舊瀝青路面再生研究的現(xiàn)狀與工藝

1、舊瀝青路面再生研究的現(xiàn)狀與工藝楊建明,楊仕教,熊韶峰,何建(南華大學(xué)建筑工程與資源環(huán)境學(xué)院,湖南衡陽421001)摘要:舊瀝青路面再生利用是一項新的瀝青路面修筑技術(shù),它具有節(jié)約材料、降低瀝青路面造價及保護資源,可以減少廢舊瀝青路面對環(huán)境的污染與破壞作用. 目前世界各國都非常重視,我國也是如此,隨著我國首條高速公路(沈大高速公路,1988 年建成) 即將進入維修時期,廢舊瀝青路面再生利用日益迫切. 文章分析了國內(nèi)外舊瀝青路面再生研究的現(xiàn)狀與工藝,分析了舊瀝青路面再生混合料的設(shè)計及施工工藝,提出我國實行舊瀝青路面再生工作的迫切性和意義.關(guān)鍵詞:舊瀝青路面;瀝青混合料;再生劑;再生瀝青中圖分類號:U

2、416. 217 文獻標(biāo)識碼:ATechnology and Actualities of Recycled Mixture forOld Asphalt PavementYANG Jian - ming ,YANG Shi - jiao ,XIONG Shao - feng ,HE Jian(School of Architectural Engineering ,Resource and Environment ,Nanhua University ,Hengyang 421001 ,Hunan ,China)Abstract : The technology of recycling o

3、ld asphalt pavement is new ,which sawes raw materials ,cut down the cost and reduce pollution and destruction of environment . Nowadays foreign coun2tries value it very much ,so does china. The first highway (shenyang - Dalian ,built in 1988)ofour country will enter its maintenance period. The recyc

4、ling of old asphalt pavement is urgentlyneeded. In this paper the actualities of recycled mixture of old asphalt pavement ,the designand construction technology of reclaimed mixture of old asphalt pavement are analyze. The ur2gency and significance of the recycling work are persented.Key words :old

5、asphalt pavement ; asphalt mixture ; recycling agent ; reclaimed asphalt前言舊瀝青路面再生利用,是上世紀(jì)70 年代發(fā)展起來的路面修復(fù)與修筑新技術(shù),它具有節(jié)約材料,降低路面造價及保護資源,減少廢舊瀝青路面對環(huán)境污染,具有明顯經(jīng)濟效益和社會效益. 近年來世界各國相繼開展了廣泛的瀝青路面再生試驗研究,如美國80 %廢舊瀝青路面得到重復(fù)利用,而日本70 %路面采用舊瀝青路面再生技術(shù)修筑. 我國也從上世紀(jì)70 年代以來開始先后對舊瀝青路面再生利用技術(shù)的可行性、經(jīng)濟合理性和實際應(yīng)用方面進行了大量的試驗研究,山西、湖南、湖北、甘肅省相繼

6、開始舊瀝青路面再生試驗路的鋪筑,上世紀(jì)90 年代以來由于大規(guī)模公路建設(shè),舊瀝青路面再生工作處于停滯狀態(tài). 2000 年又在沈大高速公路營口段開展舊瀝青路面再生試驗1 ,東南大學(xué)等針對我國瀝青路面狀況試制A 型再生劑23 ,在瀝青再生劑、再生瀝青路面修筑方面取得大量成果. 隨著我國高等級公路相繼進入維修期,舊瀝青路面再生試驗研究非常迫切.1 舊瀝青路面再生機理分析舊瀝青路面的再生利用,是將舊瀝青路面經(jīng)過加熱、翻挖、回收、破碎、篩分后,與再生劑、新瀝青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,滿足一定的路用性能并重新鋪筑于路面的一整套工藝. 舊瀝青路面在車輪荷載作用下,承受著壓應(yīng)力、剪應(yīng)力、拉應(yīng)力等動

