瀝青混合料再生技術(shù)研究

鹿森剛

0 引言

我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展迅速,高速公路總里程已經(jīng)躍居世界第二位,目前許多高速公路都已進(jìn)入大、中修期,每年翻修開挖出來(lái)的舊瀝青混合料將超過(guò)1 000萬(wàn)t。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深化,對(duì)整個(gè)公路交通行業(yè)提出了相應(yīng)的要求,瀝青路面材料的再生利用技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前公路建設(shè)需要解決的迫切問題。

瀝青路面再生技術(shù)是將不能滿足使用要求的舊瀝青路面瀝青混合料經(jīng)過(guò)一定的加工和處理,包括對(duì)舊瀝青路面進(jìn)行翻挖、破碎、篩分,再和新集料、新瀝青、再生劑(必要時(shí))重新混合,變成可以達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的混合料以后,重新鋪筑為新的路面。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外

舊瀝青路面材料再生利用的試驗(yàn)研究最早始于1915年,但發(fā)展緩慢。1974年美國(guó)重新開始研究這項(xiàng)技術(shù),并且迅速在全國(guó)推廣應(yīng)用。從1976年到現(xiàn)在,美國(guó)瀝青路面廢料的再生利用率已超過(guò)70%[1]。

日本從1976年開始進(jìn)行瀝青路面再生技術(shù)的研究。1984年7月,日本道路協(xié)會(huì)出版了《路面廢料再生利用技術(shù)指南》,并且就有關(guān)廠拌再生技術(shù)編制成了手冊(cè)。目前,路面廢料再生利用的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)50%。歐洲一些國(guó)家對(duì)瀝青路面再生技術(shù)的研究也在同一時(shí)期展開。20世紀(jì)70年代中期,德國(guó)、荷蘭和芬蘭等國(guó)家相繼進(jìn)行了小規(guī)模的試驗(yàn)研究,并迅速推廣應(yīng)用[2]。

1.2 國(guó)內(nèi)

我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初開始舊瀝青路面再生利用研究的,但早在國(guó)家“七五”和“八五”科技攻關(guān)中,對(duì)瀝青路面的熱再生機(jī)理、再生設(shè)計(jì)方法和熱再生施工工藝實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。

20世紀(jì)90年代,我國(guó)進(jìn)入高速公路建設(shè)高峰時(shí)期,瀝青路面再生技術(shù)的研究與推廣卻幾乎被擱置。而今大量瀝青路面已陸續(xù)進(jìn)入了維修或改建期。開發(fā)適用于瀝青路面的再生技術(shù)這一工作已成為公路工作者的議題。隨著我國(guó)高等級(jí)路面維修養(yǎng)護(hù)量的不斷增加,對(duì)混合料再生技術(shù)有必要進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究。

2 瀝青再生機(jī)理研究

根據(jù)瀝青老化的機(jī)理可以通過(guò)加入某種再生劑,使極性差異比較大的組分之間能夠很好的相容,從而達(dá)到對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生的目的。

再生劑具有兩親性,一端可以和極性較強(qiáng)的瀝青質(zhì)結(jié)合,在瀝青質(zhì)的周圍形成有序緊密排列的單分子膜,也就是所謂的“界面膜”,此膜具有一定的強(qiáng)度,可以對(duì)瀝青質(zhì)起一定的保護(hù)作用,在受到外界條件變化時(shí),分子內(nèi)部顆粒之間在相互撞擊的時(shí)候,不產(chǎn)生“聚結(jié)”現(xiàn)象,使溶液處于比較穩(wěn)定的狀態(tài);另一端可以和極性相對(duì)較弱的芳香酚和飽和酚結(jié)合。這樣既可以減小高分子聚合的程度,使重分子量和平均分子量都減小,一定程度上恢復(fù)到老化以前的狀態(tài),同時(shí)又可以很好的解決相容性的問題[3]。

按照以上的再生思路其再生機(jī)理過(guò)程可以用圖1表示。

3 再生技術(shù)分類及適用性

3.1 現(xiàn)場(chǎng)熱再生

現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)也稱為表層再生技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加熱、翻耕、混拌、攤鋪、碾壓等工序,一次性實(shí)現(xiàn)就地舊瀝青路面再生,具有無(wú)須運(yùn)輸廢舊瀝青混合料,工效高,對(duì)公路運(yùn)營(yíng)影響低等優(yōu)點(diǎn)。但存在諸多局限性,主要表現(xiàn)在:1)處理厚度小。2)無(wú)法有效調(diào)整配合比。3)必須利用專門的再生劑恢復(fù)瀝青的性能,難以保障路面的耐久性。4)無(wú)法處理采用改性瀝青鋪筑的表面層。5)對(duì)路面層厚不均勻或質(zhì)量狀況變化大的路面難以保證質(zhì)量要求。因此,目前現(xiàn)場(chǎng)熱再生技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家也未得到普遍采用。

