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2014-12-27 05:25:22陶清容
科技視界 2014年5期
陶清容 郭 偉
(重慶交通大學(xué) 土木與建筑學(xué)院，中國 重慶400074)
0 引言
公路養(yǎng)護(hù)的核心內(nèi)容是路面養(yǎng)護(hù)，就地?zé)嵩偕鳛橐环N新型的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)因其再生效果好,開放交通快等特點(diǎn)已經(jīng)被廣大養(yǎng)護(hù)單位所接受。對(duì)瀝青路面再生的首要條件是對(duì)瀝青的再生，通過加入一定比例的再生劑可以提高或恢復(fù)老化瀝青的路用性能，瀝青的再生是老化的逆過程。就地?zé)嵩偕氖┕r(shí)間較短，因此有必要對(duì)再生劑的添加方式進(jìn)行研究，以更好的完成路面再生工程。
1 熱風(fēng)循環(huán)式就地?zé)嵩偕?jiǎn)介
復(fù)拌型瀝青路面就地?zé)嵩偕O(shè)備通常由兩臺(tái)加熱機(jī)、一臺(tái)銑刨機(jī)和一臺(tái)復(fù)拌機(jī)組成，配合若干運(yùn)輸新瀝青混合料的料車、瀝青攤鋪機(jī)與碾壓設(shè)備，共同組成瀝青路面就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組。
圖1 瀝青路面就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組
在施工中，加熱機(jī)首先對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行預(yù)熱，使熱量沿瀝青路面縱向進(jìn)行傳遞，軟化舊路面。熱銑刨機(jī)是該技術(shù)的第二道工序，銑刨機(jī)通過銑刨鼓的銑削作用使舊路面面層舊料被完整的銑削，同時(shí)按照工程實(shí)際情況添加一定比例的再生劑和新瀝青，盡可能恢復(fù)老化瀝青的路用性能。銑刨系統(tǒng)后是復(fù)拌系統(tǒng)，復(fù)拌機(jī)通過接受新料以改變舊路面不合理級(jí)配，并通過雙臥軸式攪拌缸強(qiáng)制攪拌新舊混合料，形成再生混合料。最后再生混合料通過攤鋪、壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)路面的再生。
2 道路瀝青的再生機(jī)理
在瀝青中，分子量很高的瀝青質(zhì)不能直接溶于分子量很小的芳香分和飽和分的介質(zhì)中。瀝青之所以能形成穩(wěn)定的膠體，是因?yàn)閺?qiáng)極性的瀝青質(zhì)吸附極性較強(qiáng)的膠質(zhì)，膠質(zhì)中極性最大部分吸附在瀝青質(zhì)表面，然后逐步向外擴(kuò)散，極性逐漸減小，芳香度也逐漸減弱，距離瀝青質(zhì)越遠(yuǎn)則極性越小，直至與芳香分接近，甚至到幾乎沒有極性的飽和分，它們的極性時(shí)逐步遞變的，沒有明顯的分界線[1]。
瀝青的化學(xué)性質(zhì)和使用性能很大程度上取決于其膠體體系的性質(zhì)，而能否形成穩(wěn)定的膠體體系又與其化學(xué)組成密切相關(guān)[2]。因此，性能優(yōu)良的瀝青，其化學(xué)組分之間應(yīng)保持適度的匹配，以形成穩(wěn)定的膠體體系。從化學(xué)組分的角度分析瀝青的老化機(jī)理可以看出:要使老化瀝青恢復(fù)原有性能、即將老化瀝青和原瀝青的組分進(jìn)行比較后，向老化瀝青中加入所缺少的組分，使組分重新協(xié)調(diào)。但瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，即使化學(xué)組分相同的瀝青，因?yàn)樗鼈兊挠驮椿鶎偌吧a(chǎn)工藝不同，化學(xué)結(jié)構(gòu)可能會(huì)相差很遠(yuǎn)，其路用性能可能有很大變化。同時(shí)要合成某種固定組分的再生劑，工藝上有相當(dāng)大的難度.對(duì)設(shè)備和工藝都有很高的要求，成本也高。所以用化學(xué)組分為指標(biāo)來控制舊瀝青的再生不現(xiàn)實(shí)。
