瀝青混合料再生技術研究

鹿森剛

0 引言

我國公路建設發展迅速,高速公路總里程已經躍居世界第二位,目前許多高速公路都已進入大、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。隨著可持續發展理念的不斷深化,對整個公路交通行業提出了相應的要求,瀝青路面材料的再生利用技術已經成為當前公路建設需要解決的迫切問題。

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

1 研究現狀

1.1 國外

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

日本從1976年開始進行瀝青路面再生技術的研究。1984年7月,日本道路協會出版了《路面廢料再生利用技術指南》,并且就有關廠拌再生技術編制成了手冊。目前,路面廢料再生利用的數量已經超過50%。歐洲一些國家對瀝青路面再生技術的研究也在同一時期展開。20世紀70年代中期,德國、荷蘭和芬蘭等國家相繼進行了小規模的試驗研究,并迅速推廣應用[2]。

1.2 國內

我國是從20世紀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”科技攻關中,對瀝青路面的熱再生機理、再生設計方法和熱再生施工工藝實用技術進行了比較系統的研究。

20世紀90年代,我國進入高速公路建設高峰時期,瀝青路面再生技術的研究與推廣卻幾乎被擱置。而今大量瀝青路面已陸續進入了維修或改建期。開發適用于瀝青路面的再生技術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護量的不斷增加,對混合料再生技術有必要進行深入、系統的研究。

2 瀝青再生機理研究

根據瀝青老化的機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,從而達到對老化瀝青進行再生的目的。

再生劑具有兩親性,一端可以和極性較強的瀝青質結合,在瀝青質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”,此膜具有一定的強度,可以對瀝青質起一定的保護作用,在受到外界條件變化時,分子內部顆粒之間在相互撞擊的時候,不產生“聚結”現象,使溶液處于比較穩定的狀態;另一端可以和極性相對較弱的芳香酚和飽和酚結合。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,一定程度上恢復到老化以前的狀態,同時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理過程可以用圖1表示。

3 再生技術分類及適用性

3.1 現場熱再生

現場熱再生技術也稱為表層再生技術。該技術通過現場加熱、翻耕、混拌、攤鋪、碾壓等工序,一次性實現就地舊瀝青路面再生,具有無須運輸廢舊瀝青混合料,工效高,對公路運營影響低等優點。但存在諸多局限性,主要表現在:1)處理厚度小。2)無法有效調整配合比。3)必須利用專門的再生劑恢復瀝青的性能,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量狀況變化大的路面難以保證質量要求。因此,目前現場熱再生技術在發達國家也未得到普遍采用。

3.2 廠拌熱再生

廠拌熱再生技術先將舊瀝青路面銑刨后運回工廠,通過破碎、篩分,并根據舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、碎石級配等指標,摻入一定數量的新集料、瀝青和再生劑(必要時)進行拌和,使混合料達到規范規定的各項指標,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,摻入數量較大的新集料和新瀝青,使再生混合料的級配和瀝青結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),使混合料具有穩定的質量。通過適當的配合比設計和嚴格的質量控制措施,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 現場冷再生

現場冷再生技術是用大功率路面銑刨拌合機將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎,再加入穩定劑、水泥、水(或加入乳化瀝青)和骨料同時就地拌和,用路拌機原地拌和,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,屬于道路養護維修范疇。

3.4 廠拌冷再生

將銑刨下來的舊瀝青混凝土路面材料運回穩定土攪拌廠,經過破碎作為穩定土骨料,加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化瀝青等一種或多種穩定劑和新料(必要時)進行攪拌,然后鋪筑于基層或底基層。這類基層具有柔性基層的特點。這項技術不但未充分利用廢棄材料中的舊瀝青,而且舊瀝青還會在一定程度上影響混合料的抗壓強度,但其生產過程幾乎不需要專用設備就可實現。在國外被普遍采用,實踐證明具有很好的應用價值。

4 再生混合料的設計要求

1)再生混合料必須具有足夠的強度和熱穩定性,夏季高溫下不出現泛油、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為較低的線收縮系數,較高的抗彎拉強度和較低的彎拉模量;3)再生瀝青路面應具有足夠的抗滑性和防滲性;4)再生瀝青路面應具有良好的抗老化性能,路面經久耐用;5)盡可能多地使用舊路面材料,提高舊料摻配率,最大限度地節約瀝青和砂石材料。

5 結語

瀝青路面材料的再生利用技術已經成為當前公路建設中亟待解決的熱點問題。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有必要加強理論研究。我國氣候多樣,各地區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的發展道路還任重而道遠。

[2] 周 紅,周建波.瀝青路面再生技術[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概述[J].重慶建筑大學學報,2009,29(3):128-131.

[4] 樊統江,徐棟良,賈敬鵬,等.瀝青砼路面再生技術及其在國外的發展[J].重慶交通學院學報,2007,26(3):82-87.