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就地熱再生道路養護
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就地熱再生道路養護

  • 四川省綿陽市鹽亭縣 中國(西部)廢舊輪胎資源循環利用產業園
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再生技術應用吉林篇

就地熱再生技術

——在吉林省的應用

 

一、 前言

國家“十二五”規劃的編制建議中提出,今后我國的資源利用效率要顯著提高,單位國內生產總值能源消耗要比“十一五”末期降低20%左右。因此,瀝青路面的就地熱再生技術將對降低建設成本、合理利用資源、保護生態環境以及促進我國公路建設的技術發展都有著重大的意義。

二、吉林省就地熱再生應用概況

吉林省屬溫帶季風氣候區,四季分明。春季較短,干燥多風;夏季溫熱多雨,炎熱天氣不多;秋季氣爽,日夜溫差大;冬季漫長較寒冷,平均氣溫4.8℃,最高溫度39.5℃,最低溫度-39.8℃,年平均降水量522至615毫米,夏季降水量占全年降水量的60%以上。

吉林省位于中國東北地區中部,處于日本、俄羅斯、朝鮮、韓國、蒙古與中國東北部組成的東北亞的腹心地帶。北接黑龍江,南接遼寧省,西鄰內蒙古自治區,東與俄羅斯接壤,東南部以圖們江、鴨綠江為界,與朝鮮民主主義人民共和國隔江相望。東西長650公里,南北寬300公里。

如此咽喉地帶,交通運輸不可或缺,近年來公路網建設飛速發展,截止2017年底,吉林省高速公路里程為3097.1公里,一級公路866.2公里,二級公里128.5公里。在吉林省公路里程增加的同時,部分國省干線以及高速公路也相繼進入了改建和養護時期,根據資料顯示,目前每年約有12%的瀝青路面需要翻修,而且這個數字是以每年15%的速度增長的。因此就地熱再生技術的應用具有重要的經濟意義,同時,這項技術也是保護環境、重復利用資源的“可持續發展”戰略在公路建設中的具體體現。

吉林嘉鵬集團有限公司從2006年開始就地熱再生技術的研究,對吉林省內多條高速及國省干線進行再生維修養護,應用就地熱再生技術進行維修養護的線路有:長營高速、長平高速、長余高速、長吉高速、長雙公路九開公路、長清公路、黑大公路、集錫公路等,累積工程量達1293927.1m2

三、吉林嘉鵬集團有限公司在吉林省就地熱再生代表應用工程實例

1、 工程名稱:長雙公路                 

    業主單位:吉林省公路管理局

    施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

     量:60300 m2

施工工期:2006年5月2006年8月

工程概況:長鄭線起點為長春終點為雙遼市原為三級路,1998年進行二級路改建,路面寬度為9米。本工程再生厚度為4㎝,再生寬度為9米,級配類型為AC-16。

 

過五通車運營,我公司2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。

 

2、 工程名稱:集錫公路                 

    業主單位:吉林省公路管理局

    施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

     量:35200 m2

施工工期:2008年8月2008年9月

工程概況:集錫線K189+000K193+000段位于柳河縣楊家街,原路面結構

為上面層4㎝SMA-16瀝青混合料,下面層6㎝瀝青混合料。路面主要病害為網

裂、沉陷、車轍、擁包。本工程再生上面層厚4㎝,由于原路面SMA-16混合料

級配偏細,經再生混合料試驗確定添加20%的新料,使再生后路面滿足SMA-16

型瀝青混合料的各項指標。

 

經多年通車運營,我們于2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。

 

3、 工程名稱:長余高速                 

    業主單位:吉林省高速公路管理局

    施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

     量:48600 m2

施工工期:2009年6月2009年7月

工程概況:長余高速公路于2001年建成通車設計雙向4車道,結構為瀝青混凝土路面。上面層SMA-16厚4㎝,中面層5㎝,下面層6㎝.基層為二灰碎石結構。該路面主要病害是SMA-16上面層碾壓不夠密實產生車轍,級配偏粗超出下。路面彎沉評定良好中面層以下結構完好。再生方案為再生上面層4㎝,添加10%新拌SMA-16瀝青混合料。

經兩年通車運營,我們于2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。 

 