3 再生劑添加方式對(duì)再生質(zhì)量的影響
通過施工工序發(fā)現(xiàn)，對(duì)既有瀝青混凝土面層的再生首先是對(duì)瀝青的再生，它是老化的逆過程。通過加入再生劑，使瀝青質(zhì)相對(duì)含量降低，從而提高瀝青針入度和延度，使其恢復(fù)或接近原來的性能。舊路面老化瀝青的再生是真正意義的再生，是整個(gè)技術(shù)的重點(diǎn)。
影響再生劑再生效果的因素有兩個(gè)：首先，保證再生劑與舊料的結(jié)合時(shí)間。其次，在時(shí)間充足的情況下瀝青與再生劑要達(dá)到近似均勻混合物必須滿足以下三個(gè)條件：
（1）老化瀝青與再生劑必須達(dá)到機(jī)械混合均勻。
（2）老化瀝青與再生劑有較好的相容性。
（3）再生劑能在老化瀝青中很好的擴(kuò)散。其中擴(kuò)散速率受多方面因素的影響，例如：溫度、瀝青層與再生劑層的厚度等[3]。
在熱風(fēng)循環(huán)式就地?zé)嵩偕┕み^程中再生劑的添加方式按工序可以有兩種：第一種是新舊料混合后，在復(fù)拌機(jī)的攪拌缸內(nèi)進(jìn)行添加。另一種則在新舊料混合前，對(duì)舊料單獨(dú)加再生劑。
（1）在攪拌缸內(nèi)添加再生劑。這種方式類似于廠拌熱再生再生劑的添加方式。此時(shí)舊料經(jīng)過復(fù)拌機(jī)螺旋布料器布開，由加熱板獲得一個(gè)較為均勻的溫度后由刮板刮料器輸送新舊料進(jìn)入雙臥軸式強(qiáng)制攪拌缸強(qiáng)制攪拌，此時(shí)的混合料溫度較高且均勻，對(duì)混合料的再生質(zhì)量比較有保障。但此時(shí)為新舊混合料，再生劑不一定能很好的與舊料發(fā)生反應(yīng)，而且攪拌后混合料直接進(jìn)入攤鋪機(jī)的料斗進(jìn)行攤鋪，再生劑的作用時(shí)間較短。
（2）在新舊混合料混合前將再生劑與舊料先行拌合。森遠(yuǎn)熱再生機(jī)組的再生劑添加方式為這種形式。森遠(yuǎn)熱銑刨機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖2 熱銑刨機(jī)簡(jiǎn)圖
熱銑刨機(jī)工作時(shí)，當(dāng)加熱機(jī)機(jī)組對(duì)路面加熱達(dá)到一定溫度后，熱銑刨機(jī)自帶的加熱板對(duì)舊路面再一次進(jìn)行加熱軟化，左右銑刨機(jī)先對(duì)路面兩端進(jìn)行銑刨，銑削下來的舊料在銑刨鼓螺旋刀具排列的作用下，跟隨銑刨鼓表面旋轉(zhuǎn)或者被拋投到舊路面，此時(shí)銑削下來的舊料由路邊兩側(cè)向路面中央堆積、靠攏。
再生劑系統(tǒng)位于左右銑刨鼓和中間銑刨鼓之間，當(dāng)銑刨鼓開始工作時(shí)，左右銑刨鼓先銑削路面，此時(shí)打開再生劑供應(yīng)系統(tǒng)，使再生劑流入中間未銑刨的瀝青路面處。再生劑此時(shí)的溫度大概為70℃左右，此時(shí)的再生劑有良好的流動(dòng)性，可以較好的與舊路面進(jìn)行溶合，有利于提高再生質(zhì)量。
中間銑刨鼓最后銑削路面，此時(shí)左右銑刨鼓銑削下來的舊料已經(jīng)堆置到中間銑刨鼓的銑削寬度范圍內(nèi)。該銑刨鼓的作用有兩個(gè)：一是對(duì)舊路面中間部分進(jìn)行銑削；二是使舊料和再生劑與新瀝青進(jìn)行初步拌合。在銑刨鼓的作用下，舊料被分批逐步推移到路中央最后形成一梯形截面的長條形料壟，該梯形料壟是在中間銑刨鼓的收料作用下聚集到路中央的，此時(shí)舊料和再生劑以及新瀝青之間已經(jīng)進(jìn)行了初步拌合。由于此時(shí)銑刨下來的舊料具有一定的溫度，大概為90℃至110℃。