瀝青混合料再生技術(shù)研究

鹿森剛

0 引言

我國公路建設(shè)發(fā)展迅速,高速公路總里程已經(jīng)躍居世界第二位,目前許多高速公路都已進(jìn)入大、中修期,每年翻修開挖出來的舊瀝青混合料將超過1 000萬t。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深化,對整個(gè)公路交通行業(yè)提出了相應(yīng)的要求,瀝青路面材料的再生利用技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前公路建設(shè)需要解決的迫切問題。

瀝青路面再生技術(shù)是將不能滿足使用要求的舊瀝青路面瀝青混合料經(jīng)過一定的加工和處理,包括對舊瀝青路面進(jìn)行翻挖、破碎、篩分,再和新集料、新瀝青、再生劑(必要時(shí))重新混合,變成可以達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的混合料以后,重新鋪筑為新的路面。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國外

舊瀝青路面材料再生利用的試驗(yàn)研究最早始于1915年,但發(fā)展緩慢。1974年美國重新開始研究這項(xiàng)技術(shù),并且迅速在全國推廣應(yīng)用。從1976年到現(xiàn)在,美國瀝青路面廢料的再生利用率已超過70%[1]。

日本從1976年開始進(jìn)行瀝青路面再生技術(shù)的研究。1984年7月,日本道路協(xié)會(huì)出版了《路面廢料再生利用技術(shù)指南》,并且就有關(guān)廠拌再生技術(shù)編制成了手冊。目前,路面廢料再生利用的數(shù)量已經(jīng)超過50%。歐洲一些國家對瀝青路面再生技術(shù)的研究也在同一時(shí)期展開。20世紀(jì)70年代中期,德國、荷蘭和芬蘭等國家相繼進(jìn)行了小規(guī)模的試驗(yàn)研究,并迅速推廣應(yīng)用[2]。

1.2 國內(nèi)

我國是從20世紀(jì)80年代初開始舊瀝青路面再生利用研究的,但早在國家“七五”和“八五”科技攻關(guān)中,對瀝青路面的熱再生機(jī)理、再生設(shè)計(jì)方法和熱再生施工工藝實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。

20世紀(jì)90年代,我國進(jìn)入高速公路建設(shè)高峰時(shí)期,瀝青路面再生技術(shù)的研究與推廣卻幾乎被擱置。而今大量瀝青路面已陸續(xù)進(jìn)入了維修或改建期。開發(fā)適用于瀝青路面的再生技術(shù)這一工作已成為公路工作者的議題。隨著我國高等級路面維修養(yǎng)護(hù)量的不斷增加,對混合料再生技術(shù)有必要進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究。

2 瀝青再生機(jī)理研究

根據(jù)瀝青老化的機(jī)理可以通過加入某種再生劑,使極性差異比較大的組分之間能夠很好的相容,從而達(dá)到對老化瀝青進(jìn)行再生的目的。

再生劑具有兩親性,一端可以和極性較強(qiáng)的瀝青質(zhì)結(jié)合,在瀝青質(zhì)的周圍形成有序緊密排列的單分子膜,也就是所謂的“界面膜”,此膜具有一定的強(qiáng)度,可以對瀝青質(zhì)起一定的保護(hù)作用,在受到外界條件變化時(shí),分子內(nèi)部顆粒之間在相互撞擊的時(shí)候,不產(chǎn)生“聚結(jié)”現(xiàn)象,使溶液處于比較穩(wěn)定的狀態(tài);另一端可以和極性相對較弱的芳香酚和飽和酚結(jié)合。這樣既可以減小高分子聚合的程度,使重分子量和平均分子量都減小,一定程度上恢復(fù)到老化以前的狀態(tài),同時(shí)又可以很好的解決相容性的問題[3]。

按照以上的再生思路其再生機(jī)理過程可以用圖1表示。

3 再生技術(shù)分類及適用性

3.1 現(xiàn)場熱再生

現(xiàn)場熱再生技術(shù)也稱為表層再生技術(shù)。該技術(shù)通過現(xiàn)場加熱、翻耕、混拌、攤鋪、碾壓等工序,一次性實(shí)現(xiàn)就地舊瀝青路面再生,具有無須運(yùn)輸廢舊瀝青混合料,工效高,對公路運(yùn)營影響低等優(yōu)點(diǎn)。但存在諸多局限性,主要表現(xiàn)在:1)處理厚度小。2)無法有效調(diào)整配合比。3)必須利用專門的再生劑恢復(fù)瀝青的性能,難以保障路面的耐久性。4)無法處理采用改性瀝青鋪筑的表面層。5)對路面層厚不均勻或質(zhì)量狀況變化大的路面難以保證質(zhì)量要求。因此,目前現(xiàn)場熱再生技術(shù)在發(fā)達(dá)國家也未得到普遍采用。

