热化学再生

热化学再生（精选7篇）

热化学再生 篇1

在钢铁加工行业,酸洗用于去除表面的铁锈、氧化皮或以微腐蚀进行表面活化,以利于后续的轧制或涂镀加工,如碳钢或硅钢的盐酸(盐酸易再生,基本取代了硫酸)酸洗、不锈钢的混酸(硝酸-氢氟酸)酸洗、电镀前的酸洗活化等。我国作为钢铁工业大国,每年需要处理、处置的废酸液量是相当大的。以热轧碳钢卷的盐酸酸洗为例,每酸洗1 t带钢的酸消耗量相当于33%(w)的盐酸25 kg左右,实际产生的废酸液量超过50 kg。

该废酸液中含有大量的金属阳离子、酸根及少量的游离酸等,对环境的危害性大,在我国已被列入《国家危险废物名录》的HW34类。为了防止废酸液对环境的污染,实现有效处置与资源再利用,国内外的科研人员进行了广泛的研究与探索,并取得了较好的工业化应用成果。

本文介绍了Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺、Pori工艺和Pyromars工艺4种废酸液的热化学再生工艺,从能耗水平、副产物、再生酸纯净度以及环境影响方面对其进行了评价,并总结了该工艺技术领域的改进与创新。

1废酸液的处理与处置

表1列举了常见的废酸液的处理、处置技术。废酸液在早期多采用化学中和法处理,过程中需要消耗大量的石灰、碱等,处理费用高,产生的泥渣量非常大,极易造成环境的二次污染,不适宜大处理量应用。蒸发结晶法采用加热的方式浓缩废酸液,过程中可回收少量的挥发性游离酸,能耗水平较高,副产物中由于含有较多杂质与重金属离子而销路受限。离子交换膜法对游离酸的回收要好于蒸发结晶法,但排放的废液仍需进一步处理。硫酸置换法通过外部补充硫酸置换出易挥发性酸的酸根而实现再生,但过程中产生大量的二次污染物。热化学再生法具有非常高的酸回收率,但投资规模大,系统复杂[1,2]。

相比较而言,热化学再生法较好地实现了废酸的资源化利用,大幅降低了对新酸的需求,对环境的二次污染相对较小,适于大中型生产加工企业或区域小型企业的联合集中处置,在我国也日益得到重视。

2废酸液的热化学再生

废酸液的热化学再生基于酸的易挥发性以及金属与酸的反应产物的易分解特性。钢铁酸洗中常用的盐酸、混酸产生的废酸液以及湿法浸出过程产生的废盐酸液均可通过热化学的方法进行再生。

2.1反应原理与工艺流程

2.1.1废盐酸液的再生

废盐酸液的再生主要有Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺以及Pori工艺,其流程分别见图1~3。流化床工艺的盐酸再生机组最早于上世纪70年代由武钢从前西德引进。上世纪80年代,鞍钢率先从奥地利引进了喷雾焙烧工艺的盐酸再生机组,之后宝钢、邯钢、攀钢等也相继引进[3]。Pori工艺的应用相对较少,最近的案例为蒂森克虏伯公司于2008年从西马克公司订购了一套基于Pori工艺改进的称之为“热水解工艺”的盐酸再生机组[4,5]。

1焙烧炉;2回灰管;3除尘器;4烟道;5文丘里喉管;6文丘里扩散管;7分离罐;8烟道;9吸收塔;10废气烟道;11烟囱;12捕液器;13水封;14溢流槽;15 Fe2O3贮槽;16 Fe2O3下贮仓;17事故水箱;18空气风机;19煤气增压风机;20循环泵;21抽风机;22振动筛

1焙烧炉;2旋风除尘器;3文丘里;4分离器;5吸收塔;6清洗塔;7氧化铁粉贮仓;8打包机;9水贮槽;10尾气离心风机;11加酸泵;12循环泵;13吸收水泵;14清洗水泵

1废酸储罐;2蒸发浓缩罐;3氧化反应釜;4水解反应釜;5盐酸冷凝吸收塔;6尾气洗涤塔;7沉降罐;8氧化铁粉浆罐;9移动床过滤装置;10输送带;11再生酸罐

LUGI流化床与Ruthner喷雾焙烧工艺属于高温水解工艺,热解反应温度为700~900℃[6],其特征为反应炉内的蒸汽、氧气以气相形态参与化学反应,见式(1)~(4)。式(5)表示工艺过程中盐酸的挥发。Pori工艺的主反应为液相形态的热水解,反应温度为121~204℃[7,8,9],其氧化反应与水解反应分步进行,见式(6)~(8)。

式中:s,g,aq分别代表固、气、液相;∆代表加热。

2.1.2废混酸液的再生

用于废混酸液再生的Pyromars工艺是基于Ruthner喷雾焙烧工艺而开发的,其流程见图4,反应原理见式(9)~(12)。与盐酸的喷雾焙烧不同的是,硝酸容易分解生成NOx而损失部分氮元素,见式(12)。氮元素的流失导致硝酸的再生率难以达到较高水平,一般为70%左右。过程中产生的NOx还需通过选择性氧化还原进行去除,以减少排放[10,11,12]。

2.2技术评价

2.2.1能耗水平

对于废盐酸液的再生,Lurgi流化床再生工艺的能耗水平为3 530~4 410 k J/L(以废酸液计,下同)。Ruthner喷雾焙烧工艺的热解温度较流化床工艺低约200~250℃,其能耗水平为2 100~2 940 k J/L。与流化床再生工艺不同,喷雾焙烧工艺需要控制好废酸液的雾化效果,并通过大容量的炉膛保证酸液液滴在炉内运行过程中完成游离水的蒸发与热解反应。Pori工艺的热解反应温度较流化床工艺与喷雾焙烧工艺低得多,但燃烧过程中废气所带走的大量热量未进行再利用,其能耗水平为3 780~5 040k J/L。而基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗水平上大幅降低,约为1 470 k J/L[3,5,8,13]。

应当注意的是,生产过程中的频繁开停机操作均将增加单位废酸液再生的能耗水平。

2.2.2副产物

Lurgi流化床工艺的副产物为氧化铁粉,由于颗粒较大,粒径多为毫米级,一般作为原料返回冶炼工艺。由于该工艺较高的反应温度,氧化铁粉中的余氯含量较低[14]。Ruthner喷雾焙烧工艺生成的氧化铁粉颗粒较细,粒径在40~200μm间,可用于油漆、建材的着色剂等,而经过脱硅处理得到的氧化铁粉则可作为软磁铁氧体用于电子行业,经济价值有较大提升[6,15]。Pori工艺得到的氧化铁粉粒径一般在10~70μm,与喷雾焙烧工艺的相近。需要指出的是,Pori工艺可以仅运行氧化步骤生产Fe Cl3溶液而不进行盐酸的再生,所得产物可作为印刷电路板的刻蚀剂或水处理药剂[8,13]。

2.2.3再生酸的纯净度

Ruthner喷雾焙烧工艺产生的氧化铁粉末较细,很容易被带入到再生酸吸收塔中,且再生酸采用酸洗工序的漂洗水进行吸收,故再生酸中会含有部分亚铁离子[16]。Lurgi流化床工艺中生成的铁氧化物以较大颗粒为主,再生酸吸收塔中带入的铁氧化物较喷雾焙烧要少的多。Pori工艺由于为湿法热解,氧化铁粉不易带出,其热解气相产物中的成分相对简单,主要为HCl与水蒸气,所得盐酸的纯净度较高[5]。

2.2.4对环境的影响

热化学处理多采用可燃气作为燃料,如天然气、液化气、焦炉煤气等,故CO2和NOx的排放不可避免,Ruthner喷雾焙烧工艺由于能量单耗相比Lurgi流化床和Pori工艺要低得多,因而在碳排放方面更具优势。氧化铁粉尘排放方面,由于Ruthner喷雾焙烧工艺产生的铁粉颗粒较细并采用风机输送,因此在输送过程中对粉尘的排放控制要求要高得多,特别是当废酸液中含有铅、锌等有害元素时更应引起重视[17]。酸雾排放方面,可以通过水洗或碱洗以及降低烟气排放温度等手段降低排放浓度,以满足日益严格的排放标准要求。

3工艺改进与技术创新

3.1预浓缩器的浓缩酸液平衡改进

废酸液浓缩过程中当铁离子浓度高于200 g/L时,浓缩酸液在输送管道中极易因温度降低而发生结晶,堵塞管道。早期的解决方式采用加漂洗水稀释的方法降低浓缩酸液中的铁离子浓度,而漂洗水中的氯离子浓度很低,直接影响到热解HCl的产出量,造成再生酸浓度波动。优先加废酸液进行浓缩酸液的稀释工艺[18],既控制了铁离子的浓度水平,又减小了预浓缩器中氯离子浓度的波动,更加利于再生系统的稳定性,同时避免了大量水分进入导致的能耗增加。