如果不對(duì)舊料采取保溫措施，由于風(fēng)速和環(huán)境因素的影響，舊料的溫度下降會(huì)很快，不但影響再生劑的效果，而且會(huì)影響后續(xù)復(fù)拌機(jī)處新舊混合料的溫度，進(jìn)而影響攤鋪機(jī)的攤鋪效果和壓路機(jī)的壓實(shí)效果，造成路面質(zhì)量問題。因此在機(jī)組的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者利用了銑刨機(jī)的收料效果，將舊料收集成梯形截面，大大減少了舊料和空氣的對(duì)流傳熱和熱輻射，保證了舊料的溫度，同時(shí)也使再生劑和舊料有充足的溶合時(shí)間，提高了再生效果。
4 總結(jié)
本文以森遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的SY4500型瀝青路面再生機(jī)組為對(duì)象，對(duì)再生劑的添加方式及與瀝青的作用方式進(jìn)行研究，分析了再生劑可能添加的位置，并對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比分析。為保證更好的再生質(zhì)量，再生劑系統(tǒng)應(yīng)該位于左右銑刨鼓和中間銑刨鼓之間，在新舊混合料混合前將再生劑與舊料先行拌合。
［1］沈金安.瀝青及混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.
［2］王永剛.廢舊瀝青再生[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2003，21.
［3］季節(jié)，徐世法，羅曉輝.重復(fù)再生瀝青混合料及溫拌瀝青混合料性能評(píng)價(jià)[M].北京：人民交通出版社，2011，05.
［4］袁堂濤，孫山.SY4500型熱再生設(shè)備在高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007，4.
［5］劉琳琳.瀝青路面就地?zé)嵩偕に囇芯縖D].大連：大連理工大學(xué)，2005，12.
［6］張敏英.瀝青熱再生材料及設(shè)備的研究[D].西安：長安大學(xué)，2005，04.
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0 引言
公路養(yǎng)護(hù)的核心內(nèi)容是路面養(yǎng)護(hù)，就地?zé)嵩偕鳛橐环N新型的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)因其再生效果好,開放交通快等特點(diǎn)已經(jīng)被廣大養(yǎng)護(hù)單位所接受。對(duì)瀝青路面再生的首要條件是對(duì)瀝青的再生，通過加入一定比例的再生劑可以提高或恢復(fù)老化瀝青的路用性能，瀝青的再生是老化的逆過程。就地?zé)嵩偕氖┕r(shí)間較短，因此有必要對(duì)再生劑的添加方式進(jìn)行研究，以更好的完成路面再生工程。
1 熱風(fēng)循環(huán)式就地?zé)嵩偕?jiǎn)介
復(fù)拌型瀝青路面就地?zé)嵩偕O(shè)備通常由兩臺(tái)加熱機(jī)、一臺(tái)銑刨機(jī)和一臺(tái)復(fù)拌機(jī)組成，配合若干運(yùn)輸新瀝青混合料的料車、瀝青攤鋪機(jī)與碾壓設(shè)備，共同組成瀝青路面就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組。
圖1 瀝青路面就地?zé)嵩偕鷻C(jī)組
在施工中，加熱機(jī)首先對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行預(yù)熱，使熱量沿瀝青路面縱向進(jìn)行傳遞，軟化舊路面。熱銑刨機(jī)是該技術(shù)的第二道工序，銑刨機(jī)通過銑刨鼓的銑削作用使舊路面面層舊料被完整的銑削，同時(shí)按照工程實(shí)際情況添加一定比例的再生劑和新瀝青，盡可能恢復(fù)老化瀝青的路用性能。銑刨系統(tǒng)后是復(fù)拌系統(tǒng)，復(fù)拌機(jī)通過接受新料以改變舊路面不合理級(jí)配，并通過雙臥軸式攪拌缸強(qiáng)制攪拌新舊混合料，形成再生混合料。最后再生混合料通過攤鋪、壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)路面的再生。
