旧沥青路面就地冷再生技术浅析

侯 伟

近20年来,我国公路建设发展迅速,截至 2007年年底,公路总里程已达到357.3×104km,其中高速公路里程达到4.53×104km[1],且绝大部分是沥青路面。按照沥青的设计寿命15年～20年测算,从现在起,每年约有12%的沥青路面需要翻修,可再生的沥青混合料预计达到每年1 900万t,还将以每年15%的速度增长[2]。沥青混合料再生利用技术基本适用于各种沥青路面的修筑,可节省绝大部分集料以及约30%的沥青,其使用效果与新沥青混合料相当或接近,减少新材料的使用和费用,降低了筑路成本。自20世纪80年代,国内开始研究沥青混凝土路面再生技术,2000年以后,全国各地都相继开展这项技术的试验研究[3,4]。随着近年来人们对环保、社会效益的关注,沥青路面废料再生利用技术越来越受到人们的重视,已成为公路工程建设中有待进一步发展的重要实用技术。沥青再生利用技术的研究、推广和相关专用设备的开发,对降低建设成本、合理利用资源、保护生态环境以及促进我国公路建设有着极其重大的意义。

1 沥青路面的再生原理

随着车辆荷载次数的增加和环境因素的不断影响,沥青路面的服务性能随之降低。然而我们通过一系列的技术手段可以延缓路面的损坏,并提高路面服务性能。沥青路面冷再生是指将旧沥青路面材料(主要是面层材料,有时也包括部分基层材料)经过铣刨、回收、破碎、筛分后,按比例加入一定量的添加剂(水泥、石灰、泡沫沥青、乳化沥青或改性乳化沥青等),必要时加入部分新骨料而制成冷再生混合料。沥青路面再生利用技术可分为厂拌热再生、厂拌冷再生、现场热再生、现场冷再生四种施工方法,按再生原理分为沥青的再生和混合料的再生[3,5]。

1)沥青的再生。沥青再生实际是沥青老化的逆过程,采取技术途径,如添加高标号沥青和低粘度再生剂进行组分调节,以恢复沥青的流变性能,从而达到再生的目的。旧沥青路面在车轮荷载与自然力作用下,沥青混合料会发生老化现象。沥青的针入度、延度及软化点也会发生有规律的变化,同时导致沥青性能下降。旧沥青再生的机理研究目前有两种理论,一种理论是相容性理论,认为沥青产生老化的原因是沥青胶质物系中各组分相容性降低,导致组分间溶度参数差增大,认为掺入一定的再生剂使其溶度参数差减小,沥青即能恢复到(甚至超过)原来性质。另一种理论是组分调节理论,认为由于组分的移行,沥青老化后,各组分间比例不协调导致沥青路用性能降低,认为通过掺加再生剂调节其组分,可使沥青恢复原来的性质。因此,要使老化沥青恢复原有性能,就需要将老化沥青和原沥青的组分进行比较后,向老化沥青中加入所缺少的组分(即添加沥青再生剂),使组分重新协调。

2)混合料的再生。原理是把从路面铣刨的再生料当作新的集料,加入粘结料后形成具有一定强度的材料的再生方法。主要应用在冷再生技术上,冷再生的粘结料主要有三种:乳化沥青;泡沫沥青;水泥。由于采用冷再生料受到水的影响,混合料最终强度的形成需要在水分完全蒸发之后,在成型初期,混合料的水稳定性和强度远不及养护终期,于是,在实际工程中添加一部分水泥以提高初期强度。

2 乳化沥青再生优缺点及适用范围

2.1 乳化沥青再生的优缺点[3]

