瀝青路面再生技術(shù)研究進展

向萬龍

摘 要：瀝青路面再生技術(shù)是一項新的瀝青路面修筑技術(shù)，能夠節(jié)約大量的瀝青、砂石等原材料，同時有利于處理廢料、保護環(huán)境，是一種 經(jīng)濟、綠色環(huán)保施工技術(shù)。本文介紹了國內(nèi)處再生瀝青的研究進展，闡述了廢舊瀝青混合料的再生機理及再生瀝青混合料的路用性能的評價指標。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；就地冷再生；就地?zé)嵩偕?/p>

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，我國的公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到了較大的發(fā)展。在已建成的高級和次高級路面中，瀝青路面的數(shù)量占了很大的比例。然而由于在各種因素及交通荷載的共同作用下，瀝青路面在使用一定的年限后，會出現(xiàn)一些病害如：車轍、沉陷、龜裂、擁包等。這些病害的出現(xiàn)嚴重的影響了路面的使用性能。以往處理這些病害的方法是對出現(xiàn)病害的路段進行銑刨，然后重新鋪筑新路面。這樣進行路面修復(fù)時，一般都要將舊瀝青混合料廢棄掉。廢舊瀝青混合料不可用于其他工程，如果進行深埋處理，由于瀝青混合料是不可降解的有機物，深埋處理將會對淺層地下水資源造成嚴重污染。如果能對其回收再利用，既可以保護環(huán)境又可以節(jié)約自然資源。因此，瀝青路面的再生技術(shù)成為當(dāng)今世界的一大課題。

1 廢舊瀝青混合料再生技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外在這方面早在上世紀初已經(jīng)開始研究，近年來已有很大的發(fā)展，涉及的范圍較為廣泛，再生技術(shù)裝備和施工工藝已經(jīng)達到了較高的水平，并且已經(jīng)形成了一整套比較成熟和完整的再生技術(shù)。

美國最早于1915年開始進行瀝青路面再生利用技術(shù)的試驗研究，但由于以后大規(guī)模新路建設(shè)而忽視了對該技術(shù)的研究。1973年由于石油危機、嚴格的不保法制以及砂石材料供應(yīng)緊張，美國對該項技術(shù)引起重視，并且迅速在全國范圍進行研究、推廣和應(yīng)用。至上世紀80年代末美國再生瀝青混合料用量幾乎占全部路用瀝青混合料的一半，并且再生劑開發(fā)、再生混合料設(shè)計、施工設(shè)備等方面的研究也日趨深入。瀝青路面的再生利用在美國已是常規(guī)技術(shù)，其重復(fù)利用率高達80%，節(jié)約成本10%-30%。之后相繼頒布了一系列的技術(shù)手冊和指南，如1981年美國交通運輸研究委員會編制的《路面舊料再生指南》，美國瀝青協(xié)會出版的》瀝青路面熱再生技術(shù)手冊》等。

20世紀70年代中期德國、荷蘭、荷蘭等西歐國家相繼進行了小規(guī)模試驗研究，并迅速推廣應(yīng)用。德國瀝青路面再生利用技術(shù)發(fā)展較快，1978年舊料利用率達100%，并最先將再生料應(yīng)用于高速公路。法國幾乎所有的城鎮(zhèn)都組織廢舊路面材料的收集和儲存工作，近年來瀝青路面再生技術(shù)從輕型交通的面層和基層向高速公路和一些重交通道路的修復(fù)工程中開始推廣和應(yīng)用。

前蘇聯(lián)在1966年就出版了《瀝青混凝土舊料再生利用技術(shù)的建議》，但實際應(yīng)用甚少，1979年出版了《舊瀝青混凝土再生混合料技術(shù)準則》，提出了適用于各種條件下的瀝青路面材料再生利用方法，1984年以出版了《再生路用瀝青混凝土》一書，該書詳細地闡述了路拌再生和廠拌再生的方法。

日本從1976年開始進行瀝青路面再生利用技術(shù)的研究，到80年代瀝青路面舊料再生利用的數(shù)量已經(jīng)超過50%。1984年7月日本道路協(xié)會出版了《路面舊料再生利用技術(shù)指南》，并且就有關(guān)廠拌再生利用技術(shù)編制成了手冊。

