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GXH系列废旧沥青再生技术及其应用

2012-12-18 20:04:52   来源: 贵州省六盘水智立达科技发展有限公司 桂勘
导读:一、对沥青再生技术的肤浅认识所谓再生,应该是指生命的还原,否则就不能叫再生。依此,探讨沥青路面的沥青再生,自然应该是沥青路用性能的...

一、对沥青再生技术的肤浅认识

所谓再生,应该是指生命的还原,否则就不能叫再生。依此,探讨沥青路面的沥青再生,自然应该是沥青路用性能的复活才能称为沥青再生。就目前国内对废旧沥青路面材料的使用情况来看,多数是把旧沥青路面材料回收后当成填充料使用,如当成砂石料作为路面基层、底基层、填方料等;也有使用泡沫沥青作胶接料用来铺筑路面下面层、底基层等,即所谓的冷再生;更有甚者,是直接把旧沥青混合料当成砂石料加入新砂石集料中,在加热拌合过程中添加适量的新沥青拌合后直接用来铺筑路面层,这是典型的偷工省料行为。当然,若产出的沥青混合料中新沥青加入量达到了设计的新沥青用量则另当别论。

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拌合筒专利证书(内外筒同步)

同行都知道,旧沥青路面材料毕竟是在各种因素作用下使用了一段时间的旧料(沥青碎石或沥青混凝土),其沥青路用性能必然有所下降,若不把其路用技术指标进行恢复,而是利用沥青黑色的天然属性掩盖不科学的节省沥青行为,直接把未改良的旧料混入新料混合后用来铺筑路面,这必然存在质量隐患,也是一种不负责任的行为。因未改良的旧沥青毕竟不能代替新沥青,可能有的人会认为只要通过检测混合料达到相应规范指标即可。问题是沥青和沥青混合料是截然不同的两种材料,其检测的指标及内容也截然不同,施工中必须分别对沥青和沥青混合料进行检测,只有当二者的相关技术指标都达到规范和设计要求才能投入使用。除非已检测了旧沥青的路用指标并达到了规范要求,否则就必然存在质量隐患。

诸如以上对旧沥青路面材料的使用方式,我们认为不能叫沥青再生,只能叫废物利用。理由如下:一是对旧沥青材料没有进行路用性能的改良;二是旧沥青材料若通过改良后本该仍可用来铺筑沥青路面,正因未对其进行改良,不得不改变用途用在了其它(非原处)部位,何以能称为沥青再生?

从技术的角度来看,更不能称为冷再生,就目前的技术资料反映,用非加热手段还未见到能对沥青性能进行改良的报道(也许是我们寡闻)。

再从经济成本来看,把价值高达每立方米1000元以上的沥青混合料当成不到每立方米100元的砂石材料使用,人为造成10倍以上的成本浪费,多么的可惜啊!

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拌合筒专利证书(内筒旋转)

二、GXH系列沥青再生技术原理

根据有关知名专家对沥青再生理论(填充理论和相容理论)的描述,我们自主研发并推广应用多年的GXH系列废旧沥青再生技术,属于相容理论再生技术。自2001年起开始研发,至今已先后在贵州及周边省份湖南、广西、云南等公路及市政道路沥青路面养护维修施工中普遍推广应用(已累计获得国家发明专利3项,于2012年10月由“中科高技术企业发展评价中心”组织的国家级成果鉴定获得通过,结论为:国内领先水平。),凡能以科学、严谨、认真的态度使用该技术的单位都一直在使用。据不完全统计,累计节约成本近亿元,减少砂石开采近百万立方米,保护了数十座山头被毁。藉此介绍如下:

该再生技术的原理是:遵循相容性理论。即根据沥青主要化学组分(油分、树脂、地沥青质)及其物理、化学性质,掺入与沥青主要化学组分性质相容的有机化合物,以改善废旧沥青化学组分的物理、化学性质,从而提高或恢复废旧沥青材料的路用性能(延度、针入度、软化点等)。

达到的显著直观效果是:使旧沥青混合料表现出韧而不柔,硬而不脆的特性。

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拌合筒专利证书(外筒旋转)

三、推广沥青再生技术的必要性

众所周知,沥青是公路路面工程采用的主要材料之一,应用分布十分广泛,占路面工程投资的60%以上,直接控制着路面工程成本。由于沥青路面使用周期相对较短,加之往往受投资限制,且随着我国社会经济的高速发展,原路面设计标准常会显现不适应现行车流量、车载量的重荷作用,导致沥青路面使用寿命缩短等等原因,因而需对已建成的沥青路面进行大量挖补维修或升级改造,从而造成沥青路面材料(有的还在使用周期内)被大量废弃和填埋,这是很大的资源浪费和资金浪费,也带来一定的环境污染问题。

