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中国沥青路面养护机械现状和开发政策

http://www.lmjx.net 2007-12-20 11:58:25 中国路面机械网 

我国高速公路发展历程与现状

 我国高速公路发展已经有十五年的历史,高速公路养护管理体制是从普通公路养护道班演变而来的,由于高速公路的里程增加的速度远远超过了人们的预料,养护作业的机械化已经从口号过渡到实在的需求。

  为了提出适合我国国情的沥青路面养护机械研发对策,有必要回顾一下国内养路机械化的现状。

我国路面养护工业发展起源

养路机械化,在不同的时期有不同的含义。20年前,道班工人肩挑人抬,希望有交通工具上班和运料,那时几乎全国各省的公路机械厂都在制造简易的四轮运输车;10多年前,沥青路面早期损坏多, 养路机械化急需要解决的是坑洞的修补,各种多功能的综合养护车应运而生;近年,高速公路沥青路面的养护要求提高质量,局部的挖补已经无济于事 ,破损的主车道的路面的局部铲除和重铺成为快速恢复路面的承载力和平整度的主要方式。宽幅的路面铣刨机、机动灵活的小型轮式沥青摊铺机和60~80t/h的沥青搅拌楼则成为机械养护公司配备的主要机型。

我国现行沥青路面养护作业方式

高速公路的机械化养护对养路机械提出的要求越来越高,需要的品种越来越全:改性乳化沥青稀浆封层;改性沥青SMA磨耗层;各种沥青路的面再生和重铺技术;高质量的快速修补和冷补工艺;有效的防水材料和裂缝修补工艺;改善路面排水技术的小型开沟机等等,都需要有相应的养护机械设备。显然,需求中的养路机械已经脱离了人们心目中简陋、粗笨的传统形象。路面养护机械的开发不仅需要机电液的一体化,更要满足种类繁多的作业要求,因而,技术创新将贯穿于路面养护机械产品开发(概念-设计-样机-投入使用-改进-定型)的全过程。

沥青路面坑洞的修补

沥青路面的坑洞是一种最常见的主要的病害,形成的因素虽然复杂,但都可归结为因路面局部承载力不足而造成的早期破损。汽车轮载超重、渗入路面下层的水分则大大地加速了这种破坏。坑洞的修补是公路养护中最频繁、质量最难控制的作业。

  坑洞的修补有冷补和热补两种方法,要进行的作业是坑洞的开挖、清理和填补后的压实。

  目前在我国使用的沥青路面综合养护车分两种:沥青混合料预拌或就地搅拌。

  我国目前最常用的一种综合养护车(可在现场加热搅拌新、旧沥青混合料),虽可处理旧沥青混合料,但配备得过分简单。燃烧嘴直接对准自落式搅拌罐里的沥青混合料来加热,沥青的烧损和老化在所难免;旧料、新骨料和沥青又没有计量,实际上仅仅是一种旧沥青混合料的加热、重融设备。它所搅拌出来的沥青混凝土(新的或再生的)的质量都很低劣,用这种设备来进行沥青路面修补,当然很难得到满意的效果。

现行沥青路面综合养护车作业缺点

预先搅拌好沥青混合料放入养护车的保温罐内,侧壁和罐底有加热体,罐外壁有保温层。若要使用冷态沥青混合料,加热时间长达5~7个钟头,更不能处理补路时铣刨下来的旧沥青混合料。这种综合养护车的用途是有限的。
  因此,综合养护车的技术创新并不一定要给它增加多少新的功能,而是要使它变成真正可以搅拌再生沥青混合料的小型现场沥青再生搅拌设备。其中至少应含有:隔离式旧沥青混合料加热搅拌机、新骨料(有两种级配以上)和新沥青的计量装置。如果能合理的设计和精心制作,将是一种价格适中、小巧实用、质量优良的现场小型沥青路面再生养护设备。

至于坑洞开挖和清理也有冷、热两种方法。

    热清理法:

   是用气体红外加热器对损坏的沥青层先行加热再接着开挖、填补热沥青混合料进行修补,可令路面本体与填补处的温度平稳过渡,似乎可克服坑洞四周冷接逢的弱点,但正由于该处温度的变化,碾压时,所修补处的压实度将会出现“过渡段”。

    冷清理法:

       是用小型铣刨机和各种液压镐、液压锤可方便快捷地将坑洞四周边缘开挖得整齐、垂直,底部和测壁清理干净并喷洒沥青粘层,然后铺好热沥青混合料,调整好虚铺高度、碾压。由于热沥青混合料的碾压是在坑洞四壁的约束下(处于三面受压状态)进行的,因此一定可以令压实度得到保证。

  高速公路的养护有着与普通公路完全不同的特点和要求,维持高速公路的高品质的服务水准:快捷、安全、舒适,需要及时和高效、全面和完美、可靠和优质的养护工作,这些都离不开现代性能良好、品种齐全的养路机械。公路养护机械主要有路容保洁、路面养护维修、桥-隧养护维修、机电(包括交通工程)设施维护等四大类。其中,沥青路面养护设备的品种最多,技术最复杂。

沥青路面冷补发展方向与要素

沥青路面冷补、稀浆封层与改性乳化沥青的技术创新

  沥青路面的冷补,是一种快速、应急的沥青路面修补方法。尤其在雨季,破损的路面如不能及时抢修,坑洞的扩大和路面的损毁的速度是十分惊人的。由于雨后路面潮湿,通常使用乳化沥青拌制沥青混合料来修补坑洞。惟其工艺过于简单,养路者就根本没把它当成一回事,胡乱用乳化沥青搅拌成混合料,草草地补完了坑洞,重车碾过,松散的混合料到处飞散。即使在普通公路,此法也只作为权宜之计,更谈不上高速公路了。

  但是,雨天抢修沥青路面的坑洞,冷补工艺又是必要的。因此,在冷补的材料、工艺和设备上都还需要有很多创新进步才能在沥青路面养护行业推广应用。

乳化沥青在路面养护中应用

乳化沥青如经过用乳化的高分子聚合物来改性,因其粘结力大,改性乳化沥青混合料的性能(承载力、抗裂、抗车辙性能)亦大大提高。这里的技术创新内容有:

(1)改性乳化沥青机。乳化改性沥青的高分子聚合物可在沥青乳化时的流程中加入,也可以两者先乳化再混合。虽然还是使用胶体磨,但乳化剂的选配和各种组份的计量装置以及加工过程的工艺参数是一点也不能马虎的。这里创新的重点是改性乳化沥计量装置和工艺流程的自动控制系统。

(2)乳化沥青混合料搅拌设备。用于修补的乳化沥青混合料的量很少,搅拌设备当然也是小型的,但技术要求却丝毫不能降低。设计这种改性乳化沥青混合料搅拌机,一定要加上各种物料的计量装置和采用高效的强制搅拌机。其中乳化沥青的计量系统是难点之一,因为乳化沥青容重变化较大,最好采用重量法计量,而在一个小型搅拌设备中设计重量法的乳液计量装置,从性能价格比来评判,的确不是一件容易的事。

(3)有了性能良好的改性乳化沥青,沥青稀浆封层的质量就可以大大提高。沥青稀浆封层机虽然不是新东西,但我国一直没有吃透它的技术关键。即使是某些进口稀浆封层机,稀浆的有效搅拌、物料(细骨料、乳化沥青)的计量也是不尽人意的。沥青稀浆封层机是一种连续计量和连续搅拌的装置。细骨料与液态乳化沥青都要连续地按比例供给 。但封层车上又非常窄小,很难实现重量法连续计量,给料机的调速的控制(给料量调节)也大多用手动,当然不能保证乳化沥青稀浆的质量,加上原来只用普通乳化沥青,粘结力差,施工之后不久,封层就破坏,这是稀浆封层这种好工艺长期一直不能在我国公路养护中占一席之地的根本原因。

  因此,乳化沥青稀浆封层机开发的技术难点在于:以精细的设计解决物料连续给料、计量和调节的问题。

(4)预拌式冷补沥青混合料。是一种用化学方法处理的沥青与骨料预拌成混合料,冷态存放。补坑施工时,摊铺后立即碾压成型,获得密实的承载构造。这种预拌的冷补沥青混合料的特点(优点)是:不压不成型,越压越结实,预拌后可长期存放,使用非常方便。自96年介绍到我国来之后,十分受欢迎。国内学者已经研制出冷补沥青的化学配方。需要对沥青搅拌楼进行小改装,便可拌制这种冷补混合料。为此可以提出开发一种用于沥青路面养护的多功能小型沥青搅拌楼,既可搅拌普通热沥青混凝土,又可搅拌乳化沥青混凝土,还能拌制冷补沥青混合料。而且必须是计量准确、搅拌质量良好的先进设备。再加上后面介绍的“工厂热法”沥青路面再生的搅拌功能,使之作为有我国特色的用于养护的沥青搅拌设备。