3.2文丘里洗涤器

文丘里洗涤器在废酸液的浓缩以及尾气洗涤方面均有应用。对于含酸、含尘尾气的洗涤,通过可变喉口文丘里洗涤器与超声波联合应用,可大幅降低超细粉尘的排放,排放颗粒物粒径降至10μm水平[6]。

3.3氯气的去除

废酸液在高温热解过程中会生成少量的氯气(如锰离子存在时),常规水洗难以将其去除,Na2S2O3溶液可以达到除氯的目的,但处理成本过高,同时产生了硫酸盐的二次污染物。废酸液中含有的大量亚铁离子对氯气有很好的还原吸收作用,通过对废酸液的合理运用,即增加尾气的废酸液脱氯洗涤工序,即可满足脱除氯气的需要[6]。

3.4 Pori工艺的改进

最初的Pori工艺由于采用燃气直接加热的方式,单位能耗并不具有优势。通过高效换热的加热方式以及有效利用再生酸气的余热等改进措施,可降低该工艺的整体能耗水平,使其更具实用价值[5,13]。

3.5富氧、纯氧燃烧技术

富氧或纯氧燃烧技术由于大幅减少了进入燃烧系统的惰性气体,而减少了排烟热损失,可以达到更高的加热效率,并减少NOx的生成。在含油污泥的焚烧处置中,富氧焚烧在环保与经济性等方面较空气助燃体现出较大的技术优势[19]。对于废酸液的热化学再生,富氧或纯氧燃烧技术的引入将有助于进一步降低燃料的消耗量和尾气的排放量[20]。

4结语

热化学处理技术在实现废酸液的资源化利用上优势明显,但能耗水平居高不下,在钢铁加工利润日益微薄的市场行情下给企业带来了不小的负担。因此,急切需要进行工艺的改进与创新以实现节能减排、降本增效的目标。基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗方面表现出较大的优势,但其稳定性、可靠性还有待于进一步的实践检验。而对于以燃烧方式进行供热的Lurgi或Ruthner工艺,更加节能减排的富氧或纯氧燃烧技术是可以尝试的方向。除此之外,更加环保节能的钢铁加工无酸替代工艺也是值得期待的。

摘要：介绍了Lurgi流化床工艺、Ruthner喷雾焙烧工艺、Pori工艺和Pyromars工艺4种酸洗废酸液的热化学再生工艺,从能耗水平、副产物、再生酸纯净度以及环境影响方面对其进行了评价,并总结了该工艺技术领域的改进与创新。指出:基于Pori工艺改进的热水解工艺在能耗方面表现出较大的优势,但其稳定性、可靠性还有待于进一步的实践检验;而对于以燃烧方式供热的Lurgi或Ruthner工艺,更加节能减排的富氧或纯氧燃烧技术是可以尝试的方向。

关键词：酸洗,废酸液,热化学再生,高温水解,热水解

热化学再生 篇2

公路养护的核心内容是路面养护, 就地热再生作为一种新型的道路养护技术因其再生效果好, 开放交通快等特点已经被广大养护单位所接受。对沥青路面再生的首要条件是对沥青的再生, 通过加入一定比例的再生剂可以提高或恢复老化沥青的路用性能, 沥青的再生是老化的逆过程。就地热再生的施工时间较短, 因此有必要对再生剂的添加方式进行研究, 以更好的完成路面再生工程。

1 热风循环式就地热再生简介

复拌型沥青路面就地热再生设备通常由两台加热机、一台铣刨机和一台复拌机组成, 配合若干运输新沥青混合料的料车、沥青摊铺机与碾压设备, 共同组成沥青路面就地热再生机组。

在施工中, 加热机首先对旧沥青路面进行预热, 使热量沿沥青路面纵向进行传递, 软化旧路面。热铣刨机是该技术的第二道工序, 铣刨机通过铣刨鼓的铣削作用使旧路面面层旧料被完整的铣削, 同时按照工程实际情况添加一定比例的再生剂和新沥青, 尽可能恢复老化沥青的路用性能。铣刨系统后是复拌系统, 复拌机通过接受新料以改变旧路面不合理级配, 并通过双卧轴式搅拌缸强制搅拌新旧混合料, 形成再生混合料。最后再生混合料通过摊铺、压实, 实现路面的再生。

2 道路沥青的再生机理

在沥青中, 分子量很高的沥青质不能直接溶于分子量很小的芳香分和饱和分的介质中。沥青之所以能形成稳定的胶体, 是因为强极性的沥青质吸附极性较强的胶质, 胶质中极性最大部分吸附在沥青质表面, 然后逐步向外扩散, 极性逐渐减小, 芳香度也逐渐减弱, 距离沥青质越远则极性越小, 直至与芳香分接近, 甚至到几乎没有极性的饱和分, 它们的极性时逐步递变的, 没有明显的分界线[1]。

沥青的化学性质和使用性能很大程度上取决于其胶体体系的性质, 而能否形成稳定的胶体体系又与其化学组成密切相关[2]。因此, 性能优良的沥青, 其化学组分之间应保持适度的匹配, 以形成稳定的胶体体系。从化学组分的角度分析沥青的老化机理可以看出:要使老化沥青恢复原有性能、即将老化沥青和原沥青的组分进行比较后, 向老化沥青中加入所缺少的组分, 使组分重新协调。但沥青的化学结构极其复杂, 即使化学组分相同的沥青, 因为它们的油源基属及生产工艺不同, 化学结构可能会相差很远, 其路用性能可能有很大变化。同时要合成某种固定组分的再生剂, 工艺上有相当大的难度.对设备和工艺都有很高的要求, 成本也高。所以用化学组分为指标来控制旧沥青的再生不现实。

3 再生剂添加方式对再生质量的影响

通过施工工序发现, 对既有沥青混凝土面层的再生首先是对沥青的再生, 它是老化的逆过程。通过加入再生剂, 使沥青质相对含量降低, 从而提高沥青针入度和延度, 使其恢复或接近原来的性能。旧路面老化沥青的再生是真正意义的再生, 是整个技术的重点。

影响再生剂再生效果的因素有两个:首先, 保证再生剂与旧料的结合时间。其次, 在时间充足的情况下沥青与再生剂要达到近似均匀混合物必须满足以下三个条件:

(1) 老化沥青与再生剂必须达到机械混合均匀。

(2) 老化沥青与再生剂有较好的相容性。

(3) 再生剂能在老化沥青中很好的扩散。其中扩散速率受多方面因素的影响, 例如:温度、沥青层与再生剂层的厚度等[3]。

在热风循环式就地热再生施工过程中再生剂的添加方式按工序可以有两种:第一种是新旧料混合后, 在复拌机的搅拌缸内进行添加。另一种则在新旧料混合前, 对旧料单独加再生剂。

(1) 在搅拌缸内添加再生剂。这种方式类似于厂拌热再生再生剂的添加方式。此时旧料经过复拌机螺旋布料器布开, 由加热板获得一个较为均匀的温度后由刮板刮料器输送新旧料进入双卧轴式强制搅拌缸强制搅拌, 此时的混合料温度较高且均匀, 对混合料的再生质量比较有保障。但此时为新旧混合料, 再生剂不一定能很好的与旧料发生反应, 而且搅拌后混合料直接进入摊铺机的料斗进行摊铺, 再生剂的作用时间较短。

(2) 在新旧混合料混合前将再生剂与旧料先行拌合。森远热再生机组的再生剂添加方式为这种形式。森远热铣刨机的结构简图如下:

热铣刨机工作时, 当加热机机组对路面加热达到一定温度后, 热铣刨机自带的加热板对旧路面再一次进行加热软化, 左右铣刨机先对路面两端进行铣刨, 铣削下来的旧料在铣刨鼓螺旋刀具排列的作用下, 跟随铣刨鼓表面旋转或者被抛投到旧路面, 此时铣削下来的旧料由路边两侧向路面中央堆积、靠拢。

再生剂系统位于左右铣刨鼓和中间铣刨鼓之间, 当铣刨鼓开始工作时, 左右铣刨鼓先铣削路面, 此时打开再生剂供应系统, 使再生剂流入中间未铣刨的沥青路面处。再生剂此时的温度大概为70℃左右, 此时的再生剂有良好的流动性, 可以较好的与旧路面进行溶合, 有利于提高再生质量。

