瀝青道路再生技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

吳浩楠 張國宏 李萍 念騰飛

（1蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 再生應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)實意義

當(dāng)前和今后一段時期，我國公路建設(shè)仍然處于快速發(fā)展時期：據(jù)統(tǒng)計，2017年底，我國高速公路通車?yán)锍桃堰_到13.1萬公里，并且已覆蓋約98%的城鎮(zhèn)人口20萬以上的城市，位居世界第一。在2017年底的“全國交通運輸工作會議”上提出：2018年我國將新增高速公路通車?yán)锍?000公里，新改建國省干線公路1.6萬公里，新改建農(nóng)村公路20萬公里。可以看出我國高速公路建設(shè)現(xiàn)已基本進入大修期，所以會產(chǎn)生大量的舊料和廢料，這些廢料將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時這些資源也面臨著大量的浪費。所以現(xiàn)如今廢料如何處理的這個問題變得尤為突出。而對于不同種類的病害以及不同的病害位置要有特定的養(yǎng)護方法和手段[20]，故再生瀝青混合料的研究和推廣對公路養(yǎng)護維修過程中的降低成本、減少污染和浪費都具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)外不同的再生方法及舊料回收利用率

2.1.1 國外對不同再生方法的應(yīng)用情況

瀝青混合料再生研究，最早要追溯到1915的美國。美國人最早提出了再生的理論，但是研究成果甚微。直至1973年的石油危機爆發(fā)，嚴(yán)格的環(huán)保法制控制了砂石材料的生產(chǎn)，導(dǎo)致筑路材料的嚴(yán)重供給不足。美國才又重新開始了RAP再生利用研究[1]，并很快得到全國性的推廣。在此后的幾十年內(nèi)，包括日本以及其他歐洲國家，都相繼開始對于RAP再生利用的研究，并且都取得了豐碩的成果[2]（見表1）。國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織從14國搜集到有關(guān)再生利用的數(shù)據(jù)[3]（見表2）。

表1 各國瀝青混凝土再生技術(shù)出版物

由表2可知：舊路面的瀝青混合料再生利用率高達75%以上；可以很明顯看出廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，再生后的瀝青混合料主要用于路面結(jié)構(gòu)。但相比較于熱再生，不管是廠拌還是就地再生，冷再生技術(shù)的應(yīng)用都相對較少。雖然也有較多國家使用就地?zé)嵩偕?，但由于這種方法存在機械昂貴，對環(huán)境造成嚴(yán)重污染等缺點，不僅沒有得到廣泛推廣，在美國部分州甚至禁止使用。

2.1.2 國內(nèi)不同再生方法應(yīng)用情況

1）廠拌熱再生

北京、上海、廣東，浙江等省市均在不同程度上使用廠拌熱再生技術(shù)[4]。北京已制訂《北京市路面瀝青混凝土舊料再生利用管理辦法試行》，強制對廢舊瀝青回收利用。上海市政工程管理局也已制訂《上海市舊瀝青混合料熱再生利用管理規(guī)定試行》，鼓勵廢舊路面的再生利用[4]。

表2 經(jīng)濟合作與發(fā)展組織對12國路面再生利用調(diào)查表

2）就地?zé)嵩偕?/p>

就地?zé)嵩偕夹g(shù)在京滬高速公路、京津塘高速公路、成渝高速公路等國內(nèi)多條高速公路上已成功在不同面積上實施，累計施工面積超過500萬平方米，其中主要用于瀝青路面表層的病害修復(fù)[5]。

3）廠拌冷再生

廠拌冷再生在國內(nèi)也有廣泛使用，江蘇滬寧高速公路改擴建工程、江西昌九高速公路維修工程、陜西西閻高速公路維修工程等均采用此法。在這些工程應(yīng)用中，有對瀝青層、對半剛性基層進行的再生，也有使用乳化瀝青、泡沫瀝青作為再生結(jié)合料，均取得了理想的使用效果[6]。

4）就地冷再生

就地冷再生技術(shù)在山東、遼寧、河北、天津、黑龍江、吉林等地均有使用，通常用于公路的大中修工程和升級改造，冷再生所使用的結(jié)合料通常包括水泥、石灰、乳化瀝青、泡沫瀝青等，都取得了較為理想的使用效果[6]。

