廢舊瀝青混凝土在城市道路中應(yīng)用的分析

豐賀晨

（北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司，北京 100020）

1 研究背景

20世紀(jì)80年代以后，公路工程的建設(shè)發(fā)展速度也越來越快，與此同時(shí)，由于道路的長期使用，造成了很多路面問題，并產(chǎn)生了大量的廢舊瀝青。這些材料不僅難以處理，而且對(duì)環(huán)境造成了很大的影響。關(guān)于廢舊瀝青混凝土的利用問題日益受到人們的重視。通常，由瀝青混凝土構(gòu)成的道路壽命是15年。15年之后，就會(huì)產(chǎn)生廢舊瀝青混凝土，合理利用廢舊瀝青混凝土殘?jiān)墙鉀Q問題的關(guān)鍵。從現(xiàn)有資料可以看出，我國年公路總長位居全球第二，發(fā)展速度居全球首位。瀝青混凝土路占全國公路總里程的80%，而每年約有幾百萬噸的廢舊瀝青混凝土。經(jīng)過長時(shí)間的開發(fā)，瀝青混凝土的再利用效率可以達(dá)到80%，甚至可以達(dá)到100%的使用。瀝青混凝土是由石子、砂子、瀝青等混合而成，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，其能承受一定的壓力。瀝青混凝土路面在施工期間，會(huì)發(fā)生以下情況：在汽車的壓力作用、受到日曬、冰凍等惡劣的外界環(huán)境的影響，一段時(shí)間之后，瀝青混凝土路面上會(huì)出現(xiàn)裂縫、波浪、松散等問題。這些問題影響汽車的行駛速度，嚴(yán)重影響人們的日常出行。所以，在一定的時(shí)期內(nèi)，公路必須進(jìn)行修復(fù)，清除原有問題瀝青混凝土進(jìn)行再填筑。近年來，廢舊瀝青混凝土的量越來越大，單純的處置方法已無法適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。因此，迫切需要對(duì)廢舊瀝青的回收利用技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

2 研究目標(biāo)

該試驗(yàn)首先是通過對(duì)路面基礎(chǔ)的各種性能指標(biāo)的計(jì)算，來確定設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并由設(shè)計(jì)強(qiáng)度為基準(zhǔn)計(jì)算混凝土、砂石等的混合比例，并制訂嚴(yán)格的試驗(yàn)方法，采用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法將廢舊瀝青混凝土作為粗集料進(jìn)行試驗(yàn)，多次試驗(yàn)之后對(duì)比得出最好的配比值。其次進(jìn)行性能校核，看是否滿足對(duì)基礎(chǔ)性能的需求。最后，從合理性、經(jīng)濟(jì)性、廢物資源化等角度，對(duì)其進(jìn)行可行性分析。

3 理論依據(jù)

為響應(yīng)建筑廢料的循環(huán)利用號(hào)召，世界各地先后制定了一系列的法律和政策法規(guī)，如日本1977年規(guī)定建筑垃圾盡量不排放，建筑垃圾要盡量再循環(huán)利用，對(duì)于再循環(huán)利用有困難的應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行處理；荷蘭政府也有望將建筑廢棄材料的再利用率由目前的70%提高到90%，政府也頒布相應(yīng)的立法，制定了限制廢棄物傾倒處理以及再利用廢棄材料的質(zhì)量控制制度。我國1995年頒布了《城市固體垃圾處理法》，如今建筑廢舊垃圾的消納方式主要有：拆除—運(yùn)輸—中轉(zhuǎn)場地、再運(yùn)輸—回填、運(yùn)輸—填埋處理場等。建筑垃圾的資源化利用率低，很多都是沒有經(jīng)過任何處理便被建設(shè)單位運(yùn)走或直接露天堆放，這種方式不僅浪費(fèi)土地，而且需支付土地費(fèi)、垃圾清運(yùn)費(fèi)等，還會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來，我國政府開始重視建筑垃圾的再利用，上海、武漢等地也曾做過一些有益嘗試，但是，國內(nèi)建筑垃圾的處理還沒有達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。根據(jù)建筑垃圾及工程垃圾的申報(bào)數(shù)據(jù)來看，將原來的集料與強(qiáng)化的砂漿塊從破碎混凝土中分離出來，若原混凝土具有高強(qiáng)度，可將集料與水泥砂漿塊同時(shí)粉碎，并將其用作再生集料。當(dāng)再生集料的代替率小于30%時(shí)，其性能不會(huì)受到顯著影響。因此，如何改善再生混凝土的力學(xué)性能，尚需深入探討。