中间铣刨鼓最后铣削路面, 此时左右铣刨鼓铣削下来的旧料已经堆置到中间铣刨鼓的铣削宽度范围内。该铣刨鼓的作用有两个:一是对旧路面中间部分进行铣削;二是使旧料和再生剂与新沥青进行初步拌合。在铣刨鼓的作用下, 旧料被分批逐步推移到路中央最后形成一梯形截面的长条形料垄, 该梯形料垄是在中间铣刨鼓的收料作用下聚集到路中央的, 此时旧料和再生剂以及新沥青之间已经进行了初步拌合。由于此时铣刨下来的旧料具有一定的温度, 大概为90℃至110℃。如果不对旧料采取保温措施, 由于风速和环境因素的影响, 旧料的温度下降会很快, 不但影响再生剂的效果, 而且会影响后续复拌机处新旧混合料的温度, 进而影响摊铺机的摊铺效果和压路机的压实效果, 造成路面质量问题。因此在机组的设计时, 设计者利用了铣刨机的收料效果, 将旧料收集成梯形截面, 大大减少了旧料和空气的对流传热和热辐射, 保证了旧料的温度, 同时也使再生剂和旧料有充足的溶合时间, 提高了再生效果。

4 总结

本文以森远公司生产的SY4500型沥青路面再生机组为对象, 对再生剂的添加方式及与沥青的作用方式进行研究, 分析了再生剂可能添加的位置, 并对其优劣进行了对比分析。为保证更好的再生质量, 再生剂系统应该位于左右铣刨鼓和中间铣刨鼓之间, 在新旧混合料混合前将再生剂与旧料先行拌合。

摘要：就地热再生由于其再生速度快、干扰交通小等优点, 已经发展为重要的路面养护技术。随着沥青路面使用年限的增加, 沥青容易老化, 其路用性能逐渐降低, 因此如何在较短时间内完成老化沥青的再生, 成为道路养护技术的重点。本文以再生剂作用原理为基础, 结合SY4500就地热再生机组, 按照施工工艺顺序对再生剂可以添加的位置进行了相关分析。

关键词：就地热再生,沥青路面,再生剂

参考文献

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沥青路面现场热再生技术解析 篇3

1 热再生技术在沥青路面现场的优势

1.1 热再生技术的施工成本比较低

热再生技术就是重复利用废弃资源, 并使之进行良性循环, 并且它还可以真正的实现对废旧沥青混泥土的全面回收与再利用, 在一定程度上减少了新资源的使用和旧资源的浪费[2]。热再生技术虽然是一个先进维修公路的技术, 但实际上它的热再生工序比之其他的维修技术要简单的多, 因此施工的人员要求也比较少, 施工材料也不是很多。通过以上几点就可以明确的知道, 热再生技术的施工成本和费用要比其他传统的维修技术要低得多, 由于它能有效的控制成本因此得到了一些公路部门的喜爱。

1.2 热再生技术操作比较简单

热再生技术是通过加热系统对沥青路面的加热来对破损的路面进行维修的, 而且可以使沥青混泥土材料进行分解并得到结合, 它的过程就是实地加热、拌和、摊铺、最后进行碾压[3,4]。因此, 热再生技术操作起来比较简单, 而且设备简单易懂, 即使文化程度比较低的人只要精心学习一小时也能熟练操作, 与传统的施工技术相比热再生的工序要简单得多, 而且在真正施工过程中也比较安全和方便, 因此, 该技术的应用范围十分广泛。

1.3 热再生技术的施工质量比较好

热再生技术的工作原理就是先对旧沥青混合料进行再生, 热后通过一定的方式再渗入新沥青或者其他的再生剂, 原理比较简单易懂, 再通俗一点就是对温度的良好使用, 因此只要把握好温度, 热再生技术的施工质量就能得到保证[5,6]。

另外, 热再生设备施工时温度一般保持在140~175度之间, 这种温度下可以正常使用而且不会因为温度的问题出现糊料的现象, 修补后的路能够与周边路面更好地对接与融合, 防水的效果也比其他技术的好。而且热再生技术需要一次精细的路机辗压, 这样路面不会出现凹凸不平的现象, 而更加平整密实, 通过以上几个步骤有效的提高了公路的使用质量。

1.4 热再生技术对环境有一定的保护作用

热再生技术简单的说就是废料的再利用, 因此从某种意义上讲真正的节约了有效的资源, 而且由于热再生技术比较先进, 不存在像一些传统维修技术那样容易出现大量的粉尘, 在一定程度上减少了对人体和自然环境的污染[8]。一些传统的施工机械在工作时噪音比较大而且持续时间比较长, 对周边居民正常的工作学习造成了恶劣的影响, 但是热再生设备在工作时却没有任何的噪音, 不会出现影响居民生活和工作的情况。传统的施工方式需要的机械和人力比较多, 就会造成空气排放的尾气很多, 对自然环境和人体健康造成了损害, 但是热再生技术人力使用不多机械也很少, 从而尾气的排放就相应的比较少, 不但不污染环境而且对环境还有一定的保护作用。

2 沥青路面现场热再生的施工技术

2.1 热再生技术的施工方式

热再生技术的施工方式主要是两种, 也就是复拌型和复伴加辅型。复拌型主要是采取红外线燃气方式进行加热, 而且为了方便通常都需要两台加热机, 对温度的要求比较高, 只有温度比较合适才能真正的适合再生作业。为了让路面的深度符合施工的要求, 需要使用热再生机器对加热后的路面进行耙松[9]。耙松完后就需要把材料收集到再生机的中心位置, 使用机载的搅拌锅对其进行均匀的拌和, 均匀拌和后就可以使用摊铺机进行路面的摊铺。

复伴加辅型和复拌型没有本质的区别, 也是通过两台加热机对红外线燃气进行加热, 对温度的要求也比较高, 区别就是在实施过程中需要对原路面材料加入再生剂, 热后进行均匀的搅拌, 把搅拌后的再生料要在第一熨平板上进行摊铺, 整个流程实际上要比复拌型简单一些, 但是技术上要求更高一些, 因此应用的范围比较广。

2.2 热再生混合料的配合比的正确设计

热再生混合料的配合比的正确设计直接影响着现场再生路面的使用寿命, 因为老化沥青混合料来源比较广, 而且在回收利用过程中沥青含量、矿料波动范围也比较大, 所以要结合老化沥青混合料沥青含量、级配等进行合理的设计[10]。

另外, 一定要进行试拌, 如果老化沥青混合料质量发生的变化比较大, 要根据现实情况要重新设计配合比, 更重要的是要对现场热再生混合料进行有目的的实验, 对混合料要根据使用的数量进行抽提和筛选, 只有遵从这样的步骤, 才能确保热再生混合料的路用性能。

2.3 热再生技术的施工步骤

(1) 进行必要的施工准备。因为热再生技术对各方面要求都比较严格, 因此要在施工前精心的准备, 需要对原路面上的杂物进行彻底的清理, 从而有效的保证热再生技术在路面的良好应用。一定要暂时的封闭交通, 设立警示标志, 因为热再生技术要求的温度比较高, 为了保证不出现车辆的损害有必要对路面进行封闭, 这样才能真正的确保施工的正常进行和安全。

(2) 根据实际情况要对路面进行加热。要对加热机的热气压力进行随时的调节, 控制加热机的行走速度, 从而更好地进行加热, 而且一定要保持加热板与地面之间的距离, 从而有效的确保路面加热的均匀, 当然在加热炉面的过程中要根据路面的情况经常性的检测加热速度, 而且有必要根据检测结果及时调整温度, 从而保证加热路面的实时温度, 确保工程的正常完成。

(3) 路面加热后要及时对路面进行耙松。路面加热后不能有过多的等待时间要根据路面的实际情况及时耙松, 要以车架为基准, 根据路面情况设定铣刨参数, 要将耙松器下降到原路面的铣刨区, 这样就随着复伴机的行走逐步达到路面实际要求的铣刨深度, 完成后还要运用复核标尺确认深度, 从而为添加沥青和搅拌奠定结实的基础。

(4) 添加沥青。添加沥青时要进行精细的策划与实施, 要按照工程的实际需求设定喷洒量, 这样就需要一个电子计算仪进行自行控制, 要将需要添加的沥青或再生剂压及时的喷洒到正在旋转的耙松器上。

(5) 对沥青进行搅拌, 沥青喷洒在耙松器上以后要根据路面的实际情况在对沥青进行搅拌, 在搅拌过程中为了确保搅拌的质量, 可以对搅拌轴上的叶片的角度进行实时的调整, 从而保证路面上的沥青的均匀性。