2 道路瀝青的再生機(jī)理
在瀝青中，分子量很高的瀝青質(zhì)不能直接溶于分子量很小的芳香分和飽和分的介質(zhì)中。瀝青之所以能形成穩(wěn)定的膠體，是因?yàn)閺?qiáng)極性的瀝青質(zhì)吸附極性較強(qiáng)的膠質(zhì)，膠質(zhì)中極性最大部分吸附在瀝青質(zhì)表面，然后逐步向外擴(kuò)散，極性逐漸減小，芳香度也逐漸減弱，距離瀝青質(zhì)越遠(yuǎn)則極性越小，直至與芳香分接近，甚至到幾乎沒有極性的飽和分，它們的極性時(shí)逐步遞變的，沒有明顯的分界線[1]。
瀝青的化學(xué)性質(zhì)和使用性能很大程度上取決于其膠體體系的性質(zhì)，而能否形成穩(wěn)定的膠體體系又與其化學(xué)組成密切相關(guān)[2]。因此，性能優(yōu)良的瀝青，其化學(xué)組分之間應(yīng)保持適度的匹配，以形成穩(wěn)定的膠體體系。從化學(xué)組分的角度分析瀝青的老化機(jī)理可以看出:要使老化瀝青恢復(fù)原有性能、即將老化瀝青和原瀝青的組分進(jìn)行比較后，向老化瀝青中加入所缺少的組分，使組分重新協(xié)調(diào)。但瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，即使化學(xué)組分相同的瀝青，因?yàn)樗鼈兊挠驮椿鶎偌吧a(chǎn)工藝不同，化學(xué)結(jié)構(gòu)可能會(huì)相差很遠(yuǎn)，其路用性能可能有很大變化。同時(shí)要合成某種固定組分的再生劑，工藝上有相當(dāng)大的難度.對(duì)設(shè)備和工藝都有很高的要求，成本也高。所以用化學(xué)組分為指標(biāo)來控制舊瀝青的再生不現(xiàn)實(shí)。
3 再生劑添加方式對(duì)再生質(zhì)量的影響
通過施工工序發(fā)現(xiàn)，對(duì)既有瀝青混凝土面層的再生首先是對(duì)瀝青的再生，它是老化的逆過程。通過加入再生劑，使瀝青質(zhì)相對(duì)含量降低，從而提高瀝青針入度和延度，使其恢復(fù)或接近原來的性能。舊路面老化瀝青的再生是真正意義的再生，是整個(gè)技術(shù)的重點(diǎn)。
影響再生劑再生效果的因素有兩個(gè)：首先，保證再生劑與舊料的結(jié)合時(shí)間。其次，在時(shí)間充足的情況下瀝青與再生劑要達(dá)到近似均勻混合物必須滿足以下三個(gè)條件：
（1）老化瀝青與再生劑必須達(dá)到機(jī)械混合均勻。
（2）老化瀝青與再生劑有較好的相容性。
（3）再生劑能在老化瀝青中很好的擴(kuò)散。其中擴(kuò)散速率受多方面因素的影響，例如：溫度、瀝青層與再生劑層的厚度等[3]。
在熱風(fēng)循環(huán)式就地?zé)嵩偕┕み^程中再生劑的添加方式按工序可以有兩種：第一種是新舊料混合后，在復(fù)拌機(jī)的攪拌缸內(nèi)進(jìn)行添加。另一種則在新舊料混合前，對(duì)舊料單獨(dú)加再生劑。
（1）在攪拌缸內(nèi)添加再生劑。這種方式類似于廠拌熱再生再生劑的添加方式。此時(shí)舊料經(jīng)過復(fù)拌機(jī)螺旋布料器布開，由加熱板獲得一個(gè)較為均勻的溫度后由刮板刮料器輸送新舊料進(jìn)入雙臥軸式強(qiáng)制攪拌缸強(qiáng)制攪拌，此時(shí)的混合料溫度較高且均勻，對(duì)混合料的再生質(zhì)量比較有保障。但此時(shí)為新舊混合料，再生劑不一定能很好的與舊料發(fā)生反應(yīng)，而且攪拌后混合料直接進(jìn)入攤鋪機(jī)的料斗進(jìn)行攤鋪，再生劑的作用時(shí)間較短。
