瀝青路面再生利用的技術影響分析

武 瑞

（山西省祁縣公路管理段，山西 祁縣 030900）

0 引言

眾所周知，瀝青混凝土和水泥混凝土路面構成了我國等級道路的主要路面結構形式。最新統計資料顯示，我國已建成通車的高等級道路（我國將二級及以上等級道路稱為高等級道路）中，96%以上為瀝青混凝土路面，而另一種路面，即水泥混凝土路面的比例則不到5%。這主要是因為瀝青路面的下述技術特征具有明顯的優越性：

（1）鋪筑瀝青路面的混合料由級配礦料和作為黏結劑的瀝青（主要是石油瀝青）在熱狀態下充分混合而成，因此在使用中表現為較為典型的柔性特征，并對路面上部的行車沖擊和振動荷載展現良好的吸收特性[1]。這也是瀝青路面行車更為平穩舒適、噪音更小的主要原因。

（2）路面抗滑性能的優劣是反映道路行車安全的主要指標之一。由于瀝青混合料中級配礦料（占95%左右，重量比w/w,下同）的“硬”和“剛”與高分子物質瀝青的“柔”使得瀝青路面能夠展現良好的抗滑性能[2]，而這種特征能夠在瀝青路面的整個使用壽命中長期保持。瀝青路面這些特征與水泥路面形成了明顯的對比。

另外，作為一種高分子有機物質，瀝青黏度的高低與其自身溫度的高低成反比[3]。因此瀝青混合料在受熱達到一定溫度后，其中的瀝青材料呈現液態或半液態，使整個混合料呈現松軟和松散狀態，這就為瀝青路面材料的再生利用提供了條件。

1 前期準備的重要性

道路鋪筑完成通車后，路面即常年暴露在風沙雨雪及冷熱溫差的作用下，瀝青物化特性的改變使得瀝青的老化隨著通車年限的增加而加劇，加之車輛荷載的反復作用，瀝青路面不可避免會出現各種各樣的損壞[4]，如圖1所示。

圖1 路面病害數量與通車年限關系Fig.1 Relationship between the number of road surface diseases and the number of years of traffic

瀝青路面的局部損壞（亦稱病害）以表面松散、綜合網裂、凸起和沉陷為主要表現形式。另外，長期使用后的大面積損壞必須進行整個路段的大修或重鋪。在這些工程中，路面舊的損壞部分必須進行挖切和清除，然后鋪筑新的瀝青混合料壓實后形成新的路面[5]。在瀝青路面的日常維護、大修或重鋪工程中由于路面的挖切必然產生大量舊的路面材料（即Reclaimed asphalt pavement，以下簡稱舊料）。這些舊料必須得到再生利用，否則不僅會造成大量可用筑路材料的浪費，而且是嚴重的環境污染源[6]。在瀝青路面的材料組成中，以高等級道路路面為例，無論是上面層，還是下面層，均是由各種級配的石料和作為黏結劑的瀝青（4.5%～6.5%，w/w）經加熱烘干后拌和而成。石料屬于無機物質，其化學組成較為穩定，但瀝青（絕大多數為石油瀝青，我國目前大多高等級道路，尤其是高速公路已規模使用以石油瀝青為基質材料，以SBS、廢舊橡膠和PE等改性劑制備的改性瀝青）是一種較為典型的高分子有機物質，其化學特性在受熱狀態下易出現較大的改變。因此，瀝青路面材料的老化主要表現在瀝青材料物化特性（此處主要指路用特性）的改變。高等級道路的瀝青面層厚度一般不低于200 mm，因此材料中瀝青的老化程度與其所處厚度的深淺成反比。

大量統計數據顯示，瀝青路面中瀝青的老化主要與其使用年限（通車時間）的長短有關，因為瀝青路面常年暴露在自然光候和冬夏季節的自然溫差中。如筆者所在的山西晉中地區，其冬夏季節的環境溫度高低相差60℃以上，而瀝青的黑色有機特性在夏季高溫形成的溫室效應使這種情況的表現更甚。在路面的整個使用過程中，瀝青材料的老化現象必然會因通車時間的不斷延長而愈加嚴重[7]。

表1是衡量瀝青路用特性的三項指標隨道路使用年限延長的數據變化趨勢。

表1 瀝青路用指標因道路使用年限的變化趨勢Tab.1 Variation trend of asphalt road indicators due to road service life

由表1可以看出，瀝青路用指標在長期使用后的變化是顯而易見的，但其整體性能指標在道路通車20年后的改變均低于13%。由此能夠說明瀝青路面舊材料作為一種寶貴資源進行再生利用具有明顯的技術可行性。但長期以來，由于獲取工藝較為落后，舊料的材質參差不齊，特別是由于很多路面雜質的混入，影響了新制再生混合料的路用質量及其新鋪瀝青混凝土路面的路用特性，也明顯限制了舊料在再生混合料中的摻配比例。

有鑒于此，改進和優化舊料的獲取方法，重視舊料再生的前期準備就成為瀝青路面高質量、高效率和高比例再生利用的必要條件和有效途徑。

2 前期準備的技術要點

如本文前述，重視舊料再生的前期準備是保證和提高再生瀝青混合料路用質量的必要條件，這些技術準備主要內容有：

（1）改舊路面材料的“混合存放”為“分類存放”，并對舊料的礦料級配進行篩分和檢測，為恢復原級配提供相關數據。

瀝青路面舊料獲取工藝不同，其材料粒徑相差很大，見表2。

表2 不同工藝的舊料粒徑試驗篩分數據Tab.2 Screening data of old material particle size test with different processes