(6) 摊铺。要在沥青均匀的搅拌后把新混合料经由输送器至辅助熨平装置后面, 而且要按照施工的实际确保复伴以及复伴加辅的新混合料的添加量, 添加的数量一般都是由计算机进行设定的, 然后要根据试验段对松肋系数进行确定, 对两个熨平机的高度要进行合理的调整, 就可以实施摊铺。

(7) 对摊铺后的路面进行碾压。进行碾压能确保路面的质量和安全, 摊铺以后的路面温度还是比较高的, 因此要趁热及时的进行压实, 为了确保正常的碾压。碾压机不允许在碾压区上进行转向调头, 而且为了安全起见一定不要中途停留或者进行突然的刹车。对施工后的路面, 要根据设计的要求和路面的实际情况对压实度、透水性、平整度和宽度进行仔细的检测, 检测完毕后等到温度降下来以后就可以进行正常的车辆通行了。

3 结语

我国目前的公路网可以说是越来越大也越来越完善, 因此对公路的维修要求也随之不断增强, 热再生技术真正的缩短了实施工程的时间, 也在一定程度上降低了工程的费用, 而且减少了对人体的危害和自然环境的污染, 是公路建设进行可持续发展的重要方向, 因此我们要扩大使用热再生技术的范围和规模。

摘要：由于车辆荷载和一些不可抗拒的自然因素的作用, 沥青路面经过一定年限的使用后就会出现部分的损伤和老化, 因此为了不影响正常的交通秩序需要进行全方面的修缮, 热再生沥青技术是重复利用废弃资源, 保护环境和节约成本的重要技术, 是道路保护的重要发展方向。

关键词：沥青路面,热再生,重复利用,保护环境

参考文献

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热再生养护设备的现状与发展 篇4

关键词：微波加热,再生养护设备,工艺水平,加热器,沥青路面养护车

1 概述

我国公路建设发展迅速, 到2007年底, 在我国已建成的公路通车总里程357.3万km中, 有43.6%是沥青路面为主的高级、次高级路面。由于沥青的设计寿命为15~20年, 因此从现在起, 我国每年有12%的沥青路面需要翻修, 且这个数字是以每年15%的速度在增长。

如何保证沥青路面的养护质量, 在沥青路面出现病害时, 能够采取有效而迅速的方法或手段及时修复, 同时对旧沥青混合料进行再生利用, 做到环保养护, 又不使旧沥青混合料老化, 提高资源节约的效果, 降低造价, 这些都是需要认真考虑的问题。红外线加热修复是目前较为常用的一种方法, 但红外线加热不均匀, 易使表面沥青老化, 失去再生能力。因此, 在这种情况下, 微波热补养护路面新技术和微波养护机械应运而生。微波加热技术在道路维修中的应用日益受到人们的重视, 相应的研究和开发了一些路面维修机械和设备, 如微波热再生沥青路面养护车。

2 微波加热设备的工作原理及基本结构

2.1 微波加热的工作原理

微波是一种电磁波, 它的波长很短, 频率很高, 一般在300~300000MHz。当微波以2450MHz的频率工作时, 能带动被加热物体中的极性分子以相同的频率来回摆动和摩擦, 分子在彼此摩擦的过程中产生热量, 从而把热量传递给被加热物体, 达到加热物体的目的。

2.2 微波加热再生养护设备的基本结构

微波加热再生养护设备一般利用汽车通用底盘, 搭载微波沥青路面加热器, 沥青料加热器, 小型压路机, 乳化沥青喷洒设备及一些专用养护工具, 能够实现高等级公路“快速进入、快速作业、快速撤离”的工作要求, 可以取得相当可观的经济效益和显著的社会效益。

2.2.1 沥青料加热器

沥青料加热器是利用微波加热技术将加工好的冷沥青混凝土块加热的微波加热装置。它主要由加热腔体、冷却系统、电气控制系统、机架及安全保护装置五个部分构成, 包括加热器腔体、磁控管、灯丝变压器、波导、聚四氟乙烯板、轴流风机、冷却水管组件及微波防护装置等部件, 具备沥青混合料加热功能、沥青混合料温度检测功能、微波屏蔽功能及微波泄漏检测功能。考虑到养护施工时, 可能没有热沥青料, 或者长途运输后, 沥青料温度降低, 达不到施工要求。在这种情况, 沥青料加热器能为路面养护提供合适温度的沥青料。

2.2.2 乳化沥青喷洒设备

乳化沥青喷洒设备具备对乳化沥青进行保温和喷洒的功能。它利用压缩空气将乳化沥青均匀地喷洒在挖好的坑槽边缘和底部, 可形成路面与路基之间的牢固粘层, 彻底改善老化沥青的性能。该装置包括空气压缩机、喷枪、乳化沥青罐及若干气管;同时配有油箱, 方便乳化沥青喷洒装置的清洗。

2.2.3 液压系统

液压系统由液压泵、液压操纵机构、执行机构及其他液压元件等组成, 主要为加热墙运动部分, 辅料上下料部分, 支腿部分, 压路机上下部分, 外接液压动力部分等提供动力。液压系统中的多路阀除了提供对设备的液压动力操纵外, 还可以为液压镐等液压设备提供外接液压接口。

2.2.4 冷却系统

微波加热再生养护设备的冷却系统分为磁控管的水冷系统和其他发热部件的风冷系统, 其作用是保证所有部件在正常温度范围下工作。风冷系统的结构比较简单, 主要部件为轴流风机, 分布在路面加热器和高压变压器柜的两侧。工作时, 将路面加热器和高压变压器柜内的热量排出。水冷系统相对来说比较复杂, 由水泵、水箱、散热器、轴流风机、水管组件组成。

2.2.5 电气系统

电气系统是微波路面养护设备的核心, 电力来源于柴油发电机组, 为其他设备提供必要的电力, 同时对微波加热再生养护设备的微波沥青路面加热器、沥青料加热器、保温装置、乳化沥青灌缝设备、运动机构等各组成部分的使用进行控制、监视, 对设备和人员的安全进行保护, 并具备声光报警的功能。其电力来源于柴油发电机组, 为加热系统和其他辅助设备提供必要的电力。整车电气系统又可分为高压系统、低压系统、PLC控制系统和发电机组控制系统。

3 微波热再生沥青路面养护车简介

微波综合养护车是基于微波加热技术开发的沥青路面智能养护系统, 设备配备有标准的液压、电力、气体接口, 能独立、高效修复坑槽、车辙等病害, 并能有效解决纵向弱接缝和横向弱接缝面, 大大延长公路使用寿命, 适合高等级公路的沥青路面养护作业。

3.1 微波能沥青路面养护车的结构及主要技

术参数微波综合养护车由路面加热墙、辅料加热箱、沥青喷洒系统、压实系统、发电机组、安全装置等模块组成。

3.2 微波能热再生沥青路面养护车的使用

表层病害微波修补施工工艺路而病害情况:深度小于6cm的沥青中面表层病害, 路面可再生, 再生料需求小于0.5T/m2, 使用微波能热再生沥青路面养护车同步就地热再生工艺对病害路而进行修补。具体施工如下:

3.2.1 清洁路面, 根据路面破损程度和病害大小, 放置冷料块。

3.2.2 用微波加热墙对沥青路面和冷料同时

加热, 加热时间15~20min, 被加热的路面和冷料温度达130℃~160℃。

3.2.3 根据路面沥青缺损程度添加乳化沥青。

3.2.4 将加热后的沥青路面充分拌和, 按照“圆洞方补、斜洞正补”原则对加热路面进行规整。

3.2.5 压路机进行碾压。

3.3 微波养护车的优缺点

3.3.1 优点

a.质量高、修补路面与原路面无弱接缝、无错台现象;

b.加热深度随实际情况可达4~6 cm不等, 且加热温度可控制在150℃左右, 对修补病害处理比较彻底;

c.处理效率高, 无废弃旧料, 环保性好;

d.不携带可燃气体行驶和工作, 使用电加热, 安全性好。

3.3.2 缺点

由于采用微波发生装置和电控装置, 设备技术难度高, 制造成本大, 若用于普通路面日常养护小修补, 体积大, 使用成本高。

以上介绍的微波能养护车具有生产效率高、环保性好、高效节能、加热速度快、移动灵活等特点, 使得沥青路面的修补摆脱了拌和站的制约, 能够随时随地进行道路养护, 且不需要长期封闭道路, 大大提高了公路的使用寿命和运营能力, 也使得养护成本大大降低。

4 结论与建议

国内目前的高速公路养护机械发展相当滞后, 多属于计划经济年代的产品, 改革开放以来, 高速公路建设突飞猛进, 而筑路、养护机械设备未能得到同步发展, 不能满足高速公路建设和养护的需要。今后, 高速公路养护的发展趋势是提高路面养护的机械化水平, 而国内专业制造公路养护设备厂家并不多, 研究开发微波加热再生养护设备的厂家就更少了。作为中国的微波加热再生养护设备的制造厂家, 为了迎接进口设备的挑战, 加快自身的发展, 可以从以下几个方面来进一步提升自己行业竞争力。

4.1 加大产品开发科研投入, 与科研院所合

作, 研究完善微波加热再生养护设备, 使其技术更加成熟, 产品更加稳定。

4.2 提高售后服务质量。向用户提供经济实

用、安全可靠的优质产品是企业生存和发展的前提条件, 但同时也必须认识到, 良好的售后服务是企业持续发展的根本保证。

参考文献

[1]胡长顺等.高等级公路路基路面施工技术[M].北京:人民交通出版社.[1]胡长顺等.高等级公路路基路面施工技术[M].北京:人民交通出版社.

