深度范围内加热,然后用翻松机翻松,重新整平压实。

(2)路拌再生法。路拌再生法应用翻松破碎机将旧路面翻松破碎,添加新沥青材料和砂石材料,再经拌和压实。

(3)集中厂拌法。集中厂拌法是指将旧路面材料运至沥青拌合厂,重新拌制成沥青混合料,再运至现场摊铺压实。

国内外目前普遍使用的是厂拌工艺,其施工步骤如下:

1)旧料的回收与加工。

①旧路的翻挖。旧路的翻挖用于再生的旧料,不能混入过多的非沥青混合料材料,故在翻挖和装运时应尽量排除杂物。翻挖面层的机械一般有刨路机、冷铣切机、风镐及在挖掘机上的液压钳,也有的是人工挖掘。路面翻挖是一项费工费时且必不可少的工序。

②旧料破碎与筛分。再生沥青混合料用的旧料粒径不能过大,否则再生剂掺入旧料内部较困难,影响混合料的再生效果。一般来说,轧碎的旧料粒径一般小于25mm,最大不超过35mm。破碎方法有人工破碎、机械破碎和加热分解等。

2)再生沥青混合料的制备。

①配料。人工配料拌和的方法较简单,这里不予介绍。采用机械配料拌和再生混合料,按拌和方式可分为连续式和间歇分拌式两种。连续式是将旧料、新料由传送带连续不断地送入拌合缸内,与沥青材料混合后连续出料;间歇分拌式是将旧料、新料、新沥青经过称量后投入拌合缸内拌和成混合料。

②掺加再生剂。再生剂的添加方式有两种:第一种,在拌和前将再生剂喷洒在旧料上,拌和均匀,静置数小时至一两天,使再生剂渗入旧料中,将旧料软化。静置时间的长短,视旧料老化的程度和气温高低而定。第二种,在拌和混合料时,将再生剂喷入旧料中。先将旧料加热至70 ℃～100 ℃,然后将再生剂边喷洒在旧料上边加以拌和。再将预先加热过的新料和旧料拌和,加入新沥青材料,拌和至均匀。这种掺入方式工序简单,应用广泛。

③再生混合料的拌和。总的来说,拌合工艺按拌合机械来分主要有滚筒式拌合机和间歇式拌合机两大类。

现在,滚筒式拌合机已成为欧美国家拌和再生混合料的最主要设备。在拌和过程中,旧料和新骨料的干燥加热及添加沥青材料拌和两道工序同时在滚筒内进行。

采用间歇分拌式拌合机,新骨料经过干燥筒加热后分批投入拌缸内,旧料不经过干燥筒加热,就按规定配合比直接加入拌合缸。在拌合缸内,旧料和新骨料发生热交换,然后加入沥青材料或再生剂,继续拌和直至均匀后出料。

3)再生混合料的摊铺与压实。由于再生混合料摊铺前与普通沥青混合料的性能已基本相同,因此,其摊铺和压实的过程与普通沥青混合料是基本一致的。需要注意的是,在翻挖掉旧料的路面上摊铺混合料前,更应注意基层表面的修整处理工作。

以施工时材料的温度来分,沥青路面再生施工工艺可分为热法再生工艺和冷法再生工艺。以上所说的就是热法再生工艺。冷法再生工艺与普通沥青混合料冷法施工工艺基本一致。目前国内外普遍使用的是热法再生工艺。