京港澳高速公路出京K20-K35路面就
地热再生技术研究
关于《 京港澳高速公路出京K20-K35路面就地热再生技术研究 》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。
摘要：北京市已建成的高速公路里程近900公里，高速公路架构已基本形成。随着高速公路使用年限的增长，路面大中修工程量逐年增加。路面大中修工程常规的施工方案是铣刨掉老化和破损严重的旧路面，回铺新的沥青混凝土中、下面层后全幅罩面。这种施工方法不可避免地要使用大量的石料和沥青，铣刨料成为废料，占用大量土地资源，且污染存放地周边环境。而且沥青混和料在生产加工及施工过程中会出现影响环境的三废。生产加工过程中需要大量能源，与当前提倡的节能环保的社会需求也不想适应。本文结合就地热再生在京港澳高速公路出京K20-K35施工中取得的成果和存在的问题进行浅层次研究， 下载论文网
为以后北京市的就地热再生施工提供借鉴。 关键词：就地热再生 施工 优越性 局限性
Abstract: Beijing already built into the highway mileage nearly 900 kilometers, the highway structure has basically taken shape. Along with the growth of the highway use fixed number of year, the road DaZhongXiu bill increases year by year. Pavement DaZhongXiu engineering conventional construction scheme is milling planer off aging and damage of the serious old pavement, back to spread in the asphalt concrete, the new layer the picture after face of the cover. The construction method inevitably will use a lot of stone and asphalt, milling planer material become waste, takes up much of the land resources, and alteration of the surrounding environment pollution. And asphalt mixing materials in production process and construction process of \"three wastes\" will appear affect the environment. Production process needs a lot of energy, and the current advocate of energy conservation and environmental protection of social demand also don't want to adapt. This paper is geothermal regeneration in Beijing to Hong Kong and Macao highway out of Beijing K20-K35 construction achievements and the existing problem of shallow level research,
After the Beijing for geothermal regeneration to provide reference for the construction.
Key words: geothermal regeneration construction superiority limitations
中图分类号：U412.36+6文献标识码：A 文章编号：
一、简要概况：
目前，北京市已建成的高速公路里程近900公里，高速公路架构已基本形成。随着高速公路使用年限的增长，路面大中修工程量逐年增加。路面大中修工程常规的施工方案是铣刨掉老化和破损严重的旧路面，回铺新的沥青混凝土中、下面层后全幅罩面。这种施工方法不可避免地要使用大量的石料和沥青。石料的大量开采必然对生态环境产生严重破坏。现在，北京市已经严格控制石料开采，北京地区路用沥青混凝土中的石料主要来源于张家口、承德、三河等周边地区，由于各地环境保护力度的加大，石料供应已凸显紧张。这将制约高速公路大中修工程的顺利实施，影响高速公路的正常运营，对高速公路的生存形成危机。高速公路沥青路面就地热再生技术，将可能成为解决这一瓶颈的方法之一，沥青再生技术将成为公路建设可持续发展战略的重要组成部分。因此，针对沥青路面就地热再生方法进行技术应用的研究，不仅蕴涵着显著的社会和经济效益，并将是公路建设可持续发展的一项战略举措。