2.1.3 不同再生方法的優(yōu)缺點

每種再生方法都有各自的優(yōu)點和缺點，適用性也不盡相同，現(xiàn)對各類再生方法進行分析比較（見表3）。

2.2 回收瀝青及瀝青混合料

2.2.1 國內(nèi)外對于回收后的瀝青及瀝青混合料如何分級

當(dāng)國內(nèi)研究者最初想到對回收后的瀝青進行分級的時候，研究者想到使用針入度對回收瀝青進行分級。將回收瀝青的等級分為10-20、20-30、30以下三個檔次，從回收舊料中按照規(guī)范試驗方法將瀝青抽提出來后進行針入度試驗。制定出區(qū)間，針入度小于10為嚴(yán)重老化，針入度大于30為輕度老化[7]。近幾年來，隨著道路交通的快速發(fā)展，絕大部分省市都開始鋪筑瀝青路面，重載交通也在不斷增多，所以必須提高瀝青路面的路用性能。我國從20世紀(jì)90年代初開始對各類聚合物改性瀝青進行研究并投入使用，這就導(dǎo)致瀝青路面的材料多樣化，這時再單單使用針入度來進行分級就會有偏差。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，使用25℃下的針入度和135℃的黏度兩種指標(biāo)共同對舊瀝青的老化程度進行評價會相對準(zhǔn)確一些。

表3 不同種類的再生方法優(yōu)缺點

國外主要使用PG分級的方法對瀝青進行等級劃分[8]。PG分級首先經(jīng)過動態(tài)剪切流變試驗（DSR）確定瀝青的高溫等級，再通過短期老化和長期老化后的瀝青進行彎曲梁流變試驗來確定低溫等級。其中高低溫共7個等級。高溫等級46，52，58，64，70，76，82；低溫等級-10，-16，-22，-28，-34，-40，-46[8]。如PG58-34，即指瀝青在-34～58℃溫度范圍內(nèi)物理性能滿足路用要求。

2.2.2 再生瀝青混合料的施工質(zhì)量控制

在對瀝青混合料的再生及再生后的施工質(zhì)量控制是非常重要的一環(huán)，因為這直接關(guān)乎到再生后公路的路用性能。在施工之前對于混合料的石料規(guī)格、瀝青指標(biāo)、配合比等也有必要的質(zhì)量要求。包括材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即在選取新瀝青及再生劑時需考慮與RAP材料中瀝青的配伍性[9]。

針對廢舊瀝青混合料回收時也有嚴(yán)格的要求，在銑刨的過程當(dāng)中，要提前對路面各類信息進行詳細(xì)的調(diào)查。且在銑刨時建議分段落、分車道進行。因為同一段路一般都是同時養(yǎng)護和鋪筑，所以舊料的差異性不大，再生后的變異性也就比較小。還應(yīng)該注意對于銑刨后舊料的存儲、破碎、篩分以及拌合順序這幾個方面。盡量防止RAP被二次污染以及二次老化。

在施工過程中，需要對再生瀝青混合料的攤鋪速度、溫度、以及寬度進行嚴(yán)格地把控。攤鋪速度一般控制在2-6m/min，出場溫度一般在145-165℃之間，攤鋪寬度一般控制在6-8米為宜。

2.2.3 國內(nèi)外在再生瀝青中所摻配的RAP比例

目前國內(nèi)外對于舊料的回收利用率不盡相同。各個國家的利用情況也有所差別。在荷蘭，理論上允許RAP舊料摻量為50%，但承包商更愿意采用回收舊料20%摻配率[10]。比利時，若RAP均勻性較好，最大允許摻量為40%，若均勻性控制不好，最大允許摻量就降為20%。英國，RAP應(yīng)用于路面基層，若室內(nèi)試驗顯示再生料有良好性能，最大允許摻配率可提高到50%甚至更高[11]，若采取較好的措施，100%都有可能。到了美國，各州都不一樣，基層、中間層、面層都不一樣。但多半為50%。

對于不同摻配比例時還需要不同的控制手段和設(shè)備[12]（見表4）。

表4 不同摻配比例時的工藝控制和設(shè)備

3 甘肅不同再生方法的適應(yīng)性分析

3.1 甘肅研究路面再生的重要意義

近年來甘肅省內(nèi)公路建設(shè)發(fā)展迅速，在役的高等級瀝青路面已經(jīng)接近設(shè)計基準(zhǔn)期的末期，路面養(yǎng)護、維修的任務(wù)繁重，甘肅省已由原來的建設(shè)為主步入“建養(yǎng)并重”的發(fā)展階段，銑刨產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料如若不加以合理利用，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費。另外，由于近年來甘肅公路建設(shè)飛速發(fā)展，消耗了大量的集料，也造成黃河上游大量水土流失，生態(tài)環(huán)境惡化。為了保護公路沿線的自然生態(tài)環(huán)境，政府嚴(yán)禁隨意開采路用集料。因此，本著可持續(xù)發(fā)展的道路思想，開展回收瀝青混合料（RAP）再生技術(shù)在甘肅地區(qū)適用性研究對解決當(dāng)下省內(nèi)所面臨的環(huán)境問題、減少建設(shè)與養(yǎng)護成本促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，具有非常重要且緊迫的意義。而且，甘肅全省地理環(huán)境極其復(fù)雜，幾乎囊括全國范圍內(nèi)所有氣候狀態(tài)，這就更加重了研究甘肅再生方法適應(yīng)性的意義。

