舊瀝青路面就地冷再生技術(shù)淺析

侯 偉

近20年來,我國公路建設發(fā)展迅速,截至 2007年年底,公路總里程已達到357.3×104km,其中高速公路里程達到4.53×104km[1],且絕大部分是瀝青路面。按照瀝青的設計壽命15年～20年測算,從現(xiàn)在起,每年約有12%的瀝青路面需要翻修,可再生的瀝青混合料預計達到每年1 900萬t,還將以每年15%的速度增長[2]。瀝青混合料再生利用技術(shù)基本適用于各種瀝青路面的修筑,可節(jié)省絕大部分集料以及約30%的瀝青,其使用效果與新瀝青混合料相當或接近,減少新材料的使用和費用,降低了筑路成本。自20世紀80年代,國內(nèi)開始研究瀝青混凝土路面再生技術(shù),2000年以后,全國各地都相繼開展這項技術(shù)的試驗研究[3,4]。隨著近年來人們對環(huán)保、社會效益的關(guān)注,瀝青路面廢料再生利用技術(shù)越來越受到人們的重視,已成為公路工程建設中有待進一步發(fā)展的重要實用技術(shù)。瀝青再生利用技術(shù)的研究、推廣和相關(guān)專用設備的開發(fā),對降低建設成本、合理利用資源、保護生態(tài)環(huán)境以及促進我國公路建設有著極其重大的意義。

1 瀝青路面的再生原理

隨著車輛荷載次數(shù)的增加和環(huán)境因素的不斷影響,瀝青路面的服務性能隨之降低。然而我們通過一系列的技術(shù)手段可以延緩路面的損壞,并提高路面服務性能。瀝青路面冷再生是指將舊瀝青路面材料(主要是面層材料,有時也包括部分基層材料)經(jīng)過銑刨、回收、破碎、篩分后,按比例加入一定量的添加劑(水泥、石灰、泡沫瀝青、乳化瀝青或改性乳化瀝青等),必要時加入部分新骨料而制成冷再生混合料。瀝青路面再生利用技術(shù)可分為廠拌熱再生、廠拌冷再生、現(xiàn)場熱再生、現(xiàn)場冷再生四種施工方法,按再生原理分為瀝青的再生和混合料的再生[3,5]。

1)瀝青的再生。瀝青再生實際是瀝青老化的逆過程,采取技術(shù)途徑,如添加高標號瀝青和低粘度再生劑進行組分調(diào)節(jié),以恢復瀝青的流變性能,從而達到再生的目的。舊瀝青路面在車輪荷載與自然力作用下,瀝青混合料會發(fā)生老化現(xiàn)象。瀝青的針入度、延度及軟化點也會發(fā)生有規(guī)律的變化,同時導致瀝青性能下降。舊瀝青再生的機理研究目前有兩種理論,一種理論是相容性理論,認為瀝青產(chǎn)生老化的原因是瀝青膠質(zhì)物系中各組分相容性降低,導致組分間溶度參數(shù)差增大,認為摻入一定的再生劑使其溶度參數(shù)差減小,瀝青即能恢復到(甚至超過)原來性質(zhì)。另一種理論是組分調(diào)節(jié)理論,認為由于組分的移行,瀝青老化后,各組分間比例不協(xié)調(diào)導致瀝青路用性能降低,認為通過摻加再生劑調(diào)節(jié)其組分,可使瀝青恢復原來的性質(zhì)。因此,要使老化瀝青恢復原有性能,就需要將老化瀝青和原瀝青的組分進行比較后,向老化瀝青中加入所缺少的組分(即添加瀝青再生劑),使組分重新協(xié)調(diào)。

2)混合料的再生。原理是把從路面銑刨的再生料當作新的集料,加入粘結(jié)料后形成具有一定強度的材料的再生方法。主要應用在冷再生技術(shù)上,冷再生的粘結(jié)料主要有三種:乳化瀝青;泡沫瀝青;水泥。由于采用冷再生料受到水的影響,混合料最終強度的形成需要在水分完全蒸發(fā)之后,在成型初期,混合料的水穩(wěn)定性和強度遠不及養(yǎng)護終期,于是,在實際工程中添加一部分水泥以提高初期強度。

2 乳化瀝青再生優(yōu)缺點及適用范圍

2.1 乳化瀝青再生的優(yōu)缺點[3]