7、靜荷載,并且瀝青路面長期暴露于自然,因此受到各種自然因素如氧、陽光、溫度、水、風(fēng)等自然力的作用,致使混合料中的瀝青、骨料的性能發(fā)生物理、化學(xué)變化,并最終表現(xiàn)為瀝青混合料內(nèi)瀝青粘度增大、老化和集料的細化作用.瀝青在路面中受到自然因素作用后,就會導(dǎo)致瀝青組分“移行”,即瀝青質(zhì)相應(yīng)增加,從而導(dǎo)致瀝青老化、粘度增加,而隨著粘度的增長,瀝青的針入度、延度及軟化點也會發(fā)生有規(guī)律的變化,同時導(dǎo)致瀝青性能下降. 舊瀝青再生的機理研究目前有兩種理論4 ,一種理論是“相容性理論”,該理論從化學(xué)熱力學(xué)出發(fā),認(rèn)為瀝青產(chǎn)生老化的原因是瀝青膠質(zhì)物系中各組分相容性降低,導(dǎo)致組分間溶度參數(shù)差增大. 如能摻入一定的再生劑使其再

8、生技術(shù)有必要進行深入、系統(tǒng)研究. 如2000 年沈大高速公路營口段再生試驗1 ,黃曉明等23 針對克拉瑪依AH - 70 瀝青研制出A 型再生劑(輕油與增粘樹脂的混溶物) 等,表明我國公路科研、生產(chǎn)單位也開始重視高等級公路舊瀝青路面再生技術(shù)的研究.隨著我國瀝青路面高等級公路的發(fā)展,特別是許多高等級路面已經(jīng)或即將進入維修改建期,大量的翻挖、銑刨瀝青混合料被廢棄,一方面造成環(huán)境污染,另一方面對于我國這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為匱乏國家來說是一種資源的浪費,而且大量的使用新石料,開采石礦會導(dǎo)致森林植被減少,水土流失等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞,因此,對瀝青路面舊料再生技術(shù)有必要進行深入、系統(tǒng)的研究.3 舊瀝青路面再生技

9、術(shù)研究與工藝3. 1 瀝青再生劑研究國內(nèi)外大量資料顯示,降低瀝青粘度有效的方法是向其中加入低粘度的油分. 我國80 年代初期所使用的再生劑就是石油工業(yè)生產(chǎn)出來的輕質(zhì)油如潤滑油、柴油、機油、減壓油等或者它們的混合物,當(dāng)時主要是針對我國渣油路面或中輕交通量公路而言,再者加入的輕質(zhì)油在自然環(huán)境容易產(chǎn)生共聚、縮分,從而導(dǎo)致瀝青路面的老化. 針對這種情況,東南大學(xué)黃曉明等23 針對克拉瑪依AH- 70 瀝青研制出A 型再生劑(輕油與增粘樹脂的混溶物) ,使舊瀝青的粘度降低,針入度、延度提高. 改善了老化瀝青的路用性能. 國外的再生劑的主要采用石油工業(yè)生產(chǎn)低粘度油分和樹脂.3. 2 陽離子乳化瀝青應(yīng)用研究

10、陽離子乳化瀝青在舊瀝青路面再生過程中主要作為再生劑使用,在我國應(yīng)用廣泛,主要適用中輕交通瀝青路面再生改造,如云南省、甘肅省、湖北省、江蘇淮阜路都是采用乳化瀝青冷法再生瀝青路面工藝58 ,都獲得成功.3. 3 再生瀝青混合料設(shè)計再生瀝青混合料主要由舊瀝青混合料、再生劑、新集料、新瀝青按比例混合而成,因此其配合比設(shè)計與普通的新拌瀝青混合料有所不同. 但其基本設(shè)計原理和思路與普通瀝青混合料設(shè)計基本一致. 設(shè)計過程中首先要滿足路用性能要求3. 3. 1 設(shè)計過程中要注意的問題1) 應(yīng)具有抵抗施工過程中和自然困素引起老化的能力,具有較長的使用服務(wù)期;2) 應(yīng)盡可能性地利用舊瀝青、提高舊瀝青摻配率,從而有