从节省自然资源的角度看,沥青作为路面的主要材料资源,它是有限的,我国还有大量的公路需要铺筑沥青路面,近年来市政道路也在提倡白改黑(在水泥路面上加铺沥青面层),需要大量的沥青材料。

从保护自然生态的角度看,废旧沥青路面材料的再利用,能减少大量的砂石开采,有利保护自然生态环境。

从节约成本的角度看,就我们已广泛推广的沥青再生技术而言,旧料利用率可达90%以上(已突破现行沥青再生规范标准),可节约成本20%以上,能大大节约建设成本,且技术质量均能满足现行相应规范指标要求。

从减少污染的角度看,废旧沥青的再利用,能减少大量的废旧沥青材料堆积占地和空气、水源污染。

综上所述,可见沥青再生技术是一项利国利民的适用技术,广泛推广应用十分必要且意义重大。也是各有关部门和广大公路工程技术同行应有的历史责任。

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拌合筒专利证书(轴旋转)

四、推广沥青再生技术的科学合理性

旧沥青再生利用,必须挖取(回收)旧油面层,过去的施工,在小修保养中通常是把旧油面层开挖沿线废弃,在大、中修填方路段,常是直接在旧油路面上填筑,使大量的旧油面层被埋没。为了探讨再生利用技术的适用性,我们进行了以下分析。

1.旧油层开挖对路表强度有无影响

我们在施工中选择了两公里旧油路面进行了路表弯沉实测对比,见表—1。

路表弯沉实测对比表(表—1)

 

路段

对      比

测点

平均值

均方差

弯沉值

甲段

(1K)

挖取旧油壳后原基层表面

103

59.57

24.93

100.58

未挖旧油壳旧路表面

100

72.64

27.4

117.71

乙段

(1K)

挖取旧                       油壳后原基层表面

102

72.57

27.24

117.38

未挖旧油壳旧路表面

100

76.08

31.46

127.83

从表—1可知,旧油层被开挖后,路表弯沉值反而比未开挖的旧油路表面弯沉值小,而油路大、中修补强厚度计算是以路表实测弯沉值为主要控制参数,这就说明,依据旧油路表面实测弯沉值计算的补强厚度要比开挖旧油壳后表面实测弯沉值计算的补强厚度大,即开挖后需要的补强厚度可比不开挖需要的补旧厚度小,从成本的角度看是可行的。在实际工作中,是以未开挖的路表弯沉值计算补强厚度(偏大)的,说明开挖旧油壳对路面补强设计是安全可靠的。以上情况,单从层厚理论来看,是乎不易理解,但仔细分析便知,因旧油壳层是柔性(富弹性)层,其弹性变形必然比路面基层(集料嵌锁板体层)大,因此出现挖后路表弯沉值比挖前路表弯沉值小,这正好是科学合理的现象。综上所述,开挖旧油壳对路表强度无影响,是安全的,也是符合柔性路面设计理论(沥青表处层设计时不参与受力计算)的。

2.路面结构组合的合理性

我们把已开挖和未开挖旧油壳路面结构组合对照如下:

 

 

层  次

性  状

 

层  次

性  状

新油面层

柔性

新油面层

柔性

新铺基层

集料嵌锁板体

新铺基层

集料嵌锁板体

旧油面层

柔性

旧路面基层

集料嵌锁板体

旧路面基层

集料嵌锁板体

 

 

(组合a)未开挖旧油壳路面结构组合   (组合b)已开挖旧油壳路面结构组合

 从组合a来看,新旧路面基层之间夹一弹性(柔性)旧油面薄层,从柔性路面结构组合设计原理来看,层间模量比不合理,从热力学观点看,温差效应可使旧油层产生软化滑移作用(尤其是热带地区),还有地表水文特征的挥发、渗流及毛细作用等特性会受到旧油层的封隔影响,从而影响到整个路面层的含水量会出现非正常状态。

从组合b来看,由于旧油壳已被挖除,旧路面基层自然成为了新补强层的底基层,从力学上看,相当于增加了基层厚度,从柔性路面结构组合原理来看,新旧层是同类型结构,弹性模量较为接近,层间组合较为合理。从地表水文现象来看,不影响地表水文特征。因此,挖取旧油壳后,路面结构组合是合理的,完全符合柔性路面设计原理。