4、工程名稱:黑大公路                 

   業主單位:吉林省公路管理局

   施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

    量:204574 m2

施工工期:2009720099月

工程概況:黑大公路K881+000K925+000段,路面寬度為9米,路面病害主

要是龜裂、車轍、沉陷,舊路面結構為7-10㎝瀝青混凝土面層,道路整體強度

較好。本工程再生厚度為3.3㎝,寬度為9米。再生路面結構為AC-13型瀝青混合

料,添加10%的9.5-13.2mm新料。

 

經兩年通車運營,我們于2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。

5、 工程名稱:長吉高速                 

    業主單位:吉林省高速公路管理局

    施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

     量:290172.3 m2

施工工期:2010年5月2010年9月

工程概況:長吉高速路面主要病害為貧油,網裂、縱向裂縫,路面經彎沉檢測符合要求,同時原路級配較好。主要是路面老化,本工程只對上面層再生,再生厚度4㎝,添加10%新的AC-16瀝青混合料。

 

經一年的通車運營,我們于2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。

 

6、 工程名稱:九開公路                 

    業主單位:吉林省公路管理局

    施工工藝:復拌型就地熱再生工藝    

     量:22927.5

施工工期:2010年7月2010年8月

工程概況:九開線K6+590K19+000段公路主要病害為沉陷及車轍,但路面結構強度評價較好,路面承載力較好。本工程路面再生厚度為6㎝,在原路結構基礎上添加35%新料,再生后路面為SMA-16瀝青混凝土結構,經就地再生后各項指標均達到標準要求。

 

經一年通車運營,我們于2011年初進行回訪,路面運行狀態良好,沒有不良病害的產生。

 

四、路況調查

對于要進行就地熱再生的路段,事先做充分的路況調查,根據路面的病害類

型,病害程度等因素,有針對性的制定維修改造方案。以下是就地熱再生技術應

用的主要病害類型:

 

車轍—是道路行車軌跡上的縱向凹陷。瀝青路面發生的車轍有三種類型,分別是磨損性車轍、結構性車轍和失穩性車轍。車轍通常在雨后車轍槽內充滿水時更加明顯。

 





龜裂——由于重復荷載的作用所引起的一系列相互連接的裂紋,具有多邊,尖角塊,像鱷魚皮的形狀。

 

 



 

沉陷——是路面的突然向下推移,通常最初移動的是下面的基層或路基凹陷。

 

 

 

 


擁包——是一種永久性變形,是由于瀝青路面的縱向塑性運動引起的。

 

 

 

 


 

泛油——是光澤的像玻璃一樣反射的路面區域,通常在炎熱的天氣下十分粘稠(由于有一層過多的瀝青膜)。泛油的部分很滑,尤其在潮濕的冬天。

 




 

坑槽——是由于相當厚度的瀝青面層損失形成的碗形路面缺陷。

 

 

 

 


 

五、病害調查及再生混合料配合比設計

根據舊路面調查情況將再生路段分為幾個段落,在各自段落內通過將舊路車轍橫斷切片切下或取芯等方式選取代表性樣品,然后對舊路面瀝青混合料進行室內試驗分析,檢測舊路面瀝青混合料的質量,包括油石比、礦料級配、礦料質量、舊瀝青的各項技術指標等,用這些數據綜合分析路面病害產生的原因; 

 

1、對具有代表性的樣品進行抽提試驗,從而確定原路面材料的瀝青含量,并對抽提后的礦料作篩分試驗。據此,確定所需要的再生劑、新瀝青以及新集料的摻配比例。以下是公司在吉林省多條公路施工中取具代表性的路段的數據分析,

 

 

1  九開公路再生前舊路SMA-16級配

篩孔直徑(mm)

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

通過率實測值

99.48

92.19

83.50

69.41

42.69

30.40

24.70

18.60

12.66

10.53

9.31

級配上限

100

100

85

65

32

24

22

18

15

14

12

級配下限

100

90

65

45

20

15

14

12

10

9

8

級配中值

100

95

75

55

26

19.5

18

15

12.5

11.5

10

 

  

2  九開公路再生后SMA-16級配(摻加35%新集料)

篩孔直徑(mm)