綜上所述，歐、美、日等發(fā)達國家目前在再生瀝青混合料的生產(chǎn)工藝以及與之配套的各種挖掘、銑刨、破碎、拌和等機具的研制與開發(fā)方面均取得了顯著的成就，經(jīng)過近30年的大規(guī)模生產(chǎn)實踐，己證明了瀝青再生利用在技術(shù)上的可行性，并形成了系統(tǒng)的成套瀝青再生技術(shù)，且達到了規(guī)范化與標準化的成熟程度。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國早在上世紀50-70年代期間就時行了舊瀝青路面再生利用的嘗試，但都將其作為舊料利用考慮。如山西、湖北、河北等省公路部門曾經(jīng)通過在舊渣油中加入新瀝青和新集料，經(jīng)過重新加熱拌和后鋪筑了試驗路段，一般只用于輕交通道路、人行道或高等級公路的基層。在國家“七五”和“八五”科技攻關(guān)中，對瀝青路面的熱再生機理、熱再生設(shè)計方法和熱再生施工工藝實用技術(shù)進行了比較系統(tǒng)的研究。研究工作從化學(xué)、熱力學(xué)和瀝青流變學(xué)的原理出發(fā)，研究瀝青在老化過程中其流變行為的變化規(guī)律，還研究了再生劑的作用和再生劑的質(zhì)量技術(shù)指標，此外對熱再生瀝青混合料的物理力學(xué)性能也進行了系統(tǒng)的評價性試驗。通過理論和試驗研究，對瀝青路面熱再生技術(shù)的本質(zhì)有了一定的認識，探明了瀝青路面熱再生的科學(xué)途徑，并在此基礎(chǔ)上初步建立了瀝青路面熱再生的設(shè)計方法。

我國還沒有研制出合適的再生劑以及瀝青路面再生機械設(shè)備，也沒有建立再生瀝青混合料性能評價方法和指標體系等，這些都是舊瀝青混合料再生需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國真正推廣舊料再生技術(shù)的一個重要前提，這些都說明了我國對舊瀝青混合料再生技術(shù)的研究是很有必要的。

2 廢舊瀝青再生機理

瀝青老化后，在物理-力學(xué)性質(zhì)方面，表現(xiàn)為針入度減小，延度降低，軟化點升高，絕對粘度提高，脆點降低等等。瀝青老化機理的主要理論有組分遷移理論，認為瀝青老化主要是由于其組分上在逐漸發(fā)生變化，總的趨勢是小分子量的化合物向大分子量的化合物轉(zhuǎn)化，高活性、高能級的組分向低活性、低能級的組分轉(zhuǎn)移。

瀝青中的油分主要包括芳香分和飽和族，其中芳香族的分子量最小，也最不穩(wěn)定，它在自然條件下極易揮發(fā)，同時芳香烴的分子結(jié)構(gòu)由于存在不飽和鍵，很多是以單體的形式存在，所以在光、熱、氧等自然因素的長期作用下芳香烴分子間發(fā)生了極其復(fù)雜的氧化、縮合、共聚等反應(yīng)，組分上看就是向膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化。而油分中的飽和族分子結(jié)構(gòu)上以飽和鍵占優(yōu)勢，自然條件下一般不參與反應(yīng)，所以其結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。膠質(zhì)相對于瀝青質(zhì)來講，其能級和活性要高，自然狀態(tài)下膠質(zhì)也會向瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化，而瀝青質(zhì)分子則會向更大分子量轉(zhuǎn)化。瀝青老化的整個過程也就是芳香分→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化進程，此化學(xué)反應(yīng)是不可逆的

瀝青的物理-力學(xué)性質(zhì)與化學(xué)組成有密切的關(guān)系，不同化學(xué)組分表現(xiàn)為不同的路用性能。但是，由于瀝青化學(xué)組分是一種較為粗略的化學(xué)組成分組，即使是相同化學(xué)組分含量的瀝青，可以表現(xiàn)的物理-力學(xué)性質(zhì)也不一定是一樣的。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，是由于同一化學(xué)組分中含有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物，要真正了解瀝青化學(xué)組成與瀝青路用性能的關(guān)系，就必須研究瀝青及其組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)。瀝青老化的實質(zhì)，亦即為瀝青及其各化學(xué)組分中各化合物結(jié)構(gòu)變化過程。

瀝青再生就是瀝青老化的逆過程，也就是通過再生恢復(fù)舊瀝青的物理-力學(xué)性質(zhì)。瀝青再生機理的主要理論是相容性理論，認為瀝青是由數(shù)千種乃至上萬種化合物組成的混合物，它是一種高分子濃溶液，瀝青質(zhì)為溶質(zhì)，軟瀝青包括膠質(zhì)和油分，為溶劑。瀝青再生就是采用一定的措施和途徑減少瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)之間的溶度參數(shù)差，最終使老化瀝青的路用性能得到改善。瀝青相容性降低的原因，主要有二點：瀝青老化使得瀝青質(zhì)含量增高，超過軟瀝青質(zhì)的溶解度；瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)較軟瀝青的溶度參數(shù)增加得快，使得瀝青質(zhì)與軟瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)差值增大，超過相容性要求標準。因此，為改善舊瀝青的相容性，通常采用摻加新瀝青和再生劑方法。一方面可使得瀝青質(zhì)相對含量減少；同時并能使得軟瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)提高，使得軟瀝青質(zhì)與瀝青質(zhì)的溶度參數(shù)差值減少，從而達到改善相容性的目的。目前，石油瀝青的制備方法主要有減壓深拔工藝制取直餾瀝青、氧化法制取氧化瀝青、調(diào)和法生產(chǎn)調(diào)和瀝青等。由于前兩種方法工藝繁瑣且設(shè)備復(fù)雜，考慮瀝青混合料再生的特殊性，即舊瀝青的再生必須與道路的鋪筑同時進行，需要方便快捷、操作簡單靈活的再生方法，因此優(yōu)先選擇調(diào)和法。