4 研究過程

4.1 技術(shù)參數(shù)

4.1.1 原料構(gòu)成

由于舊瀝青混凝土路面的使用年限及面層構(gòu)造的差異，導(dǎo)致了其顆粒大小、顆粒成分的差異。所以，建立一個(gè)“再生基礎(chǔ)”的專有等級(jí)制度是不現(xiàn)實(shí)的。若嚴(yán)格要求滿足極配要求，必然要在銑刨材料中加入或除去某些粒徑材料，從而使瀝青混凝土舊路的使用變得毫無意義。再生基層的最大粒徑為40cm，對(duì)于超大型的顆粒，必須進(jìn)行篩選或手工粉碎。推薦以粒料含量為指標(biāo)，粗骨料在70%～80%時(shí)，可將其作為水泥穩(wěn)定粒料的基層材料；20%左右的時(shí)候，可以將其作為水泥穩(wěn)定土基層材料。

4.1.2 水泥的加入量

再生基層的強(qiáng)度是指將水泥與細(xì)集料黏合在一起，使其具有較高的強(qiáng)度，并將其壓緊，構(gòu)成基層板體的強(qiáng)度，從而支持和傳遞上部結(jié)構(gòu)和交通負(fù)荷。建議使用5%～6%的水泥，以免加入太多引起縮裂。

4.1.3 壓實(shí)度、水分含量

由于道路老化情況不同，采用現(xiàn)場材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)是必要的，否則失去標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的意義。在確定了最大干密度和最優(yōu)含水率后，可以計(jì)算出混凝土的摻入量，并檢測施工壓實(shí)度和含水度。密實(shí)度以98%為宜，施工含水率高于現(xiàn)場實(shí)測的2%以上，否則不能達(dá)到壓實(shí)度的要求。

4.1.4 強(qiáng)度指數(shù)

經(jīng)試驗(yàn)室測試，其力學(xué)性能與普通水泥穩(wěn)定材料基本一致。受氣溫的影響也有一定的差異。兩種廢舊料的強(qiáng)度指標(biāo)如表1。

表1 廢舊瀝青混合料強(qiáng)度指標(biāo)匯總

4.2 設(shè)計(jì)試驗(yàn)

經(jīng)京哈支線工程試驗(yàn)段的實(shí)施，取得了較好的效果。原有道路是中等交通流量，寬度7m，采用20cm的石灰土基礎(chǔ)和4cm 的細(xì)粒瀝青混凝土。改造后的基層采用20cm6%水泥含量穩(wěn)定的廢舊瀝青混合料，表層4cm 的細(xì)粒瀝青混凝土。在原有道路上進(jìn)行了瀝青混合料的室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)道路用水泥（6%）的舊瀝青混合料的試驗(yàn)結(jié)果

由表2的數(shù)據(jù)可知，其強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可用于普通道路的基礎(chǔ)或底層。

在試驗(yàn)段施工之前，對(duì)原有的路面進(jìn)行了彎沉測量。對(duì)于粉體中存在粒度超過4cm 的粉體，使用18t壓路機(jī)進(jìn)行粉碎，并采用手工篩除未破碎的粉體。首先，用挖掘機(jī)開挖路面、基層，深度為24cm。讓土基表層平整、堅(jiān)固，有規(guī)定路拱。使用18t 三輪壓路機(jī)進(jìn)行3～4 次的碾壓，直到?jīng)]有明顯的輪痕。在道路兩旁的路面上，每10m 左右交叉挖一條排水溝，防止雨天道路的積水。采用支承板法對(duì)路基頂表面進(jìn)行了測試，并對(duì)其進(jìn)行了回彈模量計(jì)算。