辽阳出口路现场热再生简析 篇5

2009年沈营路辽阳城市出口段 (桩号K66+500～K69+000) 全长2.5km进行了旧路维修。原路路面结构为3cmAC-10+4cmAC-13+6cm沥青碎石+水泥稳定碎石半刚性基层。路面横断面结构为6m人行道+3m绿化带+15.5m行车道+3m绿化带+6m人行道, 路面总宽度为33.5m。旧路行车道总体路况较好, 整体强度满足要求, 无严重的变形类病害。局部存在轻度裂缝, 但裂缝只存在于表面层。经最终评定决定采用现场热再生方案进行旧路维修, 再生厚度为4cm。在施工前对两处裂缝相对严重的路段进行了取芯, 发现芯样均较完整, 表面层与中面层结合良好。

2 再生沥青混合料室内试验

2.1 旧路沥青再生试验

采用专用沥青回收设备对旧路沥青进行回收。测得旧路沥青25℃针入度为40, 平均沥青含量为5.45%。

再生剂采用三鑫公司生产的1号再生剂。对旧路沥青, 分别按沥青质量的3%、5%、8%、10%掺加再生剂, 测得再生沥青的针入度分别为48、53、63、85, 经比较分析确定再生剂掺加比例为10%, 对再生后的沥青进行试验检测, 结果如表1。表1中数据表明, 再生沥青的质量符合规范要求。

2.2 旧路沥青混合料再生试验

(1) 级配调整

旧路沥青混合料矿料级配如表2所示。从表2中可以看出, 旧路沥青混合料中矿粉比例偏大。再生沥青混合料按AC-13型进行级配调整, 新矿料采用10～15mm石灰岩碎石, 新旧料掺加比例为1∶9。旧料及新料掺配比例如表2, 合成级配见表3。

(2) 混合料室内试验工艺

①将旧料放入135℃的烘箱内烘2h, 充分排除其中的水分并使旧料均匀受热以利于搅拌;

②将烘好的旧料放入135℃的拌和锅, 加入再生剂拌和120s, 取出放入烘箱内备用;

③将新石料+新沥青 (新混合料按油石比为2%控制) 放入175℃的拌和锅内拌和120s;

④将已拌和好的旧料加入到拌和锅内, 新旧料共同拌和120s;

⑤试验击实 (碾压) 温度控制为120℃。

(3) 再生混合料性能检验

车辙及水稳定性试验结果见表4。

表4中结果表明动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比均满足规范要求。

3 施工工艺

3.1 施工准备

(1) 对旧路路面进行清扫, 并保持施工中的整洁。在施工时避免杂物混入混合料内。

(2) 施工前应对各种材料进行试验 (主要是新石料及新沥青) , 经选择确定的材料在施工过程中应保持稳定, 不得随意变更。

(3) 用铣刨机沿行车方向将井盖前、后端各铣刨2m, 深度4cm, 再生施工时用再生沥青混合料铺筑。

(4) 行车道15.5m宽度内分4幅进行施工。在施工前应在再生宽度以外划导向线, 最外侧可将绿化带边缘作为导向线。

3.2 混合料的运输及温度控制

由于新添加的石料只占10%, 且施工时间相对较长, 故对新料的温度要求较高。确保加入前新料的温度在160℃以上。

3.3 加热机的控制

采用预热机进行预热, 使路面温度达到100～110℃, 然后通过加热复拌机将路面加热到135～145℃, 极端温度不得低于120℃。加热宽度比再生宽度每侧宽20cm, 加热时应确保4cm深度处路面温度达到90℃以上。

3.4 路面铣刨

铣刨宽度和深度按设计要求进行, 铣刨深度误差应控制在5mm内。保证铣刨无夹层, 纵向接缝顺直。对于局部铣刨后出现松散层的路段, 应加大铣刨深度, 必须将松散层铣刨干净。添加新料剂量要准确, 控制拌和速度确保新旧料拌和均匀。松铺系数可取1.18～1.20, 并注意通过试验段调整。

3.5 混合料碾压

(1) 压实后的沥青混合料应符合压实度及平整度的要求。

(2) 配备足够数量的12t以上双钢轮振动压路机、25t以上轮胎压路机, 并根据试验路确定出最佳压路机碾压组合方式, 以达到最佳的压实效果。

(3) 初压温度不得低于130℃, 终压温度不得低于90℃。

(4) 碾压以慢而均匀的速度进行。初压采用胶轮压路机碾压2遍, 速度控制在2.5km/h;复压采用振动压路机碾压4遍, 速度控制在4.0km/h;终压2遍, 速度控制在4.0～5.0km/h, 碾压时重叠宽度为轮宽的1/2。初压紧跟摊铺进行, 避免出现推移、发裂等现象。先碾压横缝再碾压纵缝, 逐次向中心推移。接缝出现的局部蜂窝、离析要及时用细料填充。

(5) 在压实度达到98%以上时, 宜终止碾压。

4 施工过程中的质量控制

施工过程中的质量检测主要是对施工工艺进行动态调整和完善。每天从再生施工现场抽取再生后的混合料进行试验, 确定其油石比、级配、稳定度和流值, 如有异常应针对性地进行调整。同时对已结束的施工段, 应在第一时间检测其压实度、平整度、构造深度及渗水系数, 如有缺陷应分析原因, 改进工艺。

参考文献

[1]JTG F41-2008, 公路沥青路面再生技术规范[S].

[2]JTG D50-2006, 公路沥青路面设计规范[S].

热化学再生 篇6

关键词：就地热再生,RAP料,再生剂,配合比设计,路用性能

在我国国民经济不断发展的过程中, 高等级沥青路面起着不可估量的推进作用。但是由于车辆重荷载反复作用、恶劣的气候环境以及其它因素的影响, 沥青路面发生一系列物理和化学变化使沥青出现老化现象, 导致沥青路面早期破坏严重, 影响路面的寿命周期。根据公路交通部门的有关数据显示, 我国每年由于大中修铣刨产生的RAP料 (reclaimed asphalt pavement, 回收沥青路面材料) 达数万吨[1,2], 而且以10%~15%的速度递增。显然, 这不仅造成了资源的大量浪费, 还带来了“黑色污染”的环境问题。

然而, 再生技术能够有效地利用RAP料, 在铣刨的旧混合料中添加再生剂进行再生利用, 使旧沥青材料的性能得到一定程度恢复[3]。就地热再生技术具有施工迅速、旧料利用率高、对交通量的影响很小等众多优点被各国道路界路面养护工作者所青睐[4,5,6]。在德国、加拿大、欧美等发达国家沥青路面的再生取得了较好的成果, 再生利用率达到70%~100%。我国对废RAP料的利用还不普遍, 应用技术不够成熟, 但是近些年许多研究人员和有关部门对再生技术进行大量研究, 取得了一定的成效, 并且应用于实际工程中。

1 原材料

1.1 RAP料

RAP料为贵州某高速公路中、上面层铣刨的旧沥青混合料。采用离心抽提法和旋转蒸发器法相结合的方式进行沥青回收试验, 检测RAP料中沥青的性能指标如表1所示, 原路面采用的是90号道路石油沥青。通过试验测出RAP料中沥青含量为4.7%, RAP料中矿料的级配如表2所示, 本试验RAP料的掺量为90%。

从表1的试验结果看出, 与规范规定的新沥青的性能指标作对比, RAP料中沥青的性能达不到规范的要求。其中延度的变化最为明显, 表明随着延度的不断降低, RAP料中沥青低温性能逐渐变差。RAP料中沥青的针入度相应地变小, 而软化点的检测结果大于规范的要求。但是有关再生研究资料指出, RAP料中沥青的针入度大于15时, 旧沥青还具有再生利用的价值。

