沥青混合料再生技术研究

鹿森刚

0 引言

我国公路建设发展迅速,高速公路总里程已经跃居世界第二位,目前许多高速公路都已进入大、中修期,每年翻修开挖出来的旧沥青混合料将超过1 000万t。随着可持续发展理念的不断深化,对整个公路交通行业提出了相应的要求,沥青路面材料的再生利用技术已经成为当前公路建设需要解决的迫切问题。

沥青路面再生技术是将不能满足使用要求的旧沥青路面沥青混合料经过一定的加工和处理,包括对旧沥青路面进行翻挖、破碎、筛分,再和新集料、新沥青、再生剂(必要时)重新混合,变成可以达到技术标准要求的混合料以后,重新铺筑为新的路面。

1 研究现状

1.1 国外

旧沥青路面材料再生利用的试验研究最早始于1915年,但发展缓慢。1974年美国重新开始研究这项技术,并且迅速在全国推广应用。从1976年到现在,美国沥青路面废料的再生利用率已超过70%[1]。

日本从1976年开始进行沥青路面再生技术的研究。1984年7月,日本道路协会出版了《路面废料再生利用技术指南》,并且就有关厂拌再生技术编制成了手册。目前,路面废料再生利用的数量已经超过50%。欧洲一些国家对沥青路面再生技术的研究也在同一时期展开。20世纪70年代中期,德国、荷兰和芬兰等国家相继进行了小规模的试验研究,并迅速推广应用[2]。

1.2 国内

我国是从20世纪80年代初开始旧沥青路面再生利用研究的,但早在国家“七五”和“八五”科技攻关中,对沥青路面的热再生机理、再生设计方法和热再生施工工艺实用技术进行了比较系统的研究。

20世纪90年代,我国进入高速公路建设高峰时期,沥青路面再生技术的研究与推广却几乎被搁置。而今大量沥青路面已陆续进入了维修或改建期。开发适用于沥青路面的再生技术这一工作已成为公路工作者的议题。随着我国高等级路面维修养护量的不断增加,对混合料再生技术有必要进行深入、系统的研究。

2 沥青再生机理研究

根据沥青老化的机理可以通过加入某种再生剂,使极性差异比较大的组分之间能够很好的相容,从而达到对老化沥青进行再生的目的。

再生剂具有两亲性,一端可以和极性较强的沥青质结合,在沥青质的周围形成有序紧密排列的单分子膜,也就是所谓的“界面膜”,此膜具有一定的强度,可以对沥青质起一定的保护作用,在受到外界条件变化时,分子内部颗粒之间在相互撞击的时候,不产生“聚结”现象,使溶液处于比较稳定的状态;另一端可以和极性相对较弱的芳香酚和饱和酚结合。这样既可以减小高分子聚合的程度,使重分子量和平均分子量都减小,一定程度上恢复到老化以前的状态,同时又可以很好的解决相容性的问题[3]。

按照以上的再生思路其再生机理过程可以用图1表示。

3 再生技术分类及适用性

3.1 现场热再生

现场热再生技术也称为表层再生技术。该技术通过现场加热、翻耕、混拌、摊铺、碾压等工序,一次性实现就地旧沥青路面再生,具有无须运输废旧沥青混合料,工效高,对公路运营影响低等优点。但存在诸多局限性,主要表现在:1)处理厚度小。2)无法有效调整配合比。3)必须利用专门的再生剂恢复沥青的性能,难以保障路面的耐久性。4)无法处理采用改性沥青铺筑的表面层。5)对路面层厚不均匀或质量状况变化大的路面难以保证质量要求。因此,目前现场热再生技术在发达国家也未得到普遍采用。

3.2 厂拌热再生

厂拌热再生技术先将旧沥青路面铣刨后运回工厂,通过破碎、筛分,并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标,掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂(必要时)进行拌和,使混合料达到规范规定的各项指标,再按照与普通沥青路面完全相同的方法重新铺筑。厂拌热再生技术利用旧沥青回收料(RAP)一般不超过50%,通常用10%～30%,因此,掺入数量较大的新集料和新沥青,使再生混合料的级配和沥青结合料性能均得到充分改善;而且,在RAP用量不大的情况下,不需要使用专门的软化剂(再生剂),使混合料具有稳定的质量。通过适当的配合比设计和严格的质量控制措施,厂拌热再生沥青路面具有与普通沥青路面相同的路用性能和耐久性。

3.3 现场冷再生

现场冷再生技术是用大功率路面铣刨拌合机将路面混合料在原路面上就地铣刨、翻挖、破碎,再加入稳定剂、水泥、水(或加入乳化沥青)和骨料同时就地拌和,用路拌机原地拌和,最后碾压成型。碾压成型后的摊铺层可作为低等级公路的面层和高等级公路的下面层或基层,属于道路养护维修范畴。

3.4 厂拌冷再生

将铣刨下来的旧沥青混凝土路面材料运回稳定土搅拌厂,经过破碎作为稳定土骨料,加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化沥青等一种或多种稳定剂和新料(必要时)进行搅拌,然后铺筑于基层或底基层。这类基层具有柔性基层的特点。这项技术不但未充分利用废弃材料中的旧沥青,而且旧沥青还会在一定程度上影响混合料的抗压强度,但其生产过程几乎不需要专用设备就可实现。在国外被普遍采用,实践证明具有很好的应用价值。

4 再生混合料的设计要求

1)再生混合料必须具有足够的强度和热稳定性,夏季高温下不出现泛油、推挤、壅包和车辙;2)再生混合料具有良好的低温抗裂性。为此,要求混合料在低温下表现为较低的线收缩系数,较高的抗弯拉强度和较低的弯拉模量;3)再生沥青路面应具有足够的抗滑性和防渗性;4)再生沥青路面应具有良好的抗老化性能,路面经久耐用;5)尽可能多地使用旧路面材料,提高旧料掺配率,最大限度地节约沥青和砂石材料。

5 结语

沥青路面材料的再生利用技术已经成为当前公路建设中亟待解决的热点问题。随着我国高等级沥青路面维修量不断增加,对沥青混合料的再生技术有必要加强理论研究。我国气候多样,各地区的适用条件和适用场合差异较大,对沥青混合料再生利用技术的发展道路还任重而道远。

[2] 周 红,周建波.沥青路面再生技术[J].路基工程,2007,134(5):154-156.

[3] 韦 琴,杨长辉,熊出华,等.旧沥青路面再生利用技术概述[J].重庆建筑大学学报,2009,29(3):128-131.

[4] 樊统江,徐栋良,贾敬鹏,等.沥青砼路面再生技术及其在国外的发展[J].重庆交通学院学报,2007,26(3):82-87.