瀝青路面再生利用的技術(shù)影響分析

武 瑞

（山西省祁縣公路管理段，山西 祁縣 030900）

0 引言

眾所周知，瀝青混凝土和水泥混凝土路面構(gòu)成了我國(guó)等級(jí)道路的主要路面結(jié)構(gòu)形式。最新統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)已建成通車的高等級(jí)道路（我國(guó)將二級(jí)及以上等級(jí)道路稱為高等級(jí)道路）中，96%以上為瀝青混凝土路面，而另一種路面，即水泥混凝土路面的比例則不到5%。這主要是因?yàn)闉r青路面的下述技術(shù)特征具有明顯的優(yōu)越性：

（1）鋪筑瀝青路面的混合料由級(jí)配礦料和作為黏結(jié)劑的瀝青（主要是石油瀝青）在熱狀態(tài)下充分混合而成，因此在使用中表現(xiàn)為較為典型的柔性特征，并對(duì)路面上部的行車沖擊和振動(dòng)荷載展現(xiàn)良好的吸收特性[1]。這也是瀝青路面行車更為平穩(wěn)舒適、噪音更小的主要原因。

（2）路面抗滑性能的優(yōu)劣是反映道路行車安全的主要指標(biāo)之一。由于瀝青混合料中級(jí)配礦料（占95%左右，重量比w/w,下同）的“硬”和“剛”與高分子物質(zhì)瀝青的“柔”使得瀝青路面能夠展現(xiàn)良好的抗滑性能[2]，而這種特征能夠在瀝青路面的整個(gè)使用壽命中長(zhǎng)期保持。瀝青路面這些特征與水泥路面形成了明顯的對(duì)比。

另外，作為一種高分子有機(jī)物質(zhì)，瀝青黏度的高低與其自身溫度的高低成反比[3]。因此瀝青混合料在受熱達(dá)到一定溫度后，其中的瀝青材料呈現(xiàn)液態(tài)或半液態(tài)，使整個(gè)混合料呈現(xiàn)松軟和松散狀態(tài)，這就為瀝青路面材料的再生利用提供了條件。

1 前期準(zhǔn)備的重要性

道路鋪筑完成通車后，路面即常年暴露在風(fēng)沙雨雪及冷熱溫差的作用下，瀝青物化特性的改變使得瀝青的老化隨著通車年限的增加而加劇，加之車輛荷載的反復(fù)作用，瀝青路面不可避免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的損壞[4]，如圖1所示。

圖1 路面病害數(shù)量與通車年限關(guān)系Fig.1 Relationship between the number of road surface diseases and the number of years of traffic

瀝青路面的局部損壞（亦稱病害）以表面松散、綜合網(wǎng)裂、凸起和沉陷為主要表現(xiàn)形式。另外，長(zhǎng)期使用后的大面積損壞必須進(jìn)行整個(gè)路段的大修或重鋪。在這些工程中，路面舊的損壞部分必須進(jìn)行挖切和清除，然后鋪筑新的瀝青混合料壓實(shí)后形成新的路面[5]。在瀝青路面的日常維護(hù)、大修或重鋪工程中由于路面的挖切必然產(chǎn)生大量舊的路面材料（即Reclaimed asphalt pavement，以下簡(jiǎn)稱舊料）。這些舊料必須得到再生利用，否則不僅會(huì)造成大量可用筑路材料的浪費(fèi)，而且是嚴(yán)重的環(huán)境污染源[6]。在瀝青路面的材料組成中，以高等級(jí)道路路面為例，無論是上面層，還是下面層，均是由各種級(jí)配的石料和作為黏結(jié)劑的瀝青（4.5%～6.5%，w/w）經(jīng)加熱烘干后拌和而成。石料屬于無機(jī)物質(zhì)，其化學(xué)組成較為穩(wěn)定，但瀝青（絕大多數(shù)為石油瀝青，我國(guó)目前大多高等級(jí)道路，尤其是高速公路已規(guī)模使用以石油瀝青為基質(zhì)材料，以SBS、廢舊橡膠和PE等改性劑制備的改性瀝青）是一種較為典型的高分子有機(jī)物質(zhì)，其化學(xué)特性在受熱狀態(tài)下易出現(xiàn)較大的改變。因此，瀝青路面材料的老化主要表現(xiàn)在瀝青材料物化特性（此處主要指路用特性）的改變。高等級(jí)道路的瀝青面層厚度一般不低于200 mm，因此材料中瀝青的老化程度與其所處厚度的深淺成反比。

大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，瀝青路面中瀝青的老化主要與其使用年限（通車時(shí)間）的長(zhǎng)短有關(guān)，因?yàn)闉r青路面常年暴露在自然光候和冬夏季節(jié)的自然溫差中。如筆者所在的山西晉中地區(qū)，其冬夏季節(jié)的環(huán)境溫度高低相差60℃以上，而瀝青的黑色有機(jī)特性在夏季高溫形成的溫室效應(yīng)使這種情況的表現(xiàn)更甚。在路面的整個(gè)使用過程中，瀝青材料的老化現(xiàn)象必然會(huì)因通車時(shí)間的不斷延長(zhǎng)而愈加嚴(yán)重[7]。