1.2 新集料

试验采用的新集料主要是石灰岩, 细集料为0~3mm石灰岩, 粗集料为5~10mm、10~20mm石灰岩, 由于RAP料中0.075mm筛孔通过率为5.6%, 试验中无需添加矿粉。粗、细集料的性能指标按照沥青路面施工技术规范的要求进行检测, 其结果均满足规范的相关技术指标要求。

1.3 新沥青

试验选用中国石化股份有限公司茂名分公司生产的东海牌AH-90#道路石油沥青, 依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTG E20-2011) 测试沥青的各项指标, 其测试结果见表3所示。

1.4 再生剂

再生剂采用鞍山双成科技有限公司提供的RA-100型再生剂, 按照规范要求对再生剂的性能指标进行了测试, 检测结果如表4所示。

2 混合料配合比设计

2.1 再生沥青性能

与新沥青对比, 从RAP料中回收沥青的性能指标检测结果看出, 沥青老化比较严重[7], 需要添加适量的RA-100型再生剂, 使沥青基本恢复原有的性能。本试验采用添加0%、3%、6%、10%的RA-100型再生剂对旧沥青进行再生调和, 检测再生后沥青性能指标, 试验结果如表5所示。

由表5的试验结果可以看出, 在RAP料回收的旧沥青中添加不同掺量再生剂后, 回收沥青的针入度、延度、粘度、软化点等指标都明显地得到改善, 表明加入再生剂后沥青的再生效果良好。与规范中对新沥青的要求对比, 当RA-100型再生剂的掺量为6%时, 回收沥青基本上能够恢复到90号道路石油沥青性能的要求。尤其延度与粘度的性能改善效果明显, 15℃的延度从14.3cm达到103.5cm, 135℃粘度从1.137Pa·s恢复到0.554Pa·s, RTFOT后质量损失仅仅只有0.19%。根据试验的结果以及经济效益上考虑, 确定试验采用RA-100型再生剂的掺量为6%。

2.2 矿料级配的设计

试验采用AC-13型沥青混合料级配, 按照试验确定RAP料的掺配比例为90%进行配合比设计, 通过计算, 各矿料用量比例为:旧料 (RAP料) ∶ (10~20) mm∶ (5~10) mm∶ (0~3) mm=90∶3∶3∶4, 验算目标级配满足规范级配的要求, 具体的合成级配结果见表6所示。

2.3 混合料的制备流程

首先将搅拌机加热至155~165℃, 再加入已称量好的粗骨料、细集料在拌和锅内进行均匀拌和, 一般拌和时间设置为60s;接着, 再加入热沥青继续搅拌, 拌和时间为60s, 将新沥青混合料移出拌锅;然后, 加入称好的RAP料进行拌和60s, 再加入再生剂与RAP料均匀拌和90s;最后, 将先前拌和好的新沥青混合料倒入拌锅中与RAP料均匀拌和。将拌和好的成品混合料的质量按照常规的拌和混合料的量进行相应控制。

2.4 油石比的确定

一般采用马歇尔试验方法评价马歇尔试件的物理指标及力学性能来确定再生沥青混合料的新沥青用量, 检验沥青混合料马歇尔试件的马歇尔稳定度、空隙率等各相应的性能指标。通过计算求出的最佳油石比为4.9%。

2.5 再生剂对混合料性能评价

根据试验确定的最佳油石比, 添加新沥青、新粗细集料, RA-100型再生剂的掺量为6%, 对再生混合料进行浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、高温车辙试验来评价水稳定性能、高温稳定性能。再生沥青混合料的性能检测结果如表7所示。

由表7的试验结果看出, 再生混合料的马歇尔试件的空隙率、沥青饱和度等各项物理指标和马歇尔残留稳定度、冻融劈裂强度比以及车辙动稳定度等各项力学性能指标均达到《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40—2004) 规定的要求。添加再生剂后的残留稳定度达到83.2%, 冻融劈裂强度比为88.3%。由试验结果表明, 再生剂在RAP料中能够很好地改善旧沥青的性能, 从而提高沥青路面的路用性能, 并且可以很好地应用于道路建设工程领域中。

3 结论

(1) 就地热再生技术能够大量地利用废旧材料, 不仅解决了“黑色污染”带来的环境问题, 而且还可以节约成本, 符合资源循环利用的要求。

(2) 就地热再生沥青混合料配合比设计中关键工艺是分析回收的RAP料特性, 通过抽提和蒸馏试验研究RAP料中沥青相关性能和旧集料级配组成。

(3) RA-100再生剂添加到旧沥青中能够改善沥青的针入度、延度、粘度等指标, 使沥青恢复原有的性能。

(4) 通过对再生后的混合料进行路用性能研究, 根据试验结果验证了就地热再生沥青混合料的再生改善效果良好。

参考文献

[1]WAGNER F.Placement and Compaction of Asphalt Mixture STP829[M].Philadelphia:American Society for Testing and Materials, 1984:93-106.

[2]TAYLOR M A, KHOSLA N P.Stripping of asphalt pavements:state-of-the-art[J].TransportationResearch record, 1991:150-158.

[3]许书萍.废旧沥青材料再利用的可行性分析[J].华东公路, 2003 (5) :73-74.

[4]李红英.就地热再生技术在沥青混凝土路面预防性养护中的应用[J].公路, 2012, (7) :285-288.

[5]何锋, 李严, 戴合理.就地热再生技术在高速公路路面养护中的应用[J].公路交通科技 (应用技术版) , 2012, (6) :31-33.

[6]朱文天.国外沥青路面再生概况[J].交通世界 (建养.机械) , 2012, (6) :78-81.

热化学再生 篇7

不过,据记者了解,单就维特根旗下的现场热再生设备,已经在国内超过20个省市、逾3000万m2的路面养护工程中作业。如此看来,现场热再生设备和施工工艺的应用范围即便算不上如火如荼,也是卓有成效了。那么,现场热再生能否独自扛起这面大旗,究竟要到什么程度才算“火”,还真是一个需要探讨的问题。其适用范围有多大?我国现场热再生设备及技术现状如何?对于未来的发展,前面还有多少路要走?用户眼中的现场热再生究竟如何?本期特写,我们老路新走,探究一个真实的现场热再生。

“火”从何来?

视角

多年来,“热而不火”这个词似乎成为现场热再生在我国实际应用的写照。”火”代表怎样的一个程度,没有人能明确量化。以美国为代表的发达国家对于此项技术的应用走在世界前列,他们又能否代表“火”?

《工程机械与维修》:目前,沥青路面现场热再生技术在国内、外的应用情况究竟如何?

焦生杰:在我国,沥青路面现场热再生技术的应用可以分为2个阶段,第一阶段为技术与设备引进,我国从德国维特根、芬兰卡罗泰康、加拿大大能和日本新泻等公司引进了一批现场热再生机组,由于设备费用昂贵、结构庞大、使用成本高、施工工艺不完善等诸多原因,现场热再生技术在国内的推广应用受到了限制;第二阶段为国产设备技术成熟阶段,在这一阶段,南京英达、鞍山森远以及江苏奥新开始推出自己的现场热再生机组,而且各具特色,在国内已有不少成功的施工范例,为多数用户所接受,也为高速公路的快速养护做出了贡献。南京英达,有多年的沥青路面加热设备研发基础,并组建有自己的道路实验室和施工队伍,设备和工艺技术相对成熟。

靳长征:从国际范围分析,沥青路面现场热再生的相关工艺研究和专用设备的研发和应用已走过了数十年的历程,但并未达到大规模使用。目前,我国主要是在高速公路的某些路段有所应用,但每个现场热再生路段的长度均十分有限,而且大多为单幅作业,极少见到整个路宽全部现场热再生的情况。本人曾有机会对中欧和北美的一些国家和地区进行以道路养护为主题的考察,认为国外工业发达国家的情况与我国基本相似,而大多发展中国家尚未或极少开展此类工作。

韩海红:全球沥青路面现场热再生技术和应用设备研发工作始于20世纪70年代,维特根集团是最早从事该技术研发的企业。经过40年的发展应用,公司已经形成完善的技术理论体系,产品在包括瑞典、美国、委内瑞拉、墨西哥、俄罗斯、韩国和日本等在内的几十个国家实现应用。

2002年,中国在京津塘高速公路引入维特根现场热再生设备进行现场热再生工艺的实践。通过多年的发展,维特根现场热再生设备(热再生机RX4500和加热机HM4500)的应用范围也逐步发展到包括北京、天津、上海、辽宁、吉林、河南、四川、湖北、海南、新疆、甘肃、广东等在内的20多个省市,应用面积累计超过3000万m2。应用的道路既包括高速公路与国省干线,又包括市政道路,处理材料的类型包含普通沥青混凝土路面以及各种改性沥青混凝土路面。随着国内应用工程增多,适应国内材料特点的理论体系已经逐步建立并完善,在此过程中,维特根中国做了大量的贡献,也为现场热再生的长远发展奠定了坚实的基础。

技术现状能否成为发展支撑?