根据以上分析,并通过实践,可得出:旧沥青再生利用技术对路面结构组合合理的结论。

3.再生利用技术主要指标检测分析

我们对再生利用技术进行了以下主要指标检测分析,见表—2。

再生利用沥青混合料主要指标检测对比表(表—2)

 

检测项目

未加再生剂

已加再生剂

试件号

1

2

3

平均值

1

2

3

平均值

密度(g/cm3

2.309

2.334

2.312

2.318

2.328

2.342

2.319

2.33

稳定度

(kn)

8.26

6.37

7.32

7.317

6.81

7.5

7.17

7.16

流值

1/100cm

21.3

22.4

23.4

22.367

28

28.9

26.6

27.833

延度cm

 

 

 

>100

 

 

 

>150

从表中密度数据可知,再生利用技术能提高混合料的密度。

从稳定度和流值来看,加入再生复合剂稳定度能变小,流值能变大,正好说明再生复合剂通过一系列复杂的物理化学作用对旧沥青混合料的力学性能有所改善,能降低旧沥青的脆性和提高抗老化抗疲劳能力,且接近规范中值。从延度来看,加入再生复合剂延度大大提高,说明增大了沥青的粘滞性和抗脆裂能力。

根据以上分析,我们在2001年23公里油路大修油面下层中采用了旧沥青再生利用技术,投入使用以来效果很好。

五、沥青再生技术使用工艺流程

废旧沥青再生利用生产工艺,根据施工位置可分为厂拌和就地两种。

厂拌热再生

厂拌热再生与通常的沥青混合料生产工艺基本相同,简单易行。目前,在贵州省及周边地区的干线公路养护中主要采用这种方式进行。其流程为挖取—清检—装运—加热拌合—出料—装运—铺装—碾压—保养,具体工艺如下:

1.挖取:在对需改造或养护挖补的路段确认后,即可进行开挖(或使用机械铣刨)回收旧沥青混合料,但回收时不得混入其它杂物。

2.清检:由于沥青路面基层材料各地使用的类型及结构不同,近年来,各地采用的路面基层多为刚性或半刚性集料类,已很少使用其它类型基层,故清检工作只需确保不含杂物即可。

3.装运:把经过清检的旧油面层装入车辆,送达加热拌合场站堆放备用。

4.检测:因挖取回收旧料时原结构、级配不同的各沥青层往往被混合了,故对回收的旧沥青混合料必须进行原沥青含量和集料级配的检测,以为配合比设计提供可靠的参数(即计算是否需要添加适量的新沥青和某粒级的新集料?)。

5.加热拌合:加热拌合工艺,与通场炒拌沥青混合料工艺基本相同(近年来已基本普及机械拌合工艺,对确保沥青混合料质量有了充分的保障。),待80%以上的旧料颜色变黑时,即可按2—5‰(混合料重量比,实地是换算为体积比施工)的参量,掺入GXH沥青再生剂(掺量视旧料油石比大小取定,油石比大取偏小值,反之取偏大值),现已有多种类型的移动式拌合设备,非常适用,可就地开挖、拌合、铺装,减少拌合前后的运料环节,节省运费,最适合小修保养沥青再生的施工。较大型的拌合机械,也有多种型号,可供各等级的公路沥青路面大、中修工程沥青再生技术的施工选用,但若是非铣刨方式回收的旧料,对旧油块需先行破碎(可用砂机改制成破碎设备),以确保入料口不堵塞,若拌合机入口较大(30cm以上),就不必破碎,可直接计量装机拌合,其他与新料拌合相同,不再赘述。

出料、装运、铺装、碾压、保养等均与新料工艺相同。

就地热再生

2012年,我们在贵州省道S314线(水黄二级公路)六盘水市境内猴场一带使用维特根公司的就地热再生车组进行了近20公里路面中修施工。此种工艺因机组庞大,主要适用于路面基层(或上路床)变形不大的高等级公路及市政道路养护中且路面层集料集配符合设计要求的沥青面层病害处治。其施工流程为:就地加热——就地铣刨——就地拌和(添加再生剂)——摊铺——碾压——开放交通

就地加热

使用维特根加热机组在前进方向前端对旧沥青路面进行就地加热。

就地铣刨

对加热后的旧路面由其铣刨机组进行铣刨,并将铣刨料回收至拌和仓。

就地拌和

在拌和环节添加GXH再生剂对旧料进行路用性能还原。

摊铺

通过摊铺机组将改性还原后的旧路面混合料进行摊铺。

碾压

开放交通

六、关键技术问题

旧沥青路面材料回收利用的关键技术问题如下:

1.旧油壳油石比测定与新料及再生剂需掺配量计算。因为旧油壳因养护和使用等各种原因,油石比和沥青技术性质都会发生很大变化,故须通过检测,并计算、确定是否需参配适量的新料(沥青和集料)和再生剂用量。我们通过反复试验和实践,总结出新沥青和再生剂的参考用量,如表一3。

               新沥青、再生剂用量参考表(表—3)              重量计

 

      旧油壳油石比

掺新沥青

掺再生剂

掺新集料

(级配相同)

备  注

<6%

2~3%

2~3‰

 

按沥青碎石类集料级配

控制

8%~6%

0~1%

3~5‰

10~20%

>8%

0

1—2‰

30~40%

2.集料级配控制

因旧油壳本身已是沥青碎石混合物,简单工艺尤其在施工现场无法将油、石进行分离,考虑到原来施工时均是按照当时的路面结构形式和相应的技术要求进行施工,虽在开挖、铣刨回收过程中,直观感觉和理解到,必然会对原集料较大的颗粒产生少量的再次破碎,是呼会影响原集料级配,但实践证明影响甚微。只要旧料使用的路面层位不改变,可将旧油壳热化混合物集料视为符合级配要求,若通过计算确需新掺集料的,其数量、级配及粒径规格,可视旧料利用于路面的实际层位按设计要求选定。若旧料是用于油面中、下层(多层式),可按该层厚的0.8~0.5倍作为新掺集料最大粒径控制,若用于一般道路油面上面层,则粒径应限为8mm以下(有特殊要求的除外),以满足油路面表面技术要求。实践证明,粒径小30mm的石灰岩质机制集料,其自然集配多已满足要求,故若新掺此类集料可视为级配合格,但应将小于0.5mm的粉沫筛除。若是将旧油壳再生利用于高等级公路沥青路面的上中下各层,对回收的旧料必须参照相应技术规范进行严格的级配控制,必要时必须进行二次破碎以满足级配要求。因旧油壳回收时很难按原施工层次分别回收,必然导致回收的旧混合料主骨料粒径的差异、混杂,影响集料级配要求,必须按路面各层相应的集料级配要求进行控制。

3.加温拌合

应严格注意旧油壳中沥青被烧焦老化,温度达80度左右即需加入再生剂,还应避免火焰流直接接触旧沥青混合料,目前国内已有的拌合机械都具备了这种功能,我公司正在研制开发的间接加热式环保型拌和机不久即将问世。将对沥青再生技术的推广创造可行、必要的设备条件。

其他技术问题均与新料生产相同,不再赘述。

七、经济效益分析

我们通过施工实践进行成本分析,再生利用技术经济效益非常可观,至少可节约成本40%以上(含利润20%),因生产工艺基本相同,仅以运距10公里计算,对混合料出机成本分析如表—4。 

废旧沥青再生利用混合料出机成本分析表(表—4)

 

                                                序号

计费项目

计量单位

新沥青碎石料(2cm厚)

旧料再生利用料

对  比

数量

金额(元)

数量

金额

(元)

1

新集料

M3

1

80

0.1

8

 

2

沥青

Kg

90

450

20

100

5000元/吨

4

旧料运输

K3/3K

 

0

 

20

 

3

旧料开挖

(3~5cm厚)

M3

 

0

1

50

 

5

旧料炒拌

M3

 

0

1

80

 

6

新料炒拌

M3

1

80

 

0

 

7

化油费

(折合油砂)

M3

1

50

0.2

10

 

8

再生复合剂

Kg

 

0

6

120

 

小计

元/ M3

 

660

 

388

660-388/660=41%

平方单价(2厘米厚)

元/M2

 

13.2

 

8.0

因其它工序均同新料,故仅就拌和机出机环节料价对比

上表是对旧沥青充分考虑不利因素计算的,如果旧料油石比>8%,减少再生复合剂和新沥青掺量,则成本将节约50%以上,如果采用就地炒拌就地铺装,减少旧料运输环节,成本更会大大降低,可见其经济效益是十分显著的。

该技术自2001年以来,已先后在贵州及周边地区公路及市政道路沥青路面养护施工中广泛应用,初步统计累计节约成本(或利润)近亿元,未接到任何不良反应。

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