沥青路面再生利用的技术影响分析

武 瑞

（山西省祁县公路管理段，山西 祁县 030900）

0 引言

众所周知，沥青混凝土和水泥混凝土路面构成了我国等级道路的主要路面结构形式。最新统计资料显示，我国已建成通车的高等级道路（我国将二级及以上等级道路称为高等级道路）中，96%以上为沥青混凝土路面，而另一种路面，即水泥混凝土路面的比例则不到5%。这主要是因为沥青路面的下述技术特征具有明显的优越性：

（1）铺筑沥青路面的混合料由级配矿料和作为黏结剂的沥青（主要是石油沥青）在热状态下充分混合而成，因此在使用中表现为较为典型的柔性特征，并对路面上部的行车冲击和振动荷载展现良好的吸收特性[1]。这也是沥青路面行车更为平稳舒适、噪音更小的主要原因。

（2）路面抗滑性能的优劣是反映道路行车安全的主要指标之一。由于沥青混合料中级配矿料（占95%左右，重量比w/w,下同）的“硬”和“刚”与高分子物质沥青的“柔”使得沥青路面能够展现良好的抗滑性能[2]，而这种特征能够在沥青路面的整个使用寿命中长期保持。沥青路面这些特征与水泥路面形成了明显的对比。

另外，作为一种高分子有机物质，沥青黏度的高低与其自身温度的高低成反比[3]。因此沥青混合料在受热达到一定温度后，其中的沥青材料呈现液态或半液态，使整个混合料呈现松软和松散状态，这就为沥青路面材料的再生利用提供了条件。

1 前期准备的重要性

道路铺筑完成通车后，路面即常年暴露在风沙雨雪及冷热温差的作用下，沥青物化特性的改变使得沥青的老化随着通车年限的增加而加剧，加之车辆荷载的反复作用，沥青路面不可避免会出现各种各样的损坏[4]，如图1所示。

图1 路面病害数量与通车年限关系Fig.1 Relationship between the number of road surface diseases and the number of years of traffic

沥青路面的局部损坏（亦称病害）以表面松散、综合网裂、凸起和沉陷为主要表现形式。另外，长期使用后的大面积损坏必须进行整个路段的大修或重铺。在这些工程中，路面旧的损坏部分必须进行挖切和清除，然后铺筑新的沥青混合料压实后形成新的路面[5]。在沥青路面的日常维护、大修或重铺工程中由于路面的挖切必然产生大量旧的路面材料（即Reclaimed asphalt pavement，以下简称旧料）。这些旧料必须得到再生利用，否则不仅会造成大量可用筑路材料的浪费，而且是严重的环境污染源[6]。在沥青路面的材料组成中，以高等级道路路面为例，无论是上面层，还是下面层，均是由各种级配的石料和作为黏结剂的沥青（4.5%～6.5%，w/w）经加热烘干后拌和而成。石料属于无机物质，其化学组成较为稳定，但沥青（绝大多数为石油沥青，我国目前大多高等级道路，尤其是高速公路已规模使用以石油沥青为基质材料，以SBS、废旧橡胶和PE等改性剂制备的改性沥青）是一种较为典型的高分子有机物质，其化学特性在受热状态下易出现较大的改变。因此，沥青路面材料的老化主要表现在沥青材料物化特性（此处主要指路用特性）的改变。高等级道路的沥青面层厚度一般不低于200 mm，因此材料中沥青的老化程度与其所处厚度的深浅成反比。

大量统计数据显示，沥青路面中沥青的老化主要与其使用年限（通车时间）的长短有关，因为沥青路面常年暴露在自然光候和冬夏季节的自然温差中。如笔者所在的山西晋中地区，其冬夏季节的环境温度高低相差60℃以上，而沥青的黑色有机特性在夏季高温形成的温室效应使这种情况的表现更甚。在路面的整个使用过程中，沥青材料的老化现象必然会因通车时间的不断延长而愈加严重[7]。

表1是衡量沥青路用特性的三项指标随道路使用年限延长的数据变化趋势。

表1 沥青路用指标因道路使用年限的变化趋势Tab.1 Variation trend of asphalt road indicators due to road service life

由表1可以看出，沥青路用指标在长期使用后的变化是显而易见的，但其整体性能指标在道路通车20年后的改变均低于13%。由此能够说明沥青路面旧材料作为一种宝贵资源进行再生利用具有明显的技术可行性。但长期以来，由于获取工艺较为落后，旧料的材质参差不齐，特别是由于很多路面杂质的混入，影响了新制再生混合料的路用质量及其新铺沥青混凝土路面的路用特性，也明显限制了旧料在再生混合料中的掺配比例。

有鉴于此，改进和优化旧料的获取方法，重视旧料再生的前期准备就成为沥青路面高质量、高效率和高比例再生利用的必要条件和有效途径。

2 前期准备的技术要点

如本文前述，重视旧料再生的前期准备是保证和提高再生沥青混合料路用质量的必要条件，这些技术准备主要内容有：

（1）改旧路面材料的“混合存放”为“分类存放”，并对旧料的矿料级配进行筛分和检测，为恢复原级配提供相关数据。

沥青路面旧料获取工艺不同，其材料粒径相差很大，见表2。

表2 不同工艺的旧料粒径试验筛分数据Tab.2 Screening data of old material particle size test with different processes