表1是衡量瀝青路用特性的三項(xiàng)指標(biāo)隨道路使用年限延長(zhǎng)的數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。

表1 瀝青路用指標(biāo)因道路使用年限的變化趨勢(shì)Tab.1 Variation trend of asphalt road indicators due to road service life

由表1可以看出，瀝青路用指標(biāo)在長(zhǎng)期使用后的變化是顯而易見的，但其整體性能指標(biāo)在道路通車20年后的改變均低于13%。由此能夠說明瀝青路面舊材料作為一種寶貴資源進(jìn)行再生利用具有明顯的技術(shù)可行性。但長(zhǎng)期以來，由于獲取工藝較為落后，舊料的材質(zhì)參差不齊，特別是由于很多路面雜質(zhì)的混入，影響了新制再生混合料的路用質(zhì)量及其新鋪瀝青混凝土路面的路用特性，也明顯限制了舊料在再生混合料中的摻配比例。

有鑒于此，改進(jìn)和優(yōu)化舊料的獲取方法，重視舊料再生的前期準(zhǔn)備就成為瀝青路面高質(zhì)量、高效率和高比例再生利用的必要條件和有效途徑。

2 前期準(zhǔn)備的技術(shù)要點(diǎn)

如本文前述，重視舊料再生的前期準(zhǔn)備是保證和提高再生瀝青混合料路用質(zhì)量的必要條件，這些技術(shù)準(zhǔn)備主要內(nèi)容有：

（1）改舊路面材料的“混合存放”為“分類存放”，并對(duì)舊料的礦料級(jí)配進(jìn)行篩分和檢測(cè)，為恢復(fù)原級(jí)配提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

瀝青路面舊料獲取工藝不同，其材料粒徑相差很大，見表2。

表2 不同工藝的舊料粒徑試驗(yàn)篩分?jǐn)?shù)據(jù)Tab.2 Screening data of old material particle size test with different processes

顯然，舊路面材料的礦料級(jí)配與原設(shè)計(jì)級(jí)配數(shù)據(jù)產(chǎn)生了一定的變化，而不同的挖切工藝對(duì)舊路面材料的礦料級(jí)配影響也有較大的不同。目前在處置路面局部病害的日常養(yǎng)護(hù)作業(yè)工程中大多采用鎬挖（如人工鎬、液壓鎬、電鎬和風(fēng)鎬等）對(duì)路面的破損部分進(jìn)行挖切。這種工藝由于落鎬間距較大使得礦料中的原始級(jí)配變化較小；但路面損壞面積較大需要進(jìn)行大修或路面重鋪時(shí)，原有路面的挖切已大量采用機(jī)械銑刨工藝完成。由于銑刨機(jī)的銑刨鼓旋轉(zhuǎn)角速度和銑刨機(jī)行進(jìn)速度的作業(yè)匹配，使得銑刨進(jìn)刀量較小，因此對(duì)礦料的原始級(jí)配破壞（改變）較大（見表2相關(guān)數(shù)據(jù)所示）。有鑒于此，為了恢復(fù)路面舊料的原有級(jí)配，進(jìn)而保證再生混合料的路用特性，筆者建議不同工藝獲取的舊料應(yīng)分別存放，并在舊料再生之前，應(yīng)對(duì)回收舊料以抽提和篩分方法進(jìn)行必要的級(jí)配檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果摻配新的級(jí)料以恢復(fù)原路面礦料級(jí)配的原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。由于舊料是以一定比例摻入新拌混合料中，所以這種摻配可以在新料完成烘干加熱后的級(jí)配稱量工序時(shí)進(jìn)行。

（2）舊料加熱前應(yīng)增加“打散”工序。

不同粒徑的舊路面材料在加熱過程中的受熱升溫差別很大。如筆者參與完成的山西晉中某一級(jí)國(guó)道路面日常養(yǎng)護(hù)填補(bǔ)坑槽過程中在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)挖切舊料加熱時(shí)，發(fā)現(xiàn)大于30 mm，粒徑的舊料加熱到150±5℃需要加熱時(shí)間至少為45 min（依作業(yè)時(shí)環(huán)境溫度的不同有所差異）；而相同的作業(yè)環(huán)境下，小于15 mm粒徑的舊料加熱時(shí)間僅為20 min左右，后者的加熱時(shí)間不到前者的50%。顯然，若將不同粒徑的材料分別制取和使用，能夠明顯降低加熱時(shí)間。因此，在加熱時(shí)可對(duì)較大粒徑的舊料（某些舊料因長(zhǎng)期存放，由于瀝青的析出和材料的聚積堆壓產(chǎn)生較大集塊現(xiàn)象非常常見）先行打散，然后再行加熱，能夠明顯降低加熱時(shí)間，提高加熱效率，節(jié)約加熱燃料和降低再生過程中的各種有害排放。