11、效地降低工程成本,產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益;3) 應(yīng)考慮施工的方便性,易于生產(chǎn)、拌和以及攤鋪壓實.3. 3. 2 再生瀝青混合料設(shè)計步驟設(shè)計時應(yīng)根據(jù)交通量和道路等級、自然氣候條件、舊瀝青路面材料的現(xiàn)狀、施工方法等要素確定混合料類型. 再生瀝青混合料配合比設(shè)計步驟如圖1 所示.圖1 再生瀝青混合料配合比設(shè)計過程示意圖Fig. 1 Diagram of reclaimed asphalt mixture grade de2sign procedure1) 舊瀝青混合料的評價通常包括:瀝青含量;回收瀝青的物理性能指標(biāo)(粘度、針入度、延度、軟化點等) ;回收瀝青的化學(xué)組分;集料的級配.2) 再生瀝青的標(biāo)號選

12、擇再生瀝青標(biāo)號的選擇,應(yīng)根據(jù)氣候條件、再生混合料所處層位、施工方法、施工季節(jié)及各地經(jīng)驗等因素來確定,并滿足公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范(JTJ014 - 97) 瀝青標(biāo)號的要求. 在已知再生瀝青的粘度的情況下,可通過將回收的老化瀝青與再生劑試配的方法來確定再生劑量的摻量,即將不同摻量的再生劑與老化瀝青溶合,測得針入度、粘度,找到能滿足再生瀝青要求的摻量.再生瀝青的性能應(yīng)符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTJ032 - 94) 中附錄C 路用材料質(zhì)量要求. 在控制再生瀝青混合料中的瀝青性能時應(yīng)控制好再生劑加入到老化瀝青中的性能2 . 如再生瀝青混合料的瀝青性能預(yù)期達到標(biāo)號AH - 70的瀝青性能,在考慮再

13、生劑加入到老化瀝青中的性能指標(biāo)時應(yīng)以AH - 70 為標(biāo)準(zhǔn). 同時加入新瀝青的標(biāo)號也以AH - 70 為宜.3) 新集料的級配再生瀝青混合料集料級配組成與普通混合料不同,再生料的級配是由舊料和新料混合組成的,舊料級配是已知的,新料是未知的,可以用圖解法、試算法、計算機程序法等計算摻配比例以確定新集料的級配.4) 再生混合料的最佳瀝青用量再生瀝青混合料的最佳瀝青用量是保證混合料具有最好的路用性能的瀝青用量. 普通瀝青混合料最佳瀝青用量的確定主要有經(jīng)驗公式法和馬歇爾試驗法. 再生瀝青混合料的最佳瀝青用量確定也可采用經(jīng)驗公式法和馬歇爾試驗法.5) 目標(biāo)配合比驗證按我國普通瀝青混合料配合比設(shè)計規(guī)范要求

14、,在完成上述步驟后,還應(yīng)進行水穩(wěn)定性檢驗、高溫穩(wěn)定性檢驗. 對再生瀝青混合料來說,還應(yīng)增加低溫性能檢驗9 . 因為再生瀝青混合料的劈裂強度往往達不到要求,而劈裂強度在很大程度上反應(yīng)了混合料的抗彎拉性能和低溫性能.6) 生產(chǎn)配合比的調(diào)試通常熱拌瀝青混合料的設(shè)計包括三個階段:目標(biāo)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比驗證階段. 再生瀝青混合料的室內(nèi)試驗和實際施工狀況有很大的差異,路面品質(zhì)好壞很大程度上還是取決于實際施工中的控制,所以在完成目標(biāo)配合比設(shè)計后,還應(yīng)認(rèn)真進行生產(chǎn)配合比設(shè)計和驗證工作.3. 4 再生瀝青混合料施工工藝再生瀝青路面的施工按溫度可分為熱法施工和冷法施工. 按施工工藝可分

15、為表面再生法、廠拌再生法和路拌再生法.表面再生法,是用紅外線加熱裝置將原路面表面以下一定深度范圍內(nèi)的舊瀝青混合料加熱到一定溫度,使混合料達到可塑狀態(tài)后,用翻松機將混合料翻松,然后碾壓機將混合料碾壓成型. 這種方法施工簡便,特別適于老化不太嚴(yán)重,但平整度較差的路面. 在美國廣泛應(yīng)用于路面養(yǎng)護.路拌再生法,是將路面混合料在原路面上就地翻挖、破碎,再加入新瀝青和新骨料,用路拌機原地拌和,然后碾壓機將混合料碾壓成型. 這種方法主要應(yīng)用于冷法施工中,且新添加的結(jié)合料是乳化瀝青,這種方法對設(shè)施要求較低,生產(chǎn)成本不高,但同時再生路面的品質(zhì)不是最好的,目前該方法使用較少,主要是用于等級低的道路或鋪筑基層使用.