3.2 廠拌熱再生

廠拌熱再生技術(shù)先將舊瀝青路面銑刨后運(yùn)回工廠,通過(guò)破碎、篩分,并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、碎石級(jí)配等指標(biāo),摻入一定數(shù)量的新集料、瀝青和再生劑(必要時(shí))進(jìn)行拌和,使混合料達(dá)到規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo),再按照與普通瀝青路面完全相同的方法重新鋪筑。廠拌熱再生技術(shù)利用舊瀝青回收料(RAP)一般不超過(guò)50%,通常用10%～30%,因此,摻入數(shù)量較大的新集料和新瀝青,使再生混合料的級(jí)配和瀝青結(jié)合料性能均得到充分改善;而且,在RAP用量不大的情況下,不需要使用專門的軟化劑(再生劑),使混合料具有穩(wěn)定的質(zhì)量。通過(guò)適當(dāng)?shù)呐浜媳仍O(shè)計(jì)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施,廠拌熱再生瀝青路面具有與普通瀝青路面相同的路用性能和耐久性。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)冷再生

現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)是用大功率路面銑刨拌合機(jī)將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎,再加入穩(wěn)定劑、水泥、水(或加入乳化瀝青)和骨料同時(shí)就地拌和,用路拌機(jī)原地拌和,最后碾壓成型。碾壓成型后的攤鋪層可作為低等級(jí)公路的面層和高等級(jí)公路的下面層或基層,屬于道路養(yǎng)護(hù)維修范疇。

3.4 廠拌冷再生

將銑刨下來(lái)的舊瀝青混凝土路面材料運(yùn)回穩(wěn)定土攪拌廠,經(jīng)過(guò)破碎作為穩(wěn)定土骨料,加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化瀝青等一種或多種穩(wěn)定劑和新料(必要時(shí))進(jìn)行攪拌,然后鋪筑于基層或底基層。這類基層具有柔性基層的特點(diǎn)。這項(xiàng)技術(shù)不但未充分利用廢棄材料中的舊瀝青,而且舊瀝青還會(huì)在一定程度上影響混合料的抗壓強(qiáng)度,但其生產(chǎn)過(guò)程幾乎不需要專用設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)。在國(guó)外被普遍采用,實(shí)踐證明具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

4 再生混合料的設(shè)計(jì)要求

1)再生混合料必須具有足夠的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,夏季高溫下不出現(xiàn)泛油、推擠、壅包和車轍;2)再生混合料具有良好的低溫抗裂性。為此,要求混合料在低溫下表現(xiàn)為較低的線收縮系數(shù),較高的抗彎拉強(qiáng)度和較低的彎拉模量;3)再生瀝青路面應(yīng)具有足夠的抗滑性和防滲性;4)再生瀝青路面應(yīng)具有良好的抗老化性能,路面經(jīng)久耐用;5)盡可能多地使用舊路面材料,提高舊料摻配率,最大限度地節(jié)約瀝青和砂石材料。

5 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面材料的再生利用技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前公路建設(shè)中亟待解決的熱點(diǎn)問題。隨著我國(guó)高等級(jí)瀝青路面維修量不斷增加,對(duì)瀝青混合料的再生技術(shù)有必要加強(qiáng)理論研究。我國(guó)氣候多樣,各地區(qū)的適用條件和適用場(chǎng)合差異較大,對(duì)瀝青混合料再生利用技術(shù)的發(fā)展道路還任重而道遠(yuǎn)。

[2] 周 紅,周建波.瀝青路面再生技術(shù)[J].路基工程,2007,134(5):154-156.

[3] 韋 琴,楊長(zhǎng)輝,熊出華,等.舊瀝青路面再生利用技術(shù)概述[J].重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(3):128-131.

[4] 樊統(tǒng)江,徐棟良,賈敬鵬,等.瀝青砼路面再生技術(shù)及其在國(guó)外的發(fā)展[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2007,26(3):82-87.