显然，旧路面材料的矿料级配与原设计级配数据产生了一定的变化，而不同的挖切工艺对旧路面材料的矿料级配影响也有较大的不同。目前在处置路面局部病害的日常养护作业工程中大多采用镐挖（如人工镐、液压镐、电镐和风镐等）对路面的破损部分进行挖切。这种工艺由于落镐间距较大使得矿料中的原始级配变化较小；但路面损坏面积较大需要进行大修或路面重铺时，原有路面的挖切已大量采用机械铣刨工艺完成。由于铣刨机的铣刨鼓旋转角速度和铣刨机行进速度的作业匹配，使得铣刨进刀量较小，因此对矿料的原始级配破坏（改变）较大（见表2相关数据所示）。有鉴于此，为了恢复路面旧料的原有级配，进而保证再生混合料的路用特性，笔者建议不同工艺获取的旧料应分别存放，并在旧料再生之前，应对回收旧料以抽提和筛分方法进行必要的级配检测，并根据检测结果掺配新的级料以恢复原路面矿料级配的原设计数据。由于旧料是以一定比例掺入新拌混合料中，所以这种掺配可以在新料完成烘干加热后的级配称量工序时进行。

（2）旧料加热前应增加“打散”工序。

不同粒径的旧路面材料在加热过程中的受热升温差别很大。如笔者参与完成的山西晋中某一级国道路面日常养护填补坑槽过程中在施工现场对挖切旧料加热时，发现大于30 mm，粒径的旧料加热到150±5℃需要加热时间至少为45 min（依作业时环境温度的不同有所差异）；而相同的作业环境下，小于15 mm粒径的旧料加热时间仅为20 min左右，后者的加热时间不到前者的50%。显然，若将不同粒径的材料分别制取和使用，能够明显降低加热时间。因此，在加热时可对较大粒径的旧料（某些旧料因长期存放，由于沥青的析出和材料的聚积堆压产生较大集块现象非常常见）先行打散，然后再行加热，能够明显降低加热时间，提高加热效率，节约加热燃料和降低再生过程中的各种有害排放。

（3）根据旧料油石配比及老化程度的不同，对相应的材料应分别对待。

我国的高等级道路特别是高速公路的建设，起步于20世纪80年代中期，时间较短。不同时期铺筑的路面，其筑路材料，特别是路用沥青的标号和路用指标存在较大的差异，而且因通车年限的不同其材料的老化程度也存在差别。进入21世纪以来，以SBS为改性剂的高品质改性沥青已在高等级道路普遍应用[8]。因此，不同时期，甚至不同路段的沥青路面，其筑路材料的路用指标都可能存在一定的差异。为了使再生混合料能够尽可能提高和符合最新的路用技术指标，对不同路段和建设时期取得的沥青旧料应分别制取和存放，并根据新铺路面的技术标准进行材料调制进而完成混合料的再生是十分必要的。

（4）旧料挖切前应对路面进行清理。

沥青路面自摊铺完成后，即常年暴露在自然光候及车辆反复碾压的作用之下，各种自然和人为的杂质不可避免会落入路面，甚至会因路面病害（路面松散和纵横裂缝等）而侵入面层（甚至水稳和基层）之中。笔者所在的山西地区为我国的煤炭重化工基地，各种煤炭、钢铁和有色金属矿产遍布全省各地，采矿和矿物运输使得轻质矿料（包括粉尘）对道路侵蚀非常严重。农产品收获季节的植物茎叶也很容易散落在道路上。这些杂质不仅是车辆行驶的安全隐患，如果混入沥青旧料中，也是再生材料的质量隐患。

对此，在路面挖切前应对路面进行较为彻底的清扫。有条件时，清扫过后应辅以一定压力（0.4～0.8 MPa）的水对路面进行冲洗，以完成对某些难以清扫的轻质小微粒杂质的清除。这些前期工作对于沥青旧料以较为纯净的状态进入再生工序，从而保证再生沥青混合料的路用特性具有重要意义。

（5）保持沥青路面旧料的干燥状态。

如本文前述，沥青路面长期暴露在各种自然光候的作用之下，无论是上部的落雨，还是地下水的侵蚀，都会增加沥青混合料的含水量。材料中含水量的增加必然会明显增加旧料再生时的加热热量的投入，增加燃料的耗费。路面旧料再生的实体工程证明，旧料中含水量每增加1%，加热热量就会相应增加20%～25%（主要由于加热过程中水分的汽化热量的过多消耗）。显然，保持沥青路面旧料的干燥状态，尽可能降低材料中的含水量[9]，是提高加热效率和混合料再生效率的有效手段。

为了实现上述目的，在旧料采集和储存时应特别注意：

1）无论采用何种方法挖切和收集路面旧材料，都应选择非雨雪天气且在路面保持干燥时进行。

2）旧料转运车辆应具备防雨措施，以防落水对旧料的冲淋。

3）旧料应避免露天储存，必须储存在具有可靠遮雨的棚室内。不仅避免落水冲淋，而且可有效防止阳光紫外辐射对旧料造成的进一步老化。旧料应存储在水平面以上并在下部设置空心夹层，以防止地下水分和地表水的侵入，保证路面旧料中的含水量低于2%。

3 结语

沥青路面的再生利用是我国道路交通系统“固废利用”的重点之一。特别是21世纪以来已成为道路交通新技术的研发、科技推广及节能环保的重要项目。随着国际大环境，尤其是“碳中和”及“零排放”政策的逐步推行落实，路面旧料再生利用的重要性会越来越强，其相关技术和作业工艺也会不断创新和进步。