旧沥青混凝土再生技术最早可追溯到十九世纪末二十世纪初，在二十世纪七十年代的美国、日本、欧洲和亚太地区的许多
国家在公路养护工程中开始大范围的推广使用这项技术。旧沥青混合料再生技术是一项经济、环保、资源节约型的路面修复技术。 2011年，以“迎国检”为契机，首发集团在京港澳高速公路出京K20-K35大修工程中，对原有的SMA-16改性沥青混凝土表面层进行了就地热再生施工。经过大量的试验检测、数据分析，从循环经济、节能减排、降低成本等方面综合分析，高速公路沥青路面现场热再生施工在中轻交通环境下具有优势。 二、沥青混凝土路面再生的定义：
沥青路面再生技术是一种通过特定工艺将旧沥青路面材料进行处理，得到满足路用要求的混合料，从而实现旧路面材料重复利用。
按再生技术类型可分为5种：场（厂）拌热再生，就地热再生，场（厂） 拌冷再生，就地冷再生，全深式再生。 热再生根据施工方式不同又分就地热再生和厂拌热再生，通过使用热再生设备对路面进行现场加热、翻松，掺入一定量新沥青混合料、乳化沥青等，经拌和、摊铺、碾压等工序, 一次性实现对表面一定深度范围的旧沥青路面现场再生的技术，还可废料再生利用。
（1）场（厂）拌热再生。场拌热再生技术是将旧沥青混凝土路面铣刨后运到沥青混合料拌和场（厂），通过破碎、筛分(必要时)，并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、集料级配等情况，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂（必要时）等进行
热态拌和，使混合料达到规定的各项指标，并按热拌沥青混合料的施工工艺重新铺筑路面。
（2）就地热再生。就地热再生技术是指利用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序, 一次性实现对表面一定深度范围内（一般不超过6cm）的旧沥青混凝土路面再生的一种技术。
三、沥青混凝土路面就地热再生技术的特点：
沥青路面就地热再生技术是适合于沥青路面面层连续修复的一种环保高效的沥青路面维修技术，该项技术是把需要翻修的旧沥青路面，经过现场机械加热(通常是25~60mm 深度)、耙松、添加沥青再生还原剂(根据沥青的老化程度、车辙深浅确定不同的添加量)旧料归集翻拌，再和新的沥青混合料复拌，现场摊铺碾压，从而达到消除路面病害、恢复路面性能的整套工艺技术，现场热再生施工工艺如下图所示：
现场热再生施工工艺图
四、改性沥青老化机理、再生原理以及再生剂作用： (1) 改性沥青的老化机理
沥青组分的变化是由氧和光引起的氧化、缩合作用造成的。氧化缩合作用的结果使油分中芳香烃分子量增加，向胶质转化；而饱和烃由于分子比较稳定，变化不大；胶质又向沥青质转化；而沥青质本身则聚合成更大的分子。沥青的老化过程反映到路用性能指标上表现为，针入度、延度指标减小，软化点指标增加。 (2) 改性沥青的再生原理
旧沥青再生，从某种意义上说，是沥青老化的逆过程。在旧沥青中加入某种组分的低粘度油分(再生剂)或适当粘度的沥青材料进行调配，使调配后的再生沥青具有适当的粘度和所需的路用性能。废旧沥青的再生就是把富含芳香烃的组分按一定比例调和到旧沥青中，使沥青质借助胶质更好地分散在芳香分和饱和分中，形成稳定的胶体结构。从而改变沥青的流变性能，使沥青性能达到质量指标的要求。施工中为了改善原沥青混凝土的级配，在再生的沥青混合料中适当添加少量新的改性沥青热拌混合料进行复拌摊铺。
(3)再生剂的作用及用量：
再生剂的一般定义为：“用以改善结合料的物理化学性质而
添加于沥青之中的材料”或“具有能改善已老化的沥青物理性能的碳氢化合物。”
1、调节旧沥青的粘度，使旧沥青过高的粘度降低，达到沥青混合料所需的粘度。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，和新沥青、新集料均匀混合。 2、渗入旧混合料中和旧沥青充分交融，使在老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶解分散，调节沥青胶体结构，从而达到改善沥青流变性质的目的。
3、根据原路面沥青老化情况添加再生剂的用量，一般情况下，再生剂掺加量控制在5%左右，过多增加再生剂掺加量后沥青混合料的动稳定度降低较大。
五、就地热再生施工工艺及施工过程中注意事项： （1）施工工艺：