乳化瀝青再生技術(shù)的優(yōu)點主要有:1)節(jié)約能源。采用熱瀝青筑路要消耗燃料,主要是在施工過程中,為了時刻保持瀝青應有的高溫,常常要對瀝青進行重復加溫與持續(xù)加溫。2)節(jié)省資源。在道路使用年限的中后期,只是路面的性能降低了,然而石料的物理性質(zhì)并沒有發(fā)生變化,按照常規(guī)的方式進行銑刨、堆置是很浪費的,而且陽離子瀝青溶液與骨料表面具有良好的粘附性,可以在骨料表面形成均勻的瀝青膜,施工時容易準確地控制瀝青的用量,保證骨料之間能有足夠的結(jié)構(gòu)瀝青,使自由瀝青降低到適宜程度。另外,因為陽離子乳化瀝青與堿液和酸性骨料都有良好的粘附效果,從而擴大了骨料的來源,更便于就地取材,減少材料的運輸,降低工程造價。3)可以冷施工,延長施工季節(jié)。熱拌瀝青的拌和、攤鋪、碾壓都有嚴格的溫度限制:拌和時溫度過高,瀝青過度老化,路面便會過早的出現(xiàn)病害。在碾壓時,過高的溫度會導致推移,不易于壓實;反之溫度過低,礦料則會和瀝青裹覆不均勻,出現(xiàn)不同程度的花白料。在攤鋪過程中,溫度則更加重要,在施工時都必須嚴格控制最低碾壓溫度,在低于這個極限溫度后,不僅不能壓實,反而會破壞已壓實的路面。由于陽離子瀝青具有良好的溫度適應力,因此可以大大延長施工季節(jié),并且有利于瀝青路面的及時維修養(yǎng)護,及時制止病害的加劇與擴大,直至完全消除。關(guān)于延長的時間,隨氣候條件因地區(qū)而有差異。4)改善施工條件,減少環(huán)境污染。陽離子乳化瀝青乳液可在常溫條件下使用,由于瀝青乳液具有良好的工作度,可以均勻地分布在骨料表面上并且骨料產(chǎn)生較好的粘附性,因而可以節(jié)省瀝青用量。還由于使用瀝青乳液作業(yè),現(xiàn)場不需要支鍋、盤灶、熬油等,簡化了施工程序,改善了油路工人的施工條件,避免了煙熏火烤和火災的發(fā)生,也減少了對于周圍環(huán)境的污染。

不過在有如此優(yōu)越性的同時,由于在瀝青結(jié)合料和集料方面與熱拌混合料差異,就地冷再生集料也有著它與生俱來的缺點:

1)路用石油瀝青是原油蒸餾后的殘渣,根據(jù)提煉程度的不同,在常溫下成液體、半固體或固體。石油瀝青色黑而有光澤,具有較高的感溫性。常溫下,瀝青是不具備良好的拌和性的。乳化瀝青由于水、乳化劑、穩(wěn)定劑的加入,被制備成一種液態(tài),可用于常溫拌和。a.乳化瀝青混合料的粘結(jié)性低于熱拌瀝青混合料。b.乳化瀝青乳化完成之后,如果不采取一些預防和保護措施,一般都會產(chǎn)生結(jié)皮現(xiàn)象。c.熱拌瀝青路面在路面溫度降低到一定程度便能開放交通,而乳化瀝青混合料的強度形成是一個長期的過程,隨著水分的蒸發(fā),強度會逐漸增加,最終達到路用的要求。在混合料壓實成型后,乳化瀝青并未完全破乳,混合料還是很松散的,必須嚴格養(yǎng)生。

2)路面銑刨料既不同于新集料,也不能簡單的看作“黑色集料”,其變異性是很大的。

2.2 乳化瀝青再生適用范圍

就地冷再生工藝主要用于瀝青路面結(jié)構(gòu)層的翻修,適用于所有路面標高不受限制的道路,由于高等級公路和大部分城市道路的路面標高在新路完成后已經(jīng)基本確定,其可增加的幅度很小,所以在作為基層的再生層上攤鋪新面層受到限制。因此,就地冷再生主要適用于一般公路、等外公路、部分城市道路及其他場地的維修改造。對于低等級公路特別是鄉(xiāng)村公路,這種經(jīng)過冷再生的路面就是最終路面;對于高等級公路,這種路面可作為高等級公路的基層[5]。

3 結(jié)語

隨著時間的推移,路面在車輛和環(huán)境因素作用下的破壞是不可避免的。瀝青路面的再生利用技術(shù)在美國以及其他一些發(fā)達國家非常成熟,材料重復利用率很高。我國公路將在未來數(shù)年內(nèi)陸續(xù)進入大規(guī)模的翻修期,基于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的考慮,瀝青路面再生是一種值得推薦的選擇。作為一項新型實用技術(shù),它極大程度的改變了我國沿用多年的傳統(tǒng)的瀝青路面維修方法,但乳化瀝青再生混合料具有初期強度較低、養(yǎng)生時間較長、可使用層位較低等不足之處。因此,我國需要對瀝青路面再生技術(shù)進行全面研究,趨利避害,為我國道路建設提供有力的技術(shù)支撐。

[1]呂偉民.乳化瀝青冷再生技術(shù)關(guān)鍵與應用前景[J].石油瀝青,2009,23(3):29-34.

[2]拾方治,馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]張立柱,張運濤,何鳳華.瀝青混凝土路面冷再生技術(shù)及其應用[J].公路,2006(10):199-204.

[4]韓學義.舊瀝青混凝土路面混合料冷再生技術(shù)的應用[J].公路,2007(9):112-115.

[5]侯 宓,倪少虎.瀝青混合料就地再生技術(shù)[J].建設機械技術(shù)與管理,2004(4):55-58.