沥青路面废弃油脂再生利用技术研究

2023-01-09郭木强申铁军

四川建材 2022年7期

郭木强，申铁军

(1.山西路桥第四工程有限公司，山西大同 037000；2.山西路桥集团晋南项目管理有限公司,山西太原 030006)

0 前言

我国公路建设高峰期已过，早期建成的等级道路陆续进入大中修期，维修养护、翻修、升级改造的任务越来越重。传统养护维修过程中，挖补和铳刨重铺的传统工艺使得沥青混合料不能回收利用，由此带来废料遗弃、堆放占用土地、污染环境，另一方面，大量旧沥青、旧集料不予利用，造成资源浪费。随着我国沥青路面养护技术的发展和人们环保意识的增强，传统道路养护方式已经不能满足社会的现实需要，沥青路面再生技术作为一种绿色、环保、高质的养护技术越来越受到人们的关注。

1 沥青混合料再生利用技术

沥青混合料再生利用技术是将需要翻修改造的旧沥青路面，经过翻挖、回收、破碎、筛分后，再和再生剂、添加剂、新矿料、新沥青混合，重新拌和成满足道路建设需要的再生沥青混合料的整套生产技术。针对沥青路面材料，无论是从材料性状角度视其为不可调和的多相平衡体系的胶结结构，还是具有溶解、沉淀等热力学可逆过程的高分子聚合物，沥青老化并未改变其结构特征本质。因此，旧沥青材料是一种可以进行再生设计与利用的材料资源，完全可以再生利用[1]。

1.1 沥青老化

沥青老化是由于轻质油分的挥发、聚合、脱氢等作用造成的，其中主要是沥青中的各种成分发生了氧化。大量试验结果表明，沥青老化过程中组分变化都是以芳香分的减少和沥青质的增加最为显著。为此，可通过补充芳香分等轻质组分、溶解和分散沥青质实现对旧沥青的再生。橡胶理论认为，对于老化沥青的再生实际上就是在发达的网状结构中加入适量的油料，以补充沥青随着老化而失去的油相，恢复油相对沥青中大分子的润滑作用。为此富含芳香族油类物质理论上可实现对旧沥青的再生恢复[2]。

1.2 废弃油脂

废弃油脂是指失去原有使用价值或物理化学性能不达标的各种油脂，常见的有废食用油和废工业用油，前者主要指煎炸老油、地沟油等，后者主要指废机油、废液压油等。据统计，我国每年产生的废食用油约600万～750万t，每年因汽车保养而产生的废机油约1 800万t。每千克废弃油脂会造成15 000 m2水面污染，严重时会导致水体富营养化。据统计，北京市内的饭馆一天就可产生20 t废油脂，年产超过7 000 t；南京市每年可产生近5 000 t废油脂。由此可见，我国每年产生的废弃油脂数量惊人，如此大量的废弃油脂若不经处理直接排放或流入市场，必将威胁到自然环境和人们身体健康[3]。

2 推广沥青路面再生技术的必要性

2.1 经济效益和实用价值

全国仅高速公路维修，平均每年将产生接近400万t的废旧沥青混合料，若不加以利用不仅会造成资源的浪费，而且也会污染环境。如能将这些废旧沥青混合料加以利用，则每年可节省材料费25亿元以上，而且这个数字每年还将以15%的速度增长。沥青路面再生技术能最大限度地利用废旧沥青混合料，直接节省大量的矿料和沥青资源。废旧沥青混合料的再生利用提上议事日程。为此，根据国家可持续发展的战略方针，应用和推广沥青路面再生技术具有重要的经济效益和实用价值。

2.2 环境效益和社会效益

废弃油脂中富含脂肪酸等轻质油分，软化点高于220°C,性能稳定，粘度适宜，能够同时实现补充老化沥青缺失组分和对老化沥青增溶分散的双重效果，使再生沥青体系重新协调。令人头痛的废弃油脂却能有助于老化后的沥青“恢复原貌”。如能实现油脂类固废在道路领域的资源化应用将具有显著的环境效益和社会效益。

3 油脂类固废资源化利用研究内容

3.1 研究背景

从促进旧沥青有效恢复、新旧沥青高效融合的角度，形成废弃油脂资源化应用于热再生技术中的处理改性工艺，实现缓释和持续再生的有益效果。建立不同服役年限老化沥青、废弃油脂调和剂、再生沥青、重复再生沥青以及再生沥青混合料性能指标间的关联。针对目前我国沥青路面热再生技术领域宏观指标与微观性能关联性不佳及再生沥青混合料耐久性及抗疲劳性评价缺乏，长期评价体系不健全的问题，从施工工艺、再生路面路用性能与油脂调和剂综合利用情况等方面建立起沥青再生效果及再生沥青混合料长期性能评价体系项目，研究成果可为油脂类固废资源化应用于道路领域以及完善热再生技术水平提供借鉴和指导。