該工程采用路拌法鋪設(shè)基礎(chǔ)，并將物料卸入路槽，首先進(jìn)行干拌，再進(jìn)行濕拌。試驗(yàn)段由鏟車攪拌，對(duì)拌和死角進(jìn)行人工補(bǔ)拌，然后進(jìn)行二次拌和，以達(dá)到更好的效果。在工程實(shí)踐中，在最優(yōu)含水的基礎(chǔ)上，增加1%～2%，攪拌好后，馬上用拖拉機(jī)整平，并使其達(dá)到指定的水平斜率。平整后，立即用8t 的光輪壓路機(jī)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)層進(jìn)行全面的碾壓，直到?jīng)]有明顯的輪痕。碾壓結(jié)束后，用草包進(jìn)行澆灌，封閉道路，禁止各類車輛通過。在養(yǎng)護(hù)14d 后，采用承載板方法對(duì)基層進(jìn)行了整體回彈模量測量，對(duì)基層頂面進(jìn)行了計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)束后，將基層進(jìn)行清潔，并在第一時(shí)間噴上一層黏合瀝青，便于基層與面層結(jié)合，接著進(jìn)行瀝青混凝土的鋪設(shè)。在試驗(yàn)段的頂面和結(jié)構(gòu)層的頂面上，各階段的彎沉量如表3所示。

表3 彎沉測量值（0.01）（平均值）匯總表

5 結(jié)果分析

首先，水泥穩(wěn)定舊瀝青混合料用于路面基層，其效益主要表現(xiàn)為降低成本、節(jié)約材料、環(huán)保。采用水泥穩(wěn)定后的舊瀝青混合料，可節(jié)省81900 元/km 的施工費(fèi)用。同時(shí)節(jié)約了大量的石材，對(duì)可持續(xù)發(fā)展有著重大的意義。

廢舊瀝青混凝土的回收利用，可有效地協(xié)調(diào)環(huán)境發(fā)展中的某些問題，緩解國內(nèi)集料短缺的問題，對(duì)環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益都有很大的促進(jìn)作用。就當(dāng)前而言，混凝土是人工石材中用量最大的一種，它的原材料在開采和生產(chǎn)中消耗了大量的天然資源，并對(duì)自然生態(tài)造成了很大的損害。我國每年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混凝土，這是一種既占用了大量的土地，又引起了許多的環(huán)境問題。廢舊瀝青混凝土的回收利用，可以真正地保護(hù)長久以來的自然資源與生態(tài)環(huán)境。

其次，中國現(xiàn)有的天然集料產(chǎn)量相對(duì)于其他資源匱乏的國家來說不算短缺，但是由于資源的限制，自然集料的生產(chǎn)和開發(fā)將會(huì)受到影響。通過對(duì)廢舊瀝青混凝土的再利用，可以有效地降低天然集料的開發(fā)，降低了對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害，有利于國家土地的保護(hù)，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的和諧穩(wěn)定。

最后，在處理建筑廢棄物時(shí)，要考慮到國家的政策和法規(guī)，通常會(huì)根據(jù)與垃圾處理場的距離來決定相關(guān)的費(fèi)用，而堆垛的地點(diǎn)和數(shù)量則會(huì)對(duì)處理成本產(chǎn)生一定的影響。廢舊瀝青混凝土不需要在附近或就地進(jìn)行處理，可以將其再利用，以減少其在運(yùn)輸、裝卸等過程中的費(fèi)用，減少對(duì)集料再回收的費(fèi)用，減少對(duì)建筑廢料處理的費(fèi)用，降低社會(huì)負(fù)擔(dān)。為了鼓勵(lì)和增加廢舊瀝青混凝土的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，各國都制定了一系列的優(yōu)惠政策。通過政策、經(jīng)費(fèi)等方面的支持，促進(jìn)廢舊瀝青混凝土的開發(fā)和應(yīng)用，加快和提高廢舊瀝青混凝土的回收。我國瀝青混凝土的生產(chǎn)能力已經(jīng)很高，回收利用大量的廢舊瀝青混凝土可以提高再生集料的利用率。