（3）根據(jù)舊料油石配比及老化程度的不同，對(duì)相應(yīng)的材料應(yīng)分別對(duì)待。

我國(guó)的高等級(jí)道路特別是高速公路的建設(shè)，起步于20世紀(jì)80年代中期，時(shí)間較短。不同時(shí)期鋪筑的路面，其筑路材料，特別是路用瀝青的標(biāo)號(hào)和路用指標(biāo)存在較大的差異，而且因通車年限的不同其材料的老化程度也存在差別。進(jìn)入21世紀(jì)以來，以SBS為改性劑的高品質(zhì)改性瀝青已在高等級(jí)道路普遍應(yīng)用[8]。因此，不同時(shí)期，甚至不同路段的瀝青路面，其筑路材料的路用指標(biāo)都可能存在一定的差異。為了使再生混合料能夠盡可能提高和符合最新的路用技術(shù)指標(biāo)，對(duì)不同路段和建設(shè)時(shí)期取得的瀝青舊料應(yīng)分別制取和存放，并根據(jù)新鋪路面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行材料調(diào)制進(jìn)而完成混合料的再生是十分必要的。

（4）舊料挖切前應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行清理。

瀝青路面自攤鋪完成后，即常年暴露在自然光候及車輛反復(fù)碾壓的作用之下，各種自然和人為的雜質(zhì)不可避免會(huì)落入路面，甚至?xí)蚵访娌『Γ访嫠缮⒑涂v橫裂縫等）而侵入面層（甚至水穩(wěn)和基層）之中。筆者所在的山西地區(qū)為我國(guó)的煤炭重化工基地，各種煤炭、鋼鐵和有色金屬礦產(chǎn)遍布全省各地，采礦和礦物運(yùn)輸使得輕質(zhì)礦料（包括粉塵）對(duì)道路侵蝕非常嚴(yán)重。農(nóng)產(chǎn)品收獲季節(jié)的植物莖葉也很容易散落在道路上。這些雜質(zhì)不僅是車輛行駛的安全隱患，如果混入瀝青舊料中，也是再生材料的質(zhì)量隱患。

對(duì)此，在路面挖切前應(yīng)對(duì)路面進(jìn)行較為徹底的清掃。有條件時(shí)，清掃過后應(yīng)輔以一定壓力（0.4～0.8 MPa）的水對(duì)路面進(jìn)行沖洗，以完成對(duì)某些難以清掃的輕質(zhì)小微粒雜質(zhì)的清除。這些前期工作對(duì)于瀝青舊料以較為純凈的狀態(tài)進(jìn)入再生工序，從而保證再生瀝青混合料的路用特性具有重要意義。

（5）保持瀝青路面舊料的干燥狀態(tài)。

如本文前述，瀝青路面長(zhǎng)期暴露在各種自然光候的作用之下，無論是上部的落雨，還是地下水的侵蝕，都會(huì)增加瀝青混合料的含水量。材料中含水量的增加必然會(huì)明顯增加舊料再生時(shí)的加熱熱量的投入，增加燃料的耗費(fèi)。路面舊料再生的實(shí)體工程證明，舊料中含水量每增加1%，加熱熱量就會(huì)相應(yīng)增加20%～25%（主要由于加熱過程中水分的汽化熱量的過多消耗）。顯然，保持瀝青路面舊料的干燥狀態(tài)，盡可能降低材料中的含水量[9]，是提高加熱效率和混合料再生效率的有效手段。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，在舊料采集和儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)特別注意：

1）無論采用何種方法挖切和收集路面舊材料，都應(yīng)選擇非雨雪天氣且在路面保持干燥時(shí)進(jìn)行。

2）舊料轉(zhuǎn)運(yùn)車輛應(yīng)具備防雨措施，以防落水對(duì)舊料的沖淋。

3）舊料應(yīng)避免露天儲(chǔ)存，必須儲(chǔ)存在具有可靠遮雨的棚室內(nèi)。不僅避免落水沖淋，而且可有效防止陽光紫外輻射對(duì)舊料造成的進(jìn)一步老化。舊料應(yīng)存儲(chǔ)在水平面以上并在下部設(shè)置空心夾層，以防止地下水分和地表水的侵入，保證路面舊料中的含水量低于2%。

3 結(jié)語

瀝青路面的再生利用是我國(guó)道路交通系統(tǒng)“固廢利用”的重點(diǎn)之一。特別是21世紀(jì)以來已成為道路交通新技術(shù)的研發(fā)、科技推廣及節(jié)能環(huán)保的重要項(xiàng)目。隨著國(guó)際大環(huán)境，尤其是“碳中和”及“零排放”政策的逐步推行落實(shí)，路面舊料再生利用的重要性會(huì)越來越強(qiáng)，其相關(guān)技術(shù)和作業(yè)工藝也會(huì)不斷創(chuàng)新和進(jìn)步。