沥青路面的大面积翻修和沥青路面再生技术

沥青路面的寿命期内需要有一次功能调整性的维修作业,对那些承载力不足、表面出现龟裂的路段,那些经多次挖补,平整度严重下降的路段,还有裂缝多而且穿透路面层造成路基和基层积水的路段,会对一个车道(通常是主车道)进行局部翻修。用铣刨机切削表面沥青层 (约4~6cm),对基层承载力弱的局部进行扑强或者对局部下沉的路段填补调平之后,再用新拌的沥青混凝土重铺,重铺工艺与新沥青路面施工一样。重铺后能较好地恢复路面的承载力、平整度,使公路美观、舒适。近年来在高速公路维修中逐渐取代落后的“罩面”维修工艺。当然,沥青路面大修,更是要按车道将整层沥青混凝土铲除重铺。

  沥青路面再生工艺的分类:就地再生和工厂再生;冷法再生和热法再生。

用于就地冷再生的养路机械开发中的技术创新

 (1)大功率的中置式再生路拌机:这是带有铣刨和搅拌两项功能的冷法就地沥青路面再生的重型设备。常用于大量的二级公路沥青路面的翻修。大功率路拌机为全液压驱动,控制的关键是自动功率分配技术,还有四个驱动轮处的悬挂点通过液压缸调整高程,以保证铣刨和搅拌的深度。

 (2)水泥撒布车:现场冷法再生铣刨的旧沥青混合料,旧沥青不起粘结剂的作用,还需添加无机粘结料(水泥、石灰、粉煤灰)或有机粘结料 (乳化沥青)经过搅拌、碾压才具备承载力。水泥撒布车能将水泥按规定的量均匀地撒布到路面上。开发水泥撒布车的技术难点是:水泥的撒布量必须准确。而撒布量又与车速、水泥计量转子的转速有关。 这实际上仍然是一个水泥的连续给料、连续计量的自动控制问题。

 (3)沥青洒布车:沥青洒布车既可以洒布热沥青,又可以洒布乳化沥青。沥青的计量还是与车速和沥青泵的转速有关。也是一个液体(沥青)材料的连续给料、连续计量的自动控制问题。

就地热法沥青路面再生法

这是一种庞大的多机组联合的路面翻修设备,实际上可分解成几个独立的机械来设计。

  (1)沥青路面红外线加热装置。在联合机组的最前面,有一组宽度与待修路面同宽的红外线加热板,利用红外线辐射加热待修的沥青路面。燃烧石油液化气的红外线烤板可调整燃烧发热量和加热板到地面的辐射距离;加热深度可以少量调节。

  (2)沥青路面铣刨机。装在红外线加热板的后面,铣刨转子的宽度与待修路面相同。用圆形子弹式铣刨刀头,将已经烤热软化的沥青层铣刨下来。铣刨转子可调高度以便控制铣刨深度;有一个收集切削下来的混合料的输送机将它们传到下一道混合料搅拌工序。

  (3)沥青混合料搅拌机。通常选用双卧轴连续式搅拌机。将铣刨下来的旧沥青混合料与新加入的骨料和新沥青进行混合搅拌。

    (4)配料系统。为了提高重铺沥青路面的质量,需根据原沥青层的老化程度,适量加入新的骨料和沥青,以调节沥青混凝土的级配和油石比。这又是一种连续式的给料和计量装置,有热沥青保温罐、沥青泵和沥青计量器,检测沥青流量并自动控制沥青泵的转速。还有至少两种骨料的连续给料和计量装置;但是,如何对旧沥青混合料进行准确的计量,则是沥青路面联合再生机组自动控制中需要解决的难点。其控制原理是:控制和调节切削沥青层的厚度、控制和调节整个机组的工作速度。沥青路面联合再生机组对各种新、旧物料的计量都是容积法计量方式。

  (5)沥青摊铺装置。经连续搅拌的沥青混合料排到路面上,紧接着进入沥青摊铺工序。这是一台带有螺旋分料器的沥青熨平板,经摊铺、捣实和震动熨平,当然还需另外用普通的压路机碾压,就得到一条漂亮的新路。