除此之外，再生基層施工能實(shí)現(xiàn)廢棄物的回收利用，具有不產(chǎn)生廢棄物污染，能節(jié)省土方、有更好的強(qiáng)度、道路有更長的使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。在大型銑刨機(jī)工況下，可推廣使用再生基層，具有很好的前景。與水泥路基層相比，再生基層的技術(shù)性能更好，更接近水泥穩(wěn)定粒料基層，可作為底層用于二級(jí)以下道路的翻修材料。對(duì)再生基層的最終評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該是強(qiáng)度指標(biāo)。不論哪種基層，顆粒的含量都要符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度的規(guī)定。再生基層在中小車流量和軸載較小的道路上能作為基層運(yùn)用。在車流量大以及軸開較重的路段上宜采用作為底層。總的來說，廢舊瀝青混凝土的路面再生基層構(gòu)造是切實(shí)可行的。

6 對(duì)廢舊瀝青混凝土的應(yīng)用

瀝青路面的再生利用技術(shù)主要有冷熱兩種。熱再生的主要作用是對(duì)瀝青進(jìn)行再黏結(jié)，從而達(dá)到對(duì)瀝青資源的再回收；采用冷熱再生技術(shù)將路面材料重新利用，使原有的道路起到骨料作用。根據(jù)混合場地的不同，可將其分為廠拌再生混合料和就地再生混合料。

6.1 廠拌熱再生混合料

廠拌再生混合料要求將磨刨后的廢舊瀝青混凝土運(yùn)至工廠然后再破碎篩分，根據(jù)原有瀝青的含量和集料的比例加入一定的新的瀝青，進(jìn)行再混合，以使混合后的瀝青更加符合使用要求。

6.2 就地?zé)嵩偕旌狭?/h3>

在就地?zé)嵩偕旌狭现?，主要采用加熱、翻松、拌和等技術(shù)。目前，由于工藝的不同，就地?zé)嵩偕譃楸砻妗?fù)拌和加輔再生。第一種是指通過加入再生劑，將再生混合料攪拌后壓實(shí)；第二種指通過翻松材料，與新的瀝青混合，再壓實(shí)；第三種是在復(fù)拌生的基礎(chǔ)上加新的瀝青，最后與再生層和新混合料加輔層一并壓實(shí)。但這些方法都主要用于淺部輕度問題的路面。

6.3 廠拌冷再生混合料

廠拌冷再生混合料是將回收的瀝青混凝土物料運(yùn)送至混合料拌和場，在常溫下加入一定比例的新集料，在常溫下進(jìn)行混合。在高溫環(huán)境下進(jìn)行瀝青路面材料的再利用。它的基本應(yīng)用覆蓋范圍涵蓋各種級(jí)別的道路。

6.4 就地冷再生混合料

就地冷再生混合料是利用現(xiàn)場冷再生裝置對(duì)原有的瀝青進(jìn)行回收利用。道路的篩分和冷銑加工，加入一定數(shù)量的新骨料。采用溫拌和、碾壓等方法對(duì)老瀝青路面進(jìn)行再利用。就地冷再生技術(shù)按不同的材料厚度分為原位低溫再生和全深層低溫再生。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括一、二、三級(jí)公路的瀝青混凝土的回收。在高速公路鋪面工程中，一、二級(jí)公路，再生層可充當(dāng)下面層；在三級(jí)道路中，可再生層起到表層作用，而在上層就必須通過砂石封層、微表處等來形成上封層。

7 結(jié)語

廢舊瀝青混凝土的處置應(yīng)遵循“減量化，循環(huán)再生，循環(huán)利用”的原則。廢舊瀝青瀝青混凝土是一種可再生的資源，它的再生集料在建筑過程中會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，并且會(huì)產(chǎn)生各種新的“綠色產(chǎn)品”。利用廢舊瀝青混凝土開發(fā)利用，促進(jìn)城市自然生態(tài)環(huán)境的改善，是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。所以，廢舊瀝青混凝土的再利用不僅能提高環(huán)境、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，而且能促進(jìn)下一代的健康發(fā)展，使得可持續(xù)發(fā)展的資源與環(huán)境得以創(chuàng)建與保護(hù)。