视角

产品、技术与应用,向来是不可分割的关联体,技术发展程度、产品性能与性价比直接决定了其应用范围和普及程度。

《工程机械与维修》:目前,沥青路面现场热再生技术主要有哪些方式,各有什么样的特点?

焦生杰:沥青路面现场热再生主要有复拌再生和补强整形两种,前者是将旧沥青路面铣刨收集后与新料和再生剂搅拌均匀,摊铺到铣刨后的下面层上;后者是将旧沥青路面铣刨收集后与再生剂搅拌均匀后,摊铺到铣刨后的下面层上,然后再在表层摊铺一层新料。

摊铺一层新料。 靳长征:主要有2种。即回收再拌摊铺型和冷挖再生型,我认为亦可称为回收再生型和冷挖回收再生型。第一种适于较大长度和面积的路面再生, 第二种适于小面积的路面再生工程。其工艺分别如下所示。

回收型:路面加热→挖切回收→新料添加→加热拌和→摊铺压实。

冷挖回收再生:路面挖切→回收打散→新料添加和加热→强制搅拌→摊铺压实。

回收再生型由于新/旧材料的混合及拌和较为均匀、加热温度和新料添加数量(比例)易于掌握、摊铺层厚度较为准确等优点,使得其再生和施工质量更好,但作业成本较高,施工周期较长。

冷挖回收再生的产品质量较差,但作业迅速,工程成本更低。为我国独有。

韩海红:现场热再生技术的基本工艺是:一个机组一次性完成对现有沥青路面的加热—耙松—粘结剂的撒布—新材料的添加—新旧材料的拌和—再生料的摊铺—熨平—压实的工艺过程(如图1所示)。

目前,沥青混凝土路面现场热再生一般分为复拌型再生和复拌加铺型再生2种。

复拌型再生施工工艺是通过加热机将路面加热到所需要的深度;再生机通过耙松器将原路面耙松,同时加入精确计量的再生剂;材料进入双卧轴强制式搅拌锅,与新加材料搅拌均匀;布料搅龙将搅拌锅的再生混合料均匀分布在加热板加热后的下层表面上;熨平板将再生混合料按照设计的纵横坡摊铺并预压成型。

复拌型再生工艺可以实现两个目的,一是加入再生剂改善旧路面沥青和沥青混合料的性能;二是加入新的沥青混合料改善旧路面沥青混合料的级配和性能以及填平车辙或者增加面层厚度(如图2所示)。

复拌加铺型再生施工工艺是指加热机将路面加热到所需要的深度;再生机通过耙松器将路面耙松,同时加入精确计量的再生剂;材料进入双卧轴强制式搅拌锅搅拌均匀;布料搅龙将搅拌锅的再生混合料均匀分布在加热板加热后的下层表面上;第一级熨平板将再生混合料按照设计的纵横坡摊铺;同时,输料器将新的磨耗层沥青混合料输送到第一级和第二级熨平板之间,第二级熨平板将新磨耗层沥青混合料按照设计的纵横坡摊铺并预压成型。

复拌加铺型再生工艺可以实现另外两个目的,一是加入再生剂改善旧沥青路面的沥青和沥青混合料性能;二是加入新的磨耗层沥青混合料,使新沥青混合料在再生沥青混凝土路面上同时形成一层全新的沥青混凝土面层,由于两层之间是热和热的连接,加铺层厚度可以减少到2cm的厚度。

《工程机械与维修》:不同的沥青路面现场热再生技术对应的设备发展现状如何?我国主要应用哪种形式?

焦生杰:复拌再生使用机组包括加热机和复拌机,补强整形使用机组包括加热机和整形机,补强整形机组目前仅维特根公司生产。我国现场热再生工程中绝大多数采用了复拌再生技术,使用的进口设备有德国维特根公司的Remixer4500、加拿大大能公司的CPMV45(0、芬兰罗泰康的KM300、日本新泻的RM400等产品,国产设备主要有南京英达的RM6000、鞍山森远的SY4500以及江苏奥新的CRA4180等。

这些设备的主要区别在旧沥青路面的加热方式,设备结构和工作装置的差异较小。旧沥青路面的加热方式有红外加热和热风循环加热。明火直接加热会造成沥青过度老化,而微波加热的装机功率偏小,已淡出了现场热再生机组旧沥青路面加热应用领域。国产设备中,南京英达、江苏奥新采用红外加热方式。

靳长征:较大长度和面积的路面再生工程适于采用回收再生工艺,其专用设备是由多个单一作业工序设备(专用底盘)组成的所谓“再生列车”作业;而较小面积的路面再生工程则往往由机动性较好的以通用载重汽车底盘作为行走装置的沥青路面多功能再生型养护车完成作业。国外工业发达国家大多采用“再生列车”作业,我国则大多采用沥青路面多功能再生型养护车作业。我想,这与国内外的养护理念和技术现状不同有关。国外工业发达国家的道路施工质量得到较好的保障,故在使用寿命周期内一般无需进行小面积修补,而我国的高等级道路(包括高速公路)在使用寿命周期内出现路面病害较多,因此必须经常进行小面积的挖切和修补。

目前,我国主要发展多功能再生型养护车,而将“再生列车”作为研究的技术储备。与国外同行相比,尽管我国多功能再生型养护车在高效率加热装置、数据自动检测、处理和控制技术等方向尚有一定差距,但国内企业已具备较大规模的研发和生产能力,且发展迅速。

需要特别指出的是,鉴于“再生列车”和多功能再生型养护车采购和使用的高成本,我国道路研究和生产单位研发了一种简单式就地回收型沥青路面养护车,即冷挖回收再生型再生养护车,并已形成多种大小系列的产品,目前在道路养护单位的保有和使用量非常多且更为广泛。其主要结构是:行走底盘更小,各种设施的配套原则是为处理小面积路面病害和迅速就地再生而研发;一般无地面加热装置,采用镐切(动力为电、液或风动,也可采用人工)完成地面的挖切;以滚筒跌落式完成再生料的加热和初混,而后采用卧式强制拌和完成材料的制作,但大多数不设强制拌和,仅以滚筒跌落式完成再生料的加热和初混,材料再生即告完成;再生车装载小型压实机具,完成人工摊铺后的路面压实工序。

鉴于就地冷挖回收型沥青路面养护车的作业工序和配置原则,其作业质量显然逊色于前述设备,但机动性好、特别是能够迅速完成路面中小型面积损坏,且作业成本较低。因而在我国高等级沥青路面养护工程中得到了较为广泛的应用。

韩海红:对于维特根的现场热再生设备而言,它是多功能的,既可以进行复拌再生作业,也可以进行复拌加铺作业,所以其应用面比较广。随着热再生技术的发展,一些国内厂家也在研制或模仿相应的设备,但受技术和制造工艺的限制,这些厂家的设备均只可以进行复拌再生,且机组数量多,施工长度大,还需另配专门的摊铺机配合方能完成整个工序。尽管这些厂家的设备在市场上也有销售,但应用面积不是很大。目前,我国现场热再生应用主要集中在高速公路上,复拌再生与复拌加铺各占一半,但复拌加铺工艺的应用有逐步增加的趋势。

薛星星:实际施工中,一般情况下,针对不同的沥青路面现场热再生技术对应的设备应用有:第一,专门修补宽度在2m以上的道路,通过加热软化路面,铲起路面旧料,再添加不低于20%的新沥青料和一定比例的沥青粘合剂,经加热搅拌后,将再生混合料重新铺在原来的路面上,经机械摊铺碾轧后一次性完成维修任务;第二,专门修补宽度在2m以内的道路,将4cm左右的旧路面层经热再生加热软化后,经喷油耙松、平整,然后在上面再铺一层磨耗层压实,使新旧料紧密结合在一起;第三,专门针对零星小活,如井口、坑槽、裂缝等,用一台热再生综合养护维修车加热软化后,人工耙松、添料、搅拌、铺平,再用车载压路机压实,一次成型,即修即通车。

对于我们自身施工而言,主要应用第3种,即热再生综合养护车加热软化后,人工耙松、添料、搅拌、铺平,再用车载压路机压实,一次成型,即修即通车。

若要“声震天”,还需“万人掌”

视角

客观地讲,现场热再生的使用范围有一定局限性。但若能在有限的范围内做到最大程度的推广,还需要多方努力,共同推进,正所谓 “万人鼓掌声震天”。

《工程机械与维修》:请从成本、设备、施工技术、施工规范、标准等方面,详细说明现场热再生在国内目前不能有效普及的原因?