顯然，舊路面材料的礦料級配與原設計級配數據產生了一定的變化，而不同的挖切工藝對舊路面材料的礦料級配影響也有較大的不同。目前在處置路面局部病害的日常養護作業工程中大多采用鎬挖（如人工鎬、液壓鎬、電鎬和風鎬等）對路面的破損部分進行挖切。這種工藝由于落鎬間距較大使得礦料中的原始級配變化較??；但路面損壞面積較大需要進行大修或路面重鋪時，原有路面的挖切已大量采用機械銑刨工藝完成。由于銑刨機的銑刨鼓旋轉角速度和銑刨機行進速度的作業匹配，使得銑刨進刀量較小，因此對礦料的原始級配破壞（改變）較大（見表2相關數據所示）。有鑒于此，為了恢復路面舊料的原有級配，進而保證再生混合料的路用特性，筆者建議不同工藝獲取的舊料應分別存放，并在舊料再生之前，應對回收舊料以抽提和篩分方法進行必要的級配檢測，并根據檢測結果摻配新的級料以恢復原路面礦料級配的原設計數據。由于舊料是以一定比例摻入新拌混合料中，所以這種摻配可以在新料完成烘干加熱后的級配稱量工序時進行。

（2）舊料加熱前應增加“打散”工序。

不同粒徑的舊路面材料在加熱過程中的受熱升溫差別很大。如筆者參與完成的山西晉中某一級國道路面日常養護填補坑槽過程中在施工現場對挖切舊料加熱時，發現大于30 mm，粒徑的舊料加熱到150±5℃需要加熱時間至少為45 min（依作業時環境溫度的不同有所差異）；而相同的作業環境下，小于15 mm粒徑的舊料加熱時間僅為20 min左右，后者的加熱時間不到前者的50%。顯然，若將不同粒徑的材料分別制取和使用，能夠明顯降低加熱時間。因此，在加熱時可對較大粒徑的舊料（某些舊料因長期存放，由于瀝青的析出和材料的聚積堆壓產生較大集塊現象非常常見）先行打散，然后再行加熱，能夠明顯降低加熱時間，提高加熱效率，節約加熱燃料和降低再生過程中的各種有害排放。

（3）根據舊料油石配比及老化程度的不同，對相應的材料應分別對待。

我國的高等級道路特別是高速公路的建設，起步于20世紀80年代中期，時間較短。不同時期鋪筑的路面，其筑路材料，特別是路用瀝青的標號和路用指標存在較大的差異，而且因通車年限的不同其材料的老化程度也存在差別。進入21世紀以來，以SBS為改性劑的高品質改性瀝青已在高等級道路普遍應用[8]。因此，不同時期，甚至不同路段的瀝青路面，其筑路材料的路用指標都可能存在一定的差異。為了使再生混合料能夠盡可能提高和符合最新的路用技術指標，對不同路段和建設時期取得的瀝青舊料應分別制取和存放，并根據新鋪路面的技術標準進行材料調制進而完成混合料的再生是十分必要的。

（4）舊料挖切前應對路面進行清理。

瀝青路面自攤鋪完成后，即常年暴露在自然光候及車輛反復碾壓的作用之下，各種自然和人為的雜質不可避免會落入路面，甚至會因路面病害（路面松散和縱橫裂縫等）而侵入面層（甚至水穩和基層）之中。筆者所在的山西地區為我國的煤炭重化工基地，各種煤炭、鋼鐵和有色金屬礦產遍布全省各地，采礦和礦物運輸使得輕質礦料（包括粉塵）對道路侵蝕非常嚴重。農產品收獲季節的植物莖葉也很容易散落在道路上。這些雜質不僅是車輛行駛的安全隱患，如果混入瀝青舊料中，也是再生材料的質量隱患。

對此，在路面挖切前應對路面進行較為徹底的清掃。有條件時，清掃過后應輔以一定壓力（0.4～0.8 MPa）的水對路面進行沖洗，以完成對某些難以清掃的輕質小微粒雜質的清除。這些前期工作對于瀝青舊料以較為純凈的狀態進入再生工序，從而保證再生瀝青混合料的路用特性具有重要意義。

（5）保持瀝青路面舊料的干燥狀態。

如本文前述，瀝青路面長期暴露在各種自然光候的作用之下，無論是上部的落雨，還是地下水的侵蝕，都會增加瀝青混合料的含水量。材料中含水量的增加必然會明顯增加舊料再生時的加熱熱量的投入，增加燃料的耗費。路面舊料再生的實體工程證明，舊料中含水量每增加1%，加熱熱量就會相應增加20%～25%（主要由于加熱過程中水分的汽化熱量的過多消耗）。顯然，保持瀝青路面舊料的干燥狀態，盡可能降低材料中的含水量[9]，是提高加熱效率和混合料再生效率的有效手段。

為了實現上述目的，在舊料采集和儲存時應特別注意：

1）無論采用何種方法挖切和收集路面舊材料，都應選擇非雨雪天氣且在路面保持干燥時進行。

2）舊料轉運車輛應具備防雨措施，以防落水對舊料的沖淋。

3）舊料應避免露天儲存，必須儲存在具有可靠遮雨的棚室內。不僅避免落水沖淋，而且可有效防止陽光紫外輻射對舊料造成的進一步老化。舊料應存儲在水平面以上并在下部設置空心夾層，以防止地下水分和地表水的侵入，保證路面舊料中的含水量低于2%。

3 結語

瀝青路面的再生利用是我國道路交通系統“固廢利用”的重點之一。特別是21世紀以來已成為道路交通新技術的研發、科技推廣及節能環保的重要項目。隨著國際大環境，尤其是“碳中和”及“零排放”政策的逐步推行落實，路面舊料再生利用的重要性會越來越強，其相關技術和作業工藝也會不斷創新和進步。