  (6)温度控制系统。这是联合机组最困难也是最需要控制的关键技术。但目前只能对所加热的路面进行温度控制,其方法也只能是:调节加热板的数量以控制红外线辐射能量、改变机组工作速度来控制被加热的旧沥青混合料层的温度。至于新骨料,由于是冷态加入的,新料的增添数量受到混合料搅拌温度的限制,不可过多。

工厂热法再生的沥青混凝土搅拌设备

工厂热法再生,是一种实用、灵活、简便而又能保证质量的沥青路面再生技术。旧沥青层用铣刨机切削回收,运回再生搅拌厂,根据路面的不同层次的质量要求,确定配合比中可添加的旧沥青混合料的比例,通过沥青混凝再生搅拌设备,重新搅拌成质量合格的沥青混凝土,再运至现场摊铺碾压。关键是要有处理旧沥青混合料功能的沥青混凝土再生搅拌设备,对它的要求是十分苛刻的。

旧沥青混合料预加热重融、按规定添加量喂料和计量,是沥青再生搅拌设备的关键技术之一。这是衡量不同的沥青再生搅拌设备优劣的最重要条件。基本要求是:

  旧沥青料的加热不能用明火,间接加热方式有:a.利用过热的新骨料,在混合时传热给旧料;b.利用烘干筒壁间接加热旧料;c.用一个专门旧沥青混合料的加热装置来加热旧料。

需要注意的是:
  旧沥青混合料的加热需要较长的时间,一定要使旧沥青融化彻底,有利于与新料的混合;

  旧沥青混合料的筛分和计量最好在加热前进行,否则会对筛网和计量装置污染;

  要处理好加热旧沥青产生的废气,不能造成对环境的二次污染;

  旧沥青混合料的预处理(破碎、筛选、成分检测)、给料和计量,是保证再生沥青混凝土的质量的重要环节。

  由于回收的旧沥青混合料的来源不同,沥青的老化程度差别很大,混合料的级配、油石比夜大不相同,再加上混合料是否混有泥块杂物,若不预先进行破碎、筛选和成分检测,就不能保证再生沥青混凝土最终的油石比和级配合乎要求。

  旧沥青混合料在加入搅拌机之前必须根据试验室确定的配合比要求的比例准确计量。早期的沥青再生搅拌设备是由间歇式搅拌楼改装而成的,旧沥青料不经过烘干筒加热,直接从热料提升机送上筛分机,与热骨料同时筛分、储存和计量,旧沥青料吸取热骨料的热量,利用现有的热骨料秤来计量,由于部分加热了的旧沥青软化,计量时因粘着骨料而不流畅,很难达到预期的精度。

发展我国养路机械的对策

前面介绍了现代高速公路养护中的新技术和对相应的养路机械的基本要求,十分明显,我国养路机械目前的现状的差距是相当巨大的。我国养路机械制造工厂,确实有相当多的厂的开发能力较弱,但从上世纪90年代以来这种状况已有很大的改观。养路机械的市场日渐规范化,引来大批国外厂家的竞争。因此可以预期,只要在养路机械开发中真正加大技术的投入,尤其是要加强开发前期的深入论证,而不是急功近利,不加思索地抄袭。

  创新肯定不是一句空话。高新技术注入传统的机械产品就是一种最直接的创新。比如前文列举的养路机械中数次提及的质量问题都涉及到物料的连续计量,因为很多养路机械都是连续作业的,肯定不可以用筑机行业熟悉的间歇计量法,下决心掌握连续计量和控制技术运用到这些养路机械中,使它们档次提高,满足了高水平的养路作业工艺的需要,难道不是在技术上有所创新吗。

    因此,创新不是抄袭,也不是不切实际的装点门面,而是运用高新技术解决我们养路机械开发中的实际问题。

  养路机械的技术进步要依靠技术创新,没有先进的养路机械,采用先进的工艺方法和新技术用于养路工程就是一句空话。本文特别提出在高速公路养护中沥青再生技术和沥青再生设备等问题,和对如何加快养路机械开发提出一些看法。文中所涉之处大多是笔者工作中所遇到的或需要解决的问题,有些是有感而发,有的则已经在做。愿与养路工作者和养路机械开发厂家合作,促进我国公路的技术进步。


 

来源:中国路面机械网专稿,作者陶曙

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