焦生杰:现场热再生技术能够最大限度地再生利用旧沥青路面材料,相对厂拌热再生技术,具有综合排放小、成本低、快速开放交通或对交通流影响小等优势。在国内不能大面积普及的原因除了设备的购置成本和庞大结构导致的运输转场困难之外,最根本的原因在于不能实现旧沥青路面高效、均匀加热,级配精准难以保障。另外,现场热再生技术不适用对道路结构层有损害的沥青路面维护。

现场热再生机组通过加热机、复拌机上布置的加热器加热旧沥青路面,使其软化,通过铣刨转子或耙类装置耙松,收集搅拌后重新摊铺到路面。加热温度或加热深度不足,耙松时会造成集料破碎,破坏级配,需要补充较多的新集料调整再生料级配,增加施工成本同时导致再生后的路面高程增加,与相邻路面之间存在台阶,限制了现场热再生技术在单车道再生施工中的应用;加热温度过高会导致沥青老化,还会造成能源浪费。

由于沥青材料属于热的不良导体,加热过程中温度梯度大,容易出现表面温度过高而底部温度还不能满足要求的情况。这就要求对旧沥青路面的传热机理和再生机组的能量输出规律进行系统研究,实现再生机组输出能量与沥青路面传热特性之间的合理匹配。特别是要针对机组不同位置处旧沥青路面温度的不同,合理设定加热器参数,采用间歇加热等方法,减小沥青路面深度方向的温度梯度,提高加热效率。

靳长征:我国对于高等级沥青路面养护工厂的施工规范、标准等并无严格的要求,基本上是沿用新建工程的相关标准和技术指标。目前,沥青路面现场热再生在国内目前尚未大面积普及的原因,不外以下几项。

第一,施工工艺和相关成套技术(包括检测) 尚未成熟,主要有以下几个方面:沥青混合料在较高温度下的老化机理;沥青混合料在长期车辆等荷载及光侯作用和再生过程中沥青的老化及矿料级配的改变规律;相对上述老化和改变,相应再生设备的技术提升,如较为精确的量化措施需要有质的提高,而并非简单地改善。

第二,再生成本高。据初步分析和了解,沥青路面的再生成本高居不下,这包括设备的购罝和折旧、添加材料的准备、作业的日常成本(包括人员费用)等综合投入。采用“再生列车”和多功能再生型养护车的作业成本恐与新路施工基本持平。这就是目前我们讨论“再生列车”的热再生作业时,为何总以大篇幅介绍如何快速通车、减少再生工程对交通流的影响、减少排放、因再生使得路用材料的节约等优点,却很少谈及再生的施工成本的主要原因。

韩海红:现场热再生技术是一种预防性养护措施,通常只能修复路面表面6cm厚度范围内的病害,对于更深层次的结构性病害,一般不会使用。而我国很多路面病害已经波及到中下面层以及基层,所以其应用量相比较于冷再生就少了很多,这是最主要的原因。其实,对于现场热再生而言,我国有成熟的施工规范与施工工艺,其施工难度也并不是很大,而且单位施工成本比传统的铣刨加铺也要便宜。只不过,设备的初期购买成本相对比较高。

薛星星:现场热再生目前仅适用于小面积道路修复,若道路需要修复面积过大,除了新料到达现场、废料搬运以及堆放场地的成本增加外,对沥青层下过深处需2次甚至3次加热,在成本增加的同时,降低了骨料的完整和级配,从技术角度讲,不符合道路技术的合格性。这也是影响其进一步推广的一个原因。

《工程机械与维修》:要想沥青路面现场热再生在国内得到有效应用,有关各方(如政府、制造商、用户以及相应维修企业)需要做哪些工作?

焦生杰:从早期的技术和设备引进,到863计划对现场热再生设备项目的支持、江苏省两个成果转化项目对现场热再生设备产业化的支持可以看出,国家和地方政府重视现场热再生技术的发展。制造商要重点关注旧沥青路面加热关键技术的研究,提高加热质量、加热均匀性和加热效率,降低燃料消耗,关注设备与工艺适应性的研究。

靳长征:随着再生技术的逐步成熟和成本的下降,政府应根据情况适时予以支持;作为技术和研发主体,制造商和相关研发单位应加紧工作,对技术瓶颈组织攻关(特别是作业工艺、专用设备的技术和结构优化、油石比和矿料级配快速检测技术等),以求相关技术快速实现提高和完善;用户以及相应维修企业应在实体再生工程中探讨问题并积极向制造商提出技术进步的合理建议。

韩海红:政府部门如果能加大对行业的支持力度,提高对预防性养护理念的提倡力度,现场热再生技术会有更好的发展。

薛星星:要想沥青路面现场热再生技术在国内得到大面积应用,首先,制造商要制造具备大面积修复的机械设备,其中包括对沥青层下过深处的一次性加热的设备进行制造,以求降低在修补中的成本并保证骨料的完整和级配;其次,政府方面应对施工路面车辆的正常通行进行合理安排,在不影响正常施工、保证行车安全方面做出明文规定;最后,用户以及相应维修企业方面应根据制造商所制造设备对操作手进行全面培训。

莫跟进,莫错机

视角

市场需求有多大?投资回报又如何?要想得到用户的青睐,每一款设备都绕不开这个话题。

《工程机械与维修》:您如何看待未来几年沥青路面现场热再生技术在国内的市场应用前景?

焦生杰:随着我国公路建设取得突飞猛进的发展,公路已由追求数量转为追求质量,由抢修时代过渡到养护时代,每年有大约10%的路面需要进行翻修养护。据测算,我国仅干线公路大中修工程,每年就产生沥青路面旧料1.6亿t,而公路路面材料循环利用率不到30%,远低于发达国家90%以上利用率的水平。交通运输部在“十二五”规划中强调,要积极推广废旧沥青路面材料冷再生、热再生等循环利用技术和施工工艺。

热再生技术能够充分恢复旧沥青路面材料的使用性能,热再生材料能够用作沥青路面面层(冷再生材料通常用作基层),是实现旧沥青路面材料利用的最经济方法。特别是现场热再生技术,能够实现旧沥青里面材料的100%利用,且CO2综合排放最少,更重要的是,由于加热软化,沥青路面材料间的黏聚力减少,铣刨回收过程中对集料级配破坏最小,可以有效减少对新集料开采的需求。

因此,未来几年,为了解决大量旧沥青路面材料的再生利用,以及国家对环境保护要求的不断提高,现场热再生技术会有广泛的市场需求。

随着科学技术的不断进步,国内在热再生机组技术方面不断突破,动态的精准计量、加热效率的提升、新材料的不断涌现、设备制造成本和使用成本的进一步降低……我相信现场热再生技术会得到广泛应用。

靳长征:沥青路面现场热再生技术在国内的应用会稳步增加,但不会太大,我个人认为未来几年的增长比例为10%～15%。

韩海红:现场热再生被进一步应用的趋势是必然的。从另外一个角度讲,交通从业者对预防性养护的必要性有了更深刻的认识,以后会在不同等级公路上逐步开展应用,而现场热再生恰恰是一种很好的预防性养护措施。

王永明:我国公路10年一大修,在这10年内将会有小型的路面损毁,如坑槽、裂缝、车辙、拥抱、翻浆等问题不断出现,厂拌修复成本过高,并且影响车辆正常通行,对公路附近居民的影响也较大。因此,在未来几年内,沥青路面现场热再生技术在国内的市场应用将更加广泛。

《工程机械与维修》:投资沥青路面现场热再生设备应重点考虑哪些因素?投资回报怎么样?

韩海红:最主要的是购买设备后有项目可做。只要有项目可做,投资回报还是不错的。总体来讲,相比较于传统的铣刨加铺维修方案,应用现场热再生技术可以节约维修成本约30%,实现节能减排约25%,其经济效益和社会效益均十分明显。这也正是它能够有长远发展的最具吸引力的地方。

薛星星:的确,购买这样的设备必须考虑到工程量,如果当地市场没有工程需求,那肯定是不行的。我们当初投资沥青路面现场热再生设备时,除了基于山西省内道路养护需求外,还有以下因素:第一,任何直接重铺或铣刨后再填补的工程都可以用热再生的方法,旧路面混合料就地再生利用,不需要搬运废料过程及废弃物堆放场地;第二,能保证骨料的完好和级配,100%利用旧料,且再生料与新沥青料质量相当;第三,对交通及沿途居民的影响程度小,施工结束就可以开放交通;第四,施工产生的振动、噪声比其他施工方法小,有利于环保;第五,对新修路面有缺陷的区域进行修整,成本很低。