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

通過率實測值

100

91.00

80.18

56.29

29.52

21.17

17.83

14.05

10.17

8.67

7.49

級配上限

100

100

85

65

32

24

22

18

15

14

12

級配下限

100

90

65

45

20

15

14

12

10

9

8

級配中值

100

95

75

55

26

19.5

18

15

12.5

11.5

10

 

  

3  集錫公路再生前舊路SMA-16級配

篩孔直徑(mm)

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

通過率實測值

100

98.8

79.6

65.5

34.7

22.1

18

14

11.8

9.5

6.6

級配上限

100

100

85

65

32

24

22

18

15

14

12

級配下限

100

90

65

45

20

15

14

12

10

9

9

級配中值

100

95

75

55

26

19.5

18

15

12.5

11.5

10.5

 

  

4  集錫公路再生后SMA-16級配(摻加20%新料)

篩孔直徑(mm)

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

通過率實測值

100

94.52

75.11

53.03

25.05

15.95

13.95

12.88

11.02

8.71

8.39

級配上限

100

100

85

65

32

24

22

18

15

14

12

級配下限

100

90

65

45

20

15

14

12

10

9

9

級配中值

100

95

75

55

26

19.5

18

15

12.5

11.5

10.5

 

  

5  長清公路再生前舊路AC-16級配

篩孔直徑(mm

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

實測值

100

98.8

90.1

68.6

30.4

20.1

18.0

14.0

11.8

9.5

6.6

級配上限

100

100

92

80

62

48

36

26

18

14

8

級配下限

100

90

76

60

34

20

13

9

7

5

4

級配中值

100

100

95

76.5

53

37

26.5

19

13.5

10

6

 

  

6  長清公路再生后AC-16級配

篩孔直徑(mm

19

16

13.2

9.5

4.75

2.36

1.18

0.6

0.3

0.15

0.075

實測值

100

96.12

85.84

67.19

42.42

27.25

19.56

13.61

9.87

7.70

5.75

級配上限

100

100

92

80

62

48

36

26

18

14

8

級配下限

100

90

76

60

34

20

13

9

7

5

4

級配中值

100

100

95

76.5

53

37

26.5

19

13.5

10

6

 

 

2、采用阿布森法將抽提試驗中的瀝青進行回收,然后測定瀝青的針入度、延度及軟化點,以判斷舊瀝青的老化程度,添加不同比例的再生劑對之性能進行改善。在原路面瀝青混合料中加入設計用量的再生劑,進行混合料性能試驗。

 

7  原路瀝青及瀝青混合料再生前后性能對比

項目

瀝青

瀝青混合料

再生前

再生后

再生后

針入度(0.1mm

軟化點(℃)

延度(cm

針入度(0.1mm

軟化點(℃)

延度(cm

動穩

定度

凍融

劈裂

小梁

彎曲

車轍cm

再生前

再生后

就地熱再生

九開公路

58.3

48.6

60.4

74.4

45.9

95.1

2459

95.6

3312

4.2

0.1

集錫公路

52.0

52.5

66

83

47.3

100

2254

92.1

3456

2.1

0

長清公路

43.5

52.3

38.2

74.5

47.1

91.2

1967

95.4

2896

4.0

0

 

標準

——

——

60~80

43

——

——

800

75

2300

 

0.5

六、復拌型就地熱再生施工工藝簡介

1、先進的機械配置

      

維特根4500就地熱再生機組

 

 

維特根HM4500加熱機

 

 

維特根RX4500再生機

 

                     

悍馬雙驅雙振壓路機                     重型膠輪壓路機

2、工藝原理

1)復拌型再生工藝原理

采用就地熱再生機組對舊路面分三次預加熱,耙松(再生機噴灑再生劑的噴嘴在耙松裝置內,噴灑再生劑的劑量,是再生瀝青混合料設計階段試驗室對老化瀝青抽提還原,選擇摻入最佳再生劑量,達到舊瀝青再生指標及再生瀝青混合料指標)、復拌:耙松后的再生料進入再生機拌缸進行拌合,摻加一定比例的新瀝青混合料一般控制在30%以內,摻加的新料從再生機前端進料倉傳輸過來,從再生機組拌缸頂部進入,與耙松后收集到拌缸內的再生混合料拌合,攤鋪:經再生機攤鋪系統將復拌再生混合料攤鋪。

 

 

 