1、清扫路面，画导向线：清扫路面，避免杂物混入混合料内。在路面再生宽度以外画导向线，也可将路面边缘线作为导向线，保证再生施工边缘顺直美观。
2、旧路面加热：原路面充分加热。不得因加热温度不足造成铣刨时集料破损，影响再生质量，不因加热温度过高造成沥青二次老化。减小再生列车各设备间距，减少热量损失。原路面加热宽度比铣刨宽度每侧至少宽出200mm。
3、旧路面耙松：耙松深度均匀，保证铣刨面有较好的粗糙度，且温度高于70℃。
4、再生剂喷洒：再生剂喷洒装置与再生复拌机行走速度联动并可自动控制，能准确按设计剂量喷洒。再生剂加热至不影响再生剂质量的最高温度，提高再生剂的流动性和与旧沥青的融合性。再生剂均匀喷入旧沥青混合料中。准确再生剂用量控制，施工过程中根据耙松深度的变化以及旧路面老化程度适时调整再生剂的用量。同时保证再生沥青混合料的均匀拌合。
5、摊铺：摊铺时匀速进行，施工速度为1.5--3m/min。混合料摊铺均匀，杜绝出现粗糙、拉毛、裂纹、离析等现象。根据再生层厚度调整摊铺熨平板的振捣规律，提高混合料的初始密度，减少热量损失。再生混合料的摊铺温度控制在140℃左右。 6、压实：就地热再生混合料的碾压配套使用大吨位的振动双钢轮压路机、胶轮压路机等压实机具。碾压紧跟摊铺进行，使用双钢轮压路机是尽量减少喷水，使用轮胎压路机时不喷水。对压路机无法压实的局部部位，选用小型振动压路机或振动夯板配合碾压；
（2）就地热再生施工注意事项
1、 保证计量准确，再生剂太多，再生路面会出现泛油和发软；再生剂太少，再生效果不理想，旧沥青老化状况不能得到改善。
2、控制新添加沥青混凝土的级配和进场温度在160℃左右。摊铺温度保证在140℃左右。
3、保证路面平整度，再生机组匀速行驶。一般速度在
1.5―2m/min，开始行驶时，速度可以适当放缓，从0m/min逐渐过渡到1.5―2m/min。
4、加热温度，随天气及地表温度的变化而变化，若处于夏季施工，加热强度可降低，若处于春秋季施工，加热强度要调高，并对加热板进行保温措施，防止加热后旧路面温度下降过快。加热过程中，随时调整加热机行走速度，避免出现旧路面“起火”现象。
5、新旧路面的接缝处应由施工人员随时进行修补，确保接缝的密实、平整。
6、严格规定再生机料斗的操作顺序，以减少粗细料离析。在运料车刚退出时，再生机集料斗应在刮板尚未露出，尚约有10cm厚热料时拢料；在料斗两翼才恢复原位时，下一辆车即开始卸料，做到连续供料，并避免粗料集中。
7、桁架滑移式平衡梁和再生摊铺路面两边清理散落沥青料。 8、施工遇雨时，停止施工，及时清理再生机料斗内的沥青混合料。
六、就地热再生后路面检测状况评定
通过对再生后的路面进行检测抽查，发现现场热再生技术能够满足道路的使用要求。
京港澳出京K20-K35抽检结果可见： （1）压实度：95.2%。 （2）平整度：0.5697。
（3）抗滑：75.33。 （4）厚度：50.3。 （5）渗水系数：35.75。
从检测的数据来看，就地热再生满足各项设计要求。 七、 现场热再生施工中的技术优势
现场热再生技术几乎不破坏原路的混合料骨料，使旧料得到百分之百的利用，具有显著的环保效益，同时大幅降低材料和运输成本。现场热再生施工工期短，可在道路一侧施工，另一侧车道开放，施工开始至开放交通时间较短，对交通干扰小。除此之外，现场热再生还具有以下技术优势： （1）有利于沥青混凝土路面层间连接
沥青混凝土路面的设计理论是完全弹性体系，如果层间不连续或连接不好，容易造成沥青混凝土面层的剪切破坏。采用沥青混凝土路面现场热再生技术，由于再生层与老路面的连接是热连接，几乎为一体，杜绝了层间连接不良的问题。 （2）改善路面级配，延长路面寿命
旧路面出现不同程度的破损，通常会造成路面级配不好，或者孔隙率过大，路面早期破损严重，这类早期病害在我国公路上是普遍存在的。沥青路面现场热再生技术可以针对旧路面的骨料级配进行新添加的沥青混合料的补差配合比设计，使再生后的路面级配得以一定的改善，延长路面使用寿命。 （3）有利于路面裂缝的治愈
沥青路面热再生时，在路表以下5cm 处的温度约有100℃左右，经路面碾压后，再生路面以下的原有细小裂缝可以愈合。 （4）恢复沥青性能和增加路面的柔韧性
沥青路面经多年使用，在荷载、光照、雨水等各种因素的作用下，沥青老化程度加剧，延度降低。沥青路面柔韧性变差，现场热再生技术可大部分恢复沥青的路用性能，使沥青路面变得柔韧。
（5）消除沥青上浮带来的病害
旧沥青路面经过多年行车碾压，会出现沥青上浮现象。即面层上部沥青较多，易产生车辙；面层下部沥青较少，易产生松散、透水现象。现场热再生可解决这样的问题。 （6）避免接缝渗水
路面铣刨后全宽摊铺新沥青路面，不存在接缝问题；如果只铣刨一个车道，就存在接缝问题。路面冷接缝结合不好，容易渗水，使路面接缝处过早破坏。采用现场热再生技术时，纵横向接缝均是热接缝，彻底杜绝了冷接缝渗水而产生的病害。 八、 现场热再生施工中存在的问题 (1)加热中温度不均匀：