16、廠拌再生法,就是將舊瀝青路面經(jīng)過翻挖后運回拌和廠,再集中破碎,和再生劑、新瀝青材料、新集料等在拌和機中按一定比例重新拌和成新的混合料,鋪筑成再生瀝青路面. 其中新加瀝青、再生劑與舊混合料的均勻充分融合是關(guān)鍵問題,在設(shè)計施工工藝中應(yīng)充分考慮拌和機械設(shè)備.除此外,美國Cyclean 公司在洛杉磯采用微波加技術(shù),完全使用回收的舊瀝青路面生產(chǎn)熱拌混合料. 這種熱拌混合料與新的瀝青熱拌混合料相比,質(zhì)量相同,但費用卻只有新混合料的2P3. 這種方法是使用微波. 當(dāng)舊瀝青路面經(jīng)過破碎、篩分、預(yù)熱去水分后,然后將舊瀝青路面送入微波爐加熱,使瀝青加熱到149 ,瀝青結(jié)合料既不會燃燒也不會焦化,同時也可減少對環(huán)境

17、的污染. 加入再生劑使瀝青恢復(fù)原來狀態(tài). 在拌和機內(nèi)將再生劑、瀝青和集料重新拌和得到在化學(xué)和物理性質(zhì)上與新瀝青混合料接近的熱拌混合料. 實踐證明是可行的. 上世紀(jì)70 年代在美國還發(fā)展起來的舊瀝青路面的現(xiàn)場銑削再生工藝,即用撒料車將所需要的水泥均勻地撒布在待修的舊瀝青路面,接著銑削機對舊瀝青路面進行銑削,然后將它們加水搗碎、拌勻,平地機攤平瀝青與水泥的混合料,使路面成型,再用壓路機碾壓. 根據(jù)英國、奧地利、德國的經(jīng)驗,利用摻水泥的舊瀝青路面現(xiàn)場銑削再生利用來修復(fù)瀝青路面,其造價比傳統(tǒng)瀝青鋪筑方法低20 % - 30 %.4 展望隨著我國高等級瀝青路面維修量不斷增加,對舊瀝青路面再生技術(shù)有必要加

18、強理論研究,探討適應(yīng)高等級公路舊瀝青路面再生技術(shù)與施工工藝,開發(fā)合適高等級公路用的再生劑和機械設(shè)備,從節(jié)約材料及資源、降低公路造價、保護環(huán)境,減少廢舊瀝青路面對環(huán)境的影響方面,舊瀝青路面再生技術(shù)與工藝研究很有必要.參考文獻:1 李建才. 瀝青回收與再生J . 東北公路,2001 ,24 (3) :2223.2 黃曉明,趙永利,江臣. 瀝青路面再生利用試驗分析J . 巖土工程學(xué)報,2001 ,23(4) :468471.3 江臣,黃曉明. 高等級公路瀝青路面再生劑的研制J . 江蘇交通科技,2001 , (5) :8 - 10.4 嚴(yán)家亻及. 道路建筑材料M . (第三版) . 北京:人民交通出版社,1999.5 解林. 舊路再生十五年的實踐與認(rèn)識J . 甘肅科技,1998 , (4) :3335.6 劉嘉棚,張賢康. 瀝青路面舊料再生利用技術(shù)研究J . 云南公路科技,1995 , (3 ,4) :6669.7 張學(xué)剛,呂偉民. 冷法再生瀝青路面的試驗研究J .石油瀝青,1993 , (1) :811.8 呂偉民,葛榮鑾,倪云清,等. 冷法再生瀝青路面結(jié)構(gòu)與工藝的研究J . 華東公路,1998 , (5) :7174.9