甘肅地形呈狹長狀，地貌復(fù)雜多樣，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁，四周為群山峻嶺所環(huán)抱，地勢自西南向東北傾斜。由于處于內(nèi)陸身側(cè)，海洋氣流不容易到達，故少有雨水，大部分地區(qū)氣候干燥，屬大陸性很強的溫帶季風(fēng)氣候。冬季寒冷，春夏不分明，省內(nèi)年平均氣溫0-16℃，各地氣溫差距大。

“十二五”期間，蘭州、慶陽、金昌、武威、酒泉先后在二級公路上實施全厚式就地冷再生248公里；蘭州公路局實施乳化瀝青廠拌冷再生53公里；金昌、白銀、蘭州公路局實施廠拌熱再生27公里[13]?；谶@些公路工程的應(yīng)用，購置了大量熱再生和冷再生的設(shè)備，再生技術(shù)得到了大幅度的提升，同時也為再生技術(shù)的推廣應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

3.2 甘肅各類再生的適用性分析

3.2.1 就地?zé)嵩偕?/p>

甘肅早期交工的路面幾經(jīng)多次養(yǎng)護維修后，不同路段的材料已呈復(fù)雜多樣化，并且大多數(shù)已找不到準(zhǔn)確齊全的養(yǎng)護技術(shù)資料，很難判斷出材料級配，故使用就地?zé)嵩偕茈y達到統(tǒng)一設(shè)計級配。就地?zé)嵩偕荒鼙ＷC高等級路面路用性能要求，局限性很大，且不適宜解決改性瀝青面層，而近幾年甘肅路面又有很多是使用改性瀝青。再再考慮經(jīng)濟，就地?zé)嵩偕脑O(shè)備昂貴，而且會造成大量污染。所以并不推薦使用就地?zé)嵩偕?/p>

3.2.2 就地冷再生

對于甘肅省普通國道和省道而言，熱再生成本較高，且不同地區(qū)的瀝青老化程度不同，就地冷再生技術(shù)可以有效降低舊料的浪費和對環(huán)境的影響。還有一個優(yōu)點即舊料可以改善底基層的抗裂性能，就這一點來說對甘肅就有比較大的現(xiàn)實意義。但是就地冷再生施工難度大，各項指標(biāo)控制嚴(yán)格，且養(yǎng)護周期時間長，就甘肅目前的養(yǎng)護技術(shù)水平來說，要推廣這項技術(shù)還是比較困難。

3.2.3 廠拌冷再生

廠拌冷再生技術(shù)是直接將銑刨回來的舊料進行使用，浪費了舊料中的瀝青資源，且是多用于基層或底基層。而在甘肅，大多數(shù)的破壞都是發(fā)生在面層，并不需要大規(guī)模的翻修，所以廠拌冷再生不適合甘肅。

3.2.4 廠拌熱再生

廠拌熱再生最大的優(yōu)點就是能夠保證較高的工程質(zhì)量，并且這種再生方法是結(jié)構(gòu)性再生，能夠有效地用于各種類型的路面再生。對于甘肅省來說，首先具有經(jīng)濟性的優(yōu)點，需要的機械少，費用低。其次，這種再生方法能夠最大化利用回收舊料，甚至將回收的材料經(jīng)過技術(shù)再生后用于其他的道路工程。最后一點，廠拌熱再生后，不需要做額外的養(yǎng)護，施工周期短，干擾較小，污染不嚴(yán)重。所以非常適合于甘肅的道路再生。并且東南大學(xué)對于廠拌熱再生后的混合料力學(xué)性能做了深入研究，研究表明廠拌熱再生后的混合料有著非常好的力學(xué)性能[14]。

4 再生瀝青混合料的路用性能分析

4.1 目前常用分析手段簡單評述

目前對于再生瀝青混合料的路用性能分析方法已經(jīng)形成了一個成套的試驗方法。即分別對再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水損害性能及疲勞性能進行測試。通過這四種性能就能總體分析再生瀝青混合料的路用性能[15-20]。

4.1.1 高溫性能

高溫性能一般是指瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能。常用的試驗方法有馬歇爾試驗，車轍試驗，單軸、三軸和徑向的靜載、動載、重復(fù)試驗，動態(tài)蠕變試驗，其它另有大型環(huán)道、直道試驗設(shè)備的足尺路面高溫性能試驗。

