舊瀝青路面就地冷再生技術淺析

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,國內開始研究瀝青混凝土路面再生技術,2000年以后,全國各地都相繼開展這項技術的試驗研究[3,4]。隨著近年來人們對環(huán)保、社會效益的關注,瀝青路面廢料再生利用技術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。瀝青再生利用技術的研究、推廣和相關專用設備的開發(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可分為廠拌熱再生、廠拌冷再生、現場熱再生、現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,采取技術途徑,如添加高標號瀝青和低粘度再生劑進行組分調節(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,認為瀝青產生老化的原因是瀝青膠質物系中各組分相容性降低,導致組分間溶度參數差增大,認為摻入一定的再生劑使其溶度參數差減小,瀝青即能恢復到(甚至超過)原來性質。另一種理論是組分調節(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)調導致瀝青路用性能降低,認為通過摻加再生劑調節(jié)其組分,可使瀝青恢復原來的性質。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。

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上,冷再生的粘結料主要有三種: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構瀝青,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,一般都會產生結皮現象。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構層的翻修,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年內陸續(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,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進行全面研究,趨利避害,為我國道路建設提供有力的技術支撐。

[1]呂偉民.乳化瀝青冷再生技術關鍵與應用前景[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[J].建設機械技術與管理,2004(4):55-58.