2)再生劑還原舊路面瀝青的應用原理

瀝青在路面使用過程中,由于環境、荷載等因素,特別是在水分紫外線的作用下,產生老化導致瀝青性能降低。再生劑依據飽和分、芳香分含量的調合油來還原老化瀝青的化學成分,恢復其膠體結構;并摻有高效的滲透劑,活化物有效還原老化瀝青的基礎物理指標,使再生劑與老化瀝青具有良好的相溶性。避免再生劑的析出及與舊瀝青融合不良現象,同時添加了抗氧化成分,最大限度還原、恢復瀝青原來的路用性能,從而使老化瀝青得以再生利用,并能提升延長再生路面的壽命。

 

3、工藝流程

1)路面調查

對施工路段進行詳細調查,了解原路面結構、路面病害類型、路面老化程度和混合料組成情況;確定處理方案和設計施工配比等。

2)施工配合比設計

根據路面調查分析確定的分段處理方案,進行再生混合料生產配合比設計,驗證再生混合料綜合力學指標,(包括舊瀝青路面抽提、添加再生劑量、還原瀝青三大指標及馬歇爾、車轍、凍融試驗等);

 

3)路面處理

事先挖補超過施工深度的病害、用山貓

小型銑刨機清除路面熱熔標線、文字以及突

起路標。


            (4)清掃舊路面

用鐵鏟清除路面泥塊、雜物,用掃帚、

吹風機將路面清理干凈;以免雜物混入再

生混合料內。

 

 


 

5)加熱舊路面

加熱機加熱舊路面時,要嚴格控制加

熱溫度、行走速度及車輛間距。

 

 

 

 

6)耙松

控制耙松深度,檢查耙松邊緣溫度,

耙松層地面應由足夠的粗糙度。

 

 

 

7)噴灑再生劑

準確地按設計劑量噴灑再生劑,隨

耙松深度變化實時調整再生劑用量。


8)再生料與新料拌合

再生劑與舊瀝青混合料經再生機翻

松裝置翻松,并收集入再生復拌機攪拌

鍋內,進行第二次強制攪拌。

 

 

 

  

9)再生料攤鋪

拌合好的再生混合料通過

再生機第一攪龍將混合料均勻

的輸送到第一熨平板前并攤鋪

到再生路面上。

 

 

 

 

10)碾壓

采用雙鋼輪振動

路機和輪胎壓路機配合進行初

壓,復壓,終壓。

 


11)開放交通

路面溫度降低到50℃以下時,開放交通。

 

 

 


七、結語

就地熱再生技術實現了舊路面材料100%的就地再生利用,充分做到了 “石料再用、瀝青再生”的目標,既節省了大量的原材料,同時也不需要運輸廢棄料和準備廢棄料堆放場地。不但節省了運輸費用,也避免了占用土地,更避免了環境污染,符合國家的環境保護政策,也符合國家建設節約型社會、實現循環經濟的要求,滿足建設資源節約型和環境友好型的交通行業建設需要
    采用就地熱再生技術,工序簡單,工藝流程緊湊,其施工效率優于傳統銑刨攤鋪的施工方法,具有轉場快捷、施工速度快的特點。施工時只需封閉一個車道,其余車道可以開放交通,最大限度地減少了路面維修施工給交通帶來的干擾和影響,保證了道路的通行能力,大大降低了施工安全隱患。
    另外,采用就地熱再生技術,由于再生層與原路面下承層材料的結合是熱粘結,兩者嵌擠成為一個整體,免了層間結合不良的問題。而銑刨攤鋪的傳統方法,其層間結合為冷結合,勢必存在弱結合面,結合面的剪切強度遠不如就地熱再生的熱粘結方式。此外,采用就地熱再生技術施工時,縱向接縫均為熱粘結,與傳統銑刨攤鋪施工工藝的冷接縫完全不同,徹底避免了接縫處雨水下而與層間界面脫離產生的病害。在整個就地熱再生施工過程中,專用設備的行進速度,加熱溫度、耙松深度、再生劑用量、新料加輔的用量均采用電腦控制聯量控制相對比較簡單,基于上述技術優勢,嘉鵬公司以科技研發為保障,豐富的施工經驗、高效務實的團隊,得到了越來越多業主單位的認可,嘉鵬公司愿和所有業主、同行們一起推動全國再生技術的發展。