4.1.2 低溫性能

低溫性能一般是指低溫抗裂性能。常用的試驗方法有半圓彎拉試驗、等應(yīng)變加載破壞試驗、小梁彎曲試驗，劈裂試驗、低溫彎曲蠕變試驗、拉伸蠕變試驗及受限試件溫度應(yīng)力試驗等。

4.1.3 水損害性能

水損害性能試驗包括浸水馬歇爾試驗、真空飽水后浸水馬歇爾實驗、真空飽水凍融循環(huán)后劈裂試驗、浸水車轍試驗。

4.1.4 疲勞性能

目前室內(nèi)瀝青混合料的疲勞試驗眾多，包括懸臂梁旋轉(zhuǎn)試驗、三軸壓縮試驗、梯形懸臂梁彎曲試驗、軸向拉伸-壓縮試驗、彈性基礎(chǔ)梁彎曲試驗、直接拉伸試驗、間接拉伸試驗、拉-壓法簡支三點或四點彎曲試驗、路面試驗及剪切試驗等[21][22]。

4.2 再生后的效果分析

目前對于各種再生后的效果分析沒有確定的評價體系?，F(xiàn)主要從以下幾個方面來進行評價。路面技術(shù)評價：包括路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)（PSSI）[23]。對于瀝青路面結(jié)構(gòu)層力學(xué)性能進行參數(shù)評估：現(xiàn)場鉆芯取樣，對顆粒級配組成、劈裂強度、瀝青用量、路面厚度等進行參數(shù)評估。也可用壓實度、平整度和彎沉三個指標(biāo)來進行評價[24]。

經(jīng)過各地的路面再生后效果分析總結(jié)，經(jīng)過熱再生的路面的路面技術(shù)評價指標(biāo)都趨于良好，再生后加鋪路段的平整度也好于直接采取加鋪措施的路段，所以采用再生技術(shù)能夠保證公路舒適性要求。經(jīng)過冷再生后的路面路表彎沉值降低，相反結(jié)構(gòu)強度、承載能力、路用性能均得到加強。并且由于基層的平整度得到改善，路面上車轍、坑槽及裂縫等病害得到了有效的消除。從經(jīng)濟以及環(huán)境角度分析，再生后能夠大大減少路面的維修費用以及筑路材料的開采。就冷再生來說，大大減少了維修對于環(huán)境的污染[25]。

4.3 路面再生存在的不足

目前各種再生方法的再生技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，再生后的效果也非?？捎^。通過查閱大量的再生實例發(fā)現(xiàn)，都是在路面發(fā)生大面積的病害之后才想起來進行重復(fù)利用。但是發(fā)現(xiàn)病害時已經(jīng)為時已晚。最好是能夠預(yù)防病害，將病害扼殺在搖籃之中。規(guī)范中提出，當(dāng)老化瀝青的針入度在30-35之間時是進行再生的最佳時機，一旦針入度在30以下，路面就很可能會加速損壞。所以為了能夠讓再生后的路面達到最佳效果，要對路面進行定期檢查，一但達到再生要求，立刻進行再生利用。這樣不僅能夠延長道路的使用壽命，而且能夠節(jié)約更多的費用。

路面的耐久性評價是近幾年的熱點問題，目前的評價方式很多，室內(nèi)試驗多種多樣。但是始終沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的評價體系?，F(xiàn)在急需一個規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，針對我國不同地區(qū)，不同氣候，不同地形制定一套再生瀝青混合料的耐久性評價規(guī)范。對回收舊料進行分級，再生時根據(jù)不同等級的舊料使用規(guī)范的不同種類和比例的再生劑，以及適用的再生方法。這樣對于再生后的瀝青路面耐久性評價就會有一個標(biāo)準(zhǔn)。

5 展望

今后加強對于瀝青混合料再生過程中變異性的研究，找出具體的變異的原因和解決辦法，改善再生技術(shù)步驟，加強再生后的瀝青混合料質(zhì)量。

今后需加強再生劑的研究，針對再生劑在再生過程中是否發(fā)揮出它100%的作用。找出如何使再生劑最大程度發(fā)揮其再生效果的在最佳方法。最好能夠使再生劑像瀝青一樣有一定的規(guī)格和系列，并且實現(xiàn)規(guī)?；@樣在保證施工質(zhì)量的情況下還能保證再生劑的供應(yīng)[26]。

加強試驗室研究與工程實踐的相對應(yīng)。如今很多的試驗研究方法不能夠完全模擬實際的道路情況，甚至有的相差很遠(yuǎn)，這就導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不能夠準(zhǔn)確應(yīng)用到工程實踐上。所以應(yīng)改良或發(fā)現(xiàn)新的試驗方法，能夠真實模擬實際道路狀況，這樣才能使研究更加準(zhǔn)確。