3 再生瀝青的評價

無論是通過加入新瀝青還是加入再生劑或者是其它外參劑使瀝青再生，最終目的是使再生瀝青恢復(fù)較好的性能，那么瀝青是否獲得了再生或者說達到了良好的性能與否，這需要一個標準，通過此標準去評價瀝青的再生效果，對于瀝青再生效果的評價方法目前主要有兩種：

3.1 宏觀評價方法

宏觀評價方法，即對再生后的瀝青進行路用性能評價，其評價指標為軟化點、針入度、粘度以及延度等。一般來說，通過加入再生劑后瀝青的針入度會增大、延度會變大、軟化點會下降，粘度也會下降，即能有效地改善老化瀝青的路用性能。通過與老化前的原樣瀝青進行對比，分析再生瀝青的性能指標有多少程度的恢復(fù)，進而對再生劑的再生效果進行評價。一些研究人員認為：再生效果，是指舊瀝青添加再生劑后恢復(fù)原瀝青性能的能力，最敏感的就是瀝青延度恢復(fù)的程度，故再生效果以再生瀝青的延度與原瀝青延度的比k表示。但是對于我國的一些普通瀝青來說，可能含蠟量較高，導(dǎo)致某些物理指標變化不大而沒達到預(yù)期的再生效果，這點在試驗和生產(chǎn)應(yīng)用時應(yīng)注意些。

3.2 微觀評價方法

微觀評價方法，即對再生瀝青的組分進行分析，分析再生后的瀝青各組分含量如何變化，是否能恢復(fù)到原樣瀝青的組分含量，根據(jù)組分含量的恢復(fù)情況對再生劑的再生效果進行評價，其評價指標為各組分的相對含量，一般來講，瀝青老化后其化學(xué)組分發(fā)生了變化，飽和分變化不大，瀝青質(zhì)的含量升高，而膠質(zhì)、芳香分含量有所下降。所以，通過加入再生劑，我們希望重新調(diào)整老化瀝青的化學(xué)組分，添加較高含量芳香分、低含量瀝青質(zhì)的再生劑，使其化學(xué)組分盡量與原瀝青相差不大。但是值得注意的是：國產(chǎn)瀝青所含瀝青質(zhì)較少，即使是老化后的瀝青其瀝青的含量也可能不是很高，所以在加再生劑再生時，要注意再生劑芳香分的含量，在老化瀝青質(zhì)的含量較低的情況下，低芳香分含量的再生劑與含芳香分再生劑可能具有同樣的再生效果。不過國外的瀝青其瀝青質(zhì)的含量一般較高，所以當(dāng)加入不同芳香分含量的再生劑時，其再生效果會有較明顯的差異。

再生劑再生效果的評價方法（宏觀和微觀方法）在實際應(yīng)用時有著各自的優(yōu)點和缺點。目前，使用較多的方法還是宏觀方法。這主要是由于試驗條件決定的，在大多數(shù)公路部門都有進行宏觀評價方法試驗的儀器，而缺少微觀方法所需要的儀器。而且，對于宏觀方法所評價的性能指標（針入度、軟化點、粘度以及延度等）是直接與瀝青路用性能聯(lián)系在一起的，而微觀方法所進行的瀝青組分分析與瀝青的路用性能的關(guān)系是間接的。此外，對于微觀評價所需的技術(shù)含量也要高些，試驗設(shè)備也要復(fù)雜，自然其試驗費也要得多，一般在科研時才考慮使用此方法，而在實際工程中使用的不多。

4 結(jié)語

瀝青路面再生技術(shù)己經(jīng)是一項比較系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)。盡管如此，在包括再生瀝青混合料路用性能在內(nèi)，仍然有許多問題有待于進一步深入研究：

a：再生混合料的物理力學(xué)性的評價試驗方法有待進一步完善及規(guī)范化；

b：再生劑的規(guī)范化與系列化。過去我國道路瀝青路面維修使用再生劑少，甚至不用，再生劑的市場小。然而，隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，今后瀝青路面再生利用對再生劑的需求量必將大大增加。為此，擴大再生劑的料源和品種，使之規(guī)范化、系列化，將是石化部門和公路部門的共同研究課題。

c：再生機械設(shè)備的研制。鋪筑再生瀝青路面，工序多，工藝復(fù)雜。因此，如何提高施工機械化水平，是瀝青路面再生技術(shù)能否大面積推廣的關(guān)鍵。大面積鋪筑再生瀝青路面，迫切需要路面翻挖機械，舊料破碎、篩分機械，混合料拌和機械等。既要有適合集中廠拌的大型機械，又要有適合于養(yǎng)路部門使用的各種小型機具。所以各種再生機械的研制和生產(chǎn)，是一項緊迫的任務(wù)。

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