（2）在新舊混合料混合前將再生劑與舊料先行拌合。森遠(yuǎn)熱再生機(jī)組的再生劑添加方式為這種形式。森遠(yuǎn)熱銑刨機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
圖2 熱銑刨機(jī)簡(jiǎn)圖
熱銑刨機(jī)工作時(shí)，當(dāng)加熱機(jī)機(jī)組對(duì)路面加熱達(dá)到一定溫度后，熱銑刨機(jī)自帶的加熱板對(duì)舊路面再一次進(jìn)行加熱軟化，左右銑刨機(jī)先對(duì)路面兩端進(jìn)行銑刨，銑削下來的舊料在銑刨鼓螺旋刀具排列的作用下，跟隨銑刨鼓表面旋轉(zhuǎn)或者被拋投到舊路面，此時(shí)銑削下來的舊料由路邊兩側(cè)向路面中央堆積、靠攏。
再生劑系統(tǒng)位于左右銑刨鼓和中間銑刨鼓之間，當(dāng)銑刨鼓開始工作時(shí)，左右銑刨鼓先銑削路面，此時(shí)打開再生劑供應(yīng)系統(tǒng)，使再生劑流入中間未銑刨的瀝青路面處。再生劑此時(shí)的溫度大概為70℃左右，此時(shí)的再生劑有良好的流動(dòng)性，可以較好的與舊路面進(jìn)行溶合，有利于提高再生質(zhì)量。
中間銑刨鼓最后銑削路面，此時(shí)左右銑刨鼓銑削下來的舊料已經(jīng)堆置到中間銑刨鼓的銑削寬度范圍內(nèi)。該銑刨鼓的作用有兩個(gè)：一是對(duì)舊路面中間部分進(jìn)行銑削；二是使舊料和再生劑與新瀝青進(jìn)行初步拌合。在銑刨鼓的作用下，舊料被分批逐步推移到路中央最后形成一梯形截面的長條形料壟，該梯形料壟是在中間銑刨鼓的收料作用下聚集到路中央的，此時(shí)舊料和再生劑以及新瀝青之間已經(jīng)進(jìn)行了初步拌合。由于此時(shí)銑刨下來的舊料具有一定的溫度，大概為90℃至110℃。如果不對(duì)舊料采取保溫措施，由于風(fēng)速和環(huán)境因素的影響，舊料的溫度下降會(huì)很快，不但影響再生劑的效果，而且會(huì)影響后續(xù)復(fù)拌機(jī)處新舊混合料的溫度，進(jìn)而影響攤鋪機(jī)的攤鋪效果和壓路機(jī)的壓實(shí)效果，造成路面質(zhì)量問題。因此在機(jī)組的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者利用了銑刨機(jī)的收料效果，將舊料收集成梯形截面，大大減少了舊料和空氣的對(duì)流傳熱和熱輻射，保證了舊料的溫度，同時(shí)也使再生劑和舊料有充足的溶合時(shí)間，提高了再生效果。
4 總結(jié)
本文以森遠(yuǎn)公司生產(chǎn)的SY4500型瀝青路面再生機(jī)組為對(duì)象，對(duì)再生劑的添加方式及與瀝青的作用方式進(jìn)行研究，分析了再生劑可能添加的位置，并對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比分析。為保證更好的再生質(zhì)量，再生劑系統(tǒng)應(yīng)該位于左右銑刨鼓和中間銑刨鼓之間，在新舊混合料混合前將再生劑與舊料先行拌合。
［1］沈金安.瀝青及混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.
［2］王永剛.廢舊瀝青再生[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2003，21.
［3］季節(jié)，徐世法，羅曉輝.重復(fù)再生瀝青混合料及溫拌瀝青混合料性能評(píng)價(jià)[M].北京：人民交通出版社，2011，05.
［4］袁堂濤，孫山.SY4500型熱再生設(shè)備在高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2007，4.
［5］劉琳琳.瀝青路面就地?zé)嵩偕に囇芯縖D].大連：大連理工大學(xué)，2005，12.
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