路面加热过程中温度不均匀，有些部位加热温度不够，致使路面铣刨时出现冷铣刨现象，破坏了原路面的矿料级配，而有些部位又加热温度过高，严重时局部路面还会发生燃烧，使路面出现严重的二次老化现象。因此，在路面加热过程中，要根据当时
的气温、风速、风向和路面设计的再生厚度等合理的控制加热机行走速度，要保证各加热板油气供应量的平衡。在正式施工前加热机要提前调试好，并进行路面的试加热，加热过程中必须要有专职人员协制各台加热机的工作状况。
(2)热再生的路面沥青混合料级配较难改善： 现场热再生技术100％的利用原路面的旧料，再生中新料的掺加量通常是根据原路面的平均车辙深度、处理旧路厚度以及再生路面标高来设计，因而处理前后的混合料类型基本变化不大，级配方面可以调整的余地较小(实验结果略)。 (3) 再生剂掺加量的精确控制较难：
再生路面的路况不是一成不变的，车辙的深浅、病害的多少、原路混合料油石比的大小等，都需要有不同的再生剂掺加量，而再生复拌机的行走速度也决定了再生剂的掺加速度，因此，现场热再生剂的掺加量受不断变化的路况和机械操作人为因素影响。
（4）局限性：
虽然就地热再生技术适用于由沥青面层原因导致的各种变形类、裂缝类、崩解类、表面损坏类的病害和损坏，能够完全恢复路面的使用性能，但不适用于由基层和路基病害导致的面层损坏。（例如：积浆、基层沉陷等。） 九、就地热再生的经济优势
就地热再生技术可百分之百的利用旧路材料，大大的节省工
程费用。以以往大修铣刨摊铺4cm厚SMA-16沥青混凝土面层为例，其综合单价为：铣刨约20元/平米，渣土运输约3元/平米，渣土消纳费约0.5元/平米，改性粘层油约7.5元/平米，新料摊铺约150元/平米（含新料SMA-16），合计单价为181元/平米。而现场热再生费用为：热再生单价为75.5元/平米，掺加的新料按15%计算为：750元/吨(材料费)x 0.04 x 2.5 x 15% = 11.25元/平米，合计为86.75元/平米。二者相比，热再生可比传统的养护作业方式节省(181-86.75)/181 =52.1%的费用。 十、结论及展望 (1) 结论
1、就地热再生沥青混合料能够合理的利用旧料，通过拌和，加入适当比例新料便可以满足路用沥青混凝土的要求。这样，可以减少新开采砂石料的使用，节省大量的石料资源，减少了对环境的破坏，间接地降低了碳排放。
2、就地热再生沥青混合料中掺加了一定比例的新料，其配合比设计与普通新拌沥青混合料配合比设计有所不同，但其基本设计思路仍是一致的。由于加热不均匀或加热温度不够等原因出现冷铣刨现象，这将会使部分粗集料细化，因此需要在试铺后取再生料抽提确定级配，视其细化情况对新骨料级配进行修正。就地热再生技术100％的利用原路面的旧料，新料的掺加量通常是根据原路面的平均车辙深度、处理旧路厚度以及再生路面标高来设计，一般小于20%。原有旧路面的沥青混合料级配情况基本决
定了再生后混合料的级配。沥青玛蹄脂碎石混合料SMA路面具有断级配型路面特点，若直接将其现场热再生作为表面层使用，很难达到路面构造深度、摩擦系数等要求。现场热再生沥青混合料的矿料合成级配能进入SMA-16 的规范要求的宽范围，而常用的SMA-16工程级配范围几乎进不去。
3、试验结果表明随再生剂剂量的增加，沥青明显软化，表现在针入度提高，软化点降低，延度升高。根据配合比设计试验结果得知，目前现有的再生剂很难将老化后的SBS改性沥青还原至规范I-C或I-D的标准。
4、京港澳高速公路出京K20-K35段，就地热再生路面压实度满足设计要求；平整度可达到新建中面层的标准；弯沉值比再生前略有增大。
5、从就地热再生后的检测结果、经济性、环保性分析，对中、轻交通荷载高速公路的路面面层修复施工方案选择，现场热再生具有明显的优势。 (2) 展望
1、就地热再生施工100％地利用原路面材料，实现了公路大中修最大限度的节能、环保，随着此项技术和施工工艺的不断完善 将来必将成为公路大中修和道路养护施工的主要施工方法。 2、现况的沥青混凝土路面就地热再生加热工艺，是就地热再生施工的关键工序，基本上为明火从表面向下传导加热，由于沥青材料是热的不良导体，所以加热时间较长；由于加热不均匀
造成原沥青的二次老化。
3、加强对京港澳大修工程就地热再生施工的跟踪检测工作，通过积累每年的检测结果，为更深入地研究再生后沥青路面性能的变化趋势提供数据支持。
4、通过对不同性质、不同的老化时间、不同的损坏状况的沥青路面进行多项现场热再生的实验检测、分析、研究，积累完善的基础资料，加快沥青混凝土就地热再生技术的提高和应用，为实现“科技高速、绿色高速”做出贡献。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