3.2 关键技术

从油脂类固废的来源、性能指标与微观结构入手，通过对不同类型废弃油脂的主要性能参数进行测试分析，建立废弃油脂性能指标与再生效果间的关联，提出废弃油脂资源化应用于沥青路面热再生技术的把控指标。从提高热再生技术性能、延长道路使用寿命的角度，确定油脂类固废处理与调和工艺，形成废弃油脂调和剂实施方案。建立不同服役环境和年限老化沥青、废弃油脂调和剂、再生沥青、重复再生沥青以及再生沥青混合料性能指标间的关联。针对再生效果有待提升的应用现状，确定实现调节剂在老化沥青与集料界面有效扩散、路面老化沥青和调和剂品质关联、再生沥青路面耐久性、抗疲劳性能等关键施工工艺。建立施工工艺、再生路面应用效果与废弃油脂综合利用情况之间的关联，为油脂类固废品质优化和资源化应用于沥青路面再生奠定基础。

3.3 创新点

鉴于废弃油脂中富含脂肪酸、芳炷等轻质油分，能够实现补充老化沥青缺失组分和对老化沥青增溶分散，从而使老化沥青性能得以恢复的特点。本项目旨在促进油脂类固废资源化应用于沥青路面热再生技术领域。提出废弃油脂用于热再生技术的把控指标，建立油脂类固废资源化应用于热再生技术的处置及调和工艺，以实现旧沥青有效恢复、新旧沥青高效融合的有益效果。建立基于新旧沥青融合渗透效果检验的界面评价体系，提供不同老化状态下废弃油脂调和剂的建议掺量，解决传统再生添加剂用量盲目依靠经验的弊端。分别采用TFOT老化和PAV老化模拟沥青在施工和服役过程中的老化。对不同老化状态下的基质沥青、SBS改性沥青进行再生，系统测试体系基本指标、分子结构、热稳定性、流变性能、组成含量、体系极性以及水稳性能等指标，建立沥青种类及老化龄期与再生调和剂类型、掺量及再生效果之间的关联。研究老化沥青与废弃油脂调和剂之间的作用关系，分析再生机理，探索宏观性能与微观结构之间的联系，建立沥青再生效果及再生沥青混合料耐久性、抗疲劳性评价体系。

3.4 技术经济指标

1)提出油脂类固废应用于沥青路面热再生的关键技术指标，建立基于界面融合理论的再生效果评价体系。

2)建立再生沥青及重复再生沥青性能与油脂类固废指标的关联，确立油脂类固废调和处理工艺。

3)形成废弃油脂、再生沥青、重复再生沥青以及再生沥青混合料性能指标间的关联关系，完善再生沥青混合料耐久性、抗疲劳性评价指标。

3.5 质量控制

实施“互联网+交通基础设施”发展新思路，立足项目开展智慧建设，推广应用“工程质量管控平台”，充分应用信息化手段，实现质量数据即时共享，推进大数据与项目管理系统深度融合，达到施工管理可感知、可预测、可决策，提高施工现场质量管控的科学性和及时性，实现数字化、精细化和智慧化的施工管理。工程质量信息化管控工作主要包括原材料管理、试验机监控、拌合站生产动态监控、质量巡检、质量验收等内容，通过数据自动采集、实时上传、超标数据预警和闭合管理等功能，实现项目质量信息化、智能化管理，确保工程质量可控。

4 应用前景、经济和社会效益

4.1 应用前景

沥青路面热再生工程作为一项节省社会资源、保护生态环境的技术，为可持续发展做出突出贡献。本项目研究成果有助于促进油脂类固废规模化应用于沥青路面热再生技术领域，深入分析不同服役状态下沥青老化与再生机理，建立废弃油脂、再生沥青、重复再生沥青及再生沥青混合料性能间的关联关系及评价体系，为促进可消纳油脂类固废的高RAP料掺量的沥青路面热再生技术广泛应用提供指导与借鉴。

4.2 经济和社会效益

我国对沥青路面再生技术的重视程度逐渐提高，公路养护管理发展纲要中将沥青路面的再生利用列为公路养护与管理的基本原则。据测算，我国仅干线公路大中修工程，每年产生沥青路面旧料达1.6亿t，水泥路面旧料达3 000万t。本研究成果有望促进油脂类固废资源化应用于沥青路面热再生领域。提出油脂类固废用于沥青再生的核心技术指标，建立油脂类固废处理工艺，考察油脂类固废对再生沥青及再生沥青混合料的性能评价。以解决目前沥青路面热再生领域再生剂指标不健全、沥青老化与再生机理分析不深入，宏观指标与微观性能关联性不佳及再生沥青混合料耐久性评价缺乏，长期评价体系不健全的问题。本文研究成果可使沥青路面热再生技术更高效地应用道路建设。该技术可最大限度地利用油脂类固废。