3.2 廠拌熱再生

廠拌熱再生技術(shù)先將舊瀝青路面銑刨后運(yùn)回工廠,通過破碎、篩分,并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、碎石級配等指標(biāo),摻入一定數(shù)量的新集料、瀝青和再生劑(必要時(shí))進(jìn)行拌和,使混合料達(dá)到規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo),再按照與普通瀝青路面完全相同的方法重新鋪筑。廠拌熱再生技術(shù)利用舊瀝青回收料(RAP)一般不超過50%,通常用10%～30%,因此,摻入數(shù)量較大的新集料和新瀝青,使再生混合料的級配和瀝青結(jié)合料性能均得到充分改善;而且,在RAP用量不大的情況下,不需要使用專門的軟化劑(再生劑),使混合料具有穩(wěn)定的質(zhì)量。通過適當(dāng)?shù)呐浜媳仍O(shè)計(jì)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施,廠拌熱再生瀝青路面具有與普通瀝青路面相同的路用性能和耐久性。

3.3 現(xiàn)場冷再生

現(xiàn)場冷再生技術(shù)是用大功率路面銑刨拌合機(jī)將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎,再加入穩(wěn)定劑、水泥、水(或加入乳化瀝青)和骨料同時(shí)就地拌和,用路拌機(jī)原地拌和,最后碾壓成型。碾壓成型后的攤鋪層可作為低等級公路的面層和高等級公路的下面層或基層,屬于道路養(yǎng)護(hù)維修范疇。

3.4 廠拌冷再生

將銑刨下來的舊瀝青混凝土路面材料運(yùn)回穩(wěn)定土攪拌廠,經(jīng)過破碎作為穩(wěn)定土骨料,加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化瀝青等一種或多種穩(wěn)定劑和新料(必要時(shí))進(jìn)行攪拌,然后鋪筑于基層或底基層。這類基層具有柔性基層的特點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)不但未充分利用廢棄材料中的舊瀝青,而且舊瀝青還會(huì)在一定程度上影響混合料的抗壓強(qiáng)度,但其生產(chǎn)過程幾乎不需要專用設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)。在國外被普遍采用,實(shí)踐證明具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

4 再生混合料的設(shè)計(jì)要求

1)再生混合料必須具有足夠的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,夏季高溫下不出現(xiàn)泛油、推擠、壅包和車轍;2)再生混合料具有良好的低溫抗裂性。為此,要求混合料在低溫下表現(xiàn)為較低的線收縮系數(shù),較高的抗彎拉強(qiáng)度和較低的彎拉模量;3)再生瀝青路面應(yīng)具有足夠的抗滑性和防滲性;4)再生瀝青路面應(yīng)具有良好的抗老化性能,路面經(jīng)久耐用;5)盡可能多地使用舊路面材料,提高舊料摻配率,最大限度地節(jié)約瀝青和砂石材料。

5 結(jié)語

瀝青路面材料的再生利用技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前公路建設(shè)中亟待解決的熱點(diǎn)問題。隨著我國高等級瀝青路面維修量不斷增加,對瀝青混合料的再生技術(shù)有必要加強(qiáng)理論研究。我國氣候多樣,各地區(qū)的適用條件和適用場合差異較大,對瀝青混合料再生利用技術(shù)的發(fā)展道路還任重而道遠(yuǎn)。

[2] 周 紅,周建波.瀝青路面再生技術(shù)[J].路基工程,2007,134(5):154-156.

[3] 韋 琴,楊長輝,熊出華,等.舊瀝青路面再生利用技術(shù)概述[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(3):128-131.

[4] 樊統(tǒng)江,徐棟良,賈敬鵬,等.瀝青砼路面再生技術(shù)及其在國外的發(fā)展[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2007,26(3):82-87.