乳化沥青再生技术的优点主要有:1)节约能源。采用热沥青筑路要消耗燃料,主要是在施工过程中,为了时刻保持沥青应有的高温,常常要对沥青进行重复加温与持续加温。2)节省资源。在道路使用年限的中后期,只是路面的性能降低了,然而石料的物理性质并没有发生变化,按照常规的方式进行铣刨、堆置是很浪费的,而且阳离子沥青溶液与骨料表面具有良好的粘附性,可以在骨料表面形成均匀的沥青膜,施工时容易准确地控制沥青的用量,保证骨料之间能有足够的结构沥青,使自由沥青降低到适宜程度。另外,因为阳离子乳化沥青与碱液和酸性骨料都有良好的粘附效果,从而扩大了骨料的来源,更便于就地取材,减少材料的运输,降低工程造价。3)可以冷施工,延长施工季节。热拌沥青的拌和、摊铺、碾压都有严格的温度限制:拌和时温度过高,沥青过度老化,路面便会过早的出现病害。在碾压时,过高的温度会导致推移,不易于压实;反之温度过低,矿料则会和沥青裹覆不均匀,出现不同程度的花白料。在摊铺过程中,温度则更加重要,在施工时都必须严格控制最低碾压温度,在低于这个极限温度后,不仅不能压实,反而会破坏已压实的路面。由于阳离子沥青具有良好的温度适应力,因此可以大大延长施工季节,并且有利于沥青路面的及时维修养护,及时制止病害的加剧与扩大,直至完全消除。关于延长的时间,随气候条件因地区而有差异。4)改善施工条件,减少环境污染。阳离子乳化沥青乳液可在常温条件下使用,由于沥青乳液具有良好的工作度,可以均匀地分布在骨料表面上并且骨料产生较好的粘附性,因而可以节省沥青用量。还由于使用沥青乳液作业,现场不需要支锅、盘灶、熬油等,简化了施工程序,改善了油路工人的施工条件,避免了烟熏火烤和火灾的发生,也减少了对于周围环境的污染。

不过在有如此优越性的同时,由于在沥青结合料和集料方面与热拌混合料差异,就地冷再生集料也有着它与生俱来的缺点:

1)路用石油沥青是原油蒸馏后的残渣,根据提炼程度的不同,在常温下成液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽,具有较高的感温性。常温下,沥青是不具备良好的拌和性的。乳化沥青由于水、乳化剂、稳定剂的加入,被制备成一种液态,可用于常温拌和。a.乳化沥青混合料的粘结性低于热拌沥青混合料。b.乳化沥青乳化完成之后,如果不采取一些预防和保护措施,一般都会产生结皮现象。c.热拌沥青路面在路面温度降低到一定程度便能开放交通,而乳化沥青混合料的强度形成是一个长期的过程,随着水分的蒸发,强度会逐渐增加,最终达到路用的要求。在混合料压实成型后,乳化沥青并未完全破乳,混合料还是很松散的,必须严格养生。

2)路面铣刨料既不同于新集料,也不能简单的看作“黑色集料”,其变异性是很大的。

2.2 乳化沥青再生适用范围

就地冷再生工艺主要用于沥青路面结构层的翻修,适用于所有路面标高不受限制的道路,由于高等级公路和大部分城市道路的路面标高在新路完成后已经基本确定,其可增加的幅度很小,所以在作为基层的再生层上摊铺新面层受到限制。因此,就地冷再生主要适用于一般公路、等外公路、部分城市道路及其他场地的维修改造。对于低等级公路特别是乡村公路,这种经过冷再生的路面就是最终路面;对于高等级公路,这种路面可作为高等级公路的基层[5]。

3 结语

随着时间的推移,路面在车辆和环境因素作用下的破坏是不可避免的。沥青路面的再生利用技术在美国以及其他一些发达国家非常成熟,材料重复利用率很高。我国公路将在未来数年内陆续进入大规模的翻修期,基于环保和可持续发展的考虑,沥青路面再生是一种值得推荐的选择。作为一项新型实用技术,它极大程度的改变了我国沿用多年的传统的沥青路面维修方法,但乳化沥青再生混合料具有初期强度较低、养生时间较长、可使用层位较低等不足之处。因此,我国需要对沥青路面再生技术进行全面研究,趋利避害,为我国道路建设提供有力的技术支撑。

[1]吕伟民.乳化沥青冷再生技术关键与应用前景[J].石油沥青,2009,23(3):29-34.

[2]拾方治,马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3]张立柱,张运涛,何凤华.沥青混凝土路面冷再生技术及其应用[J].公路,2006(10):199-204.

[4]韩学义.旧沥青混凝土路面混合料冷再生技术的应用[J].公路,2007(9):112-115.

[5]侯 宓,倪少虎.沥青混合料就地再生技术[J].建设机械技术与管理,2004(4):55-58.