资源节约_环境友好型沥青路面材料与技术综述_董磊 (4).pdf

2010 No 1 J an Vol 28 节约资源 保护环境是我国的基本国策 交通运 输是建设资源节约型 环境友好型社会的重要领域 节约资源 保护环境是发展现代交通运输业的重要内 容 推进现代交通运输业的发展 关键是转变发展方 式 走资源节约 环境友好的发展道路 2009年2月 交通运输部组织制定了 资源节约型 环境友好型公 路水路交通发展政策 明确到2020年资源节约型 环境友好型公路水路交通发展的指导思想 基本方针 及主要政策 因此 进行 资源节约 环境友好型路面 材料与技术 的研究 对树立绿色交通消费理念 开展 资源节约型和环境友好型道路交通建设 大力推动节 能减排工作 降低道路建设和养护费用 具有特别重 要的社会意义和巨大的经济效益 本文对国内外资源节约 环境友好型路面材料和 技术进行总结和归纳 以便推广成熟技术 对尚未成 熟的重要技术提出了进一步研究的方向 1筑路材料资源的长期有效利用技术 1 1固体废弃物筑路技术 房屋 道路和其他建筑物拆除或施工过程中产生 的废弃混凝土 砖块 瓷砖碎片等废弃物的共同特点 是数量大 无毒性及安定性高 分类处理后非常适合 回收再利用 国外对于建筑拆除废弃物的回收利用已 推广多年 美国主要将废旧混凝土用于道路工程上 1997年度调查结果指出 废弃混凝土再生粒料应用方 向以道路基层和底基层为主 约占85 用于沥青混 凝土的占9 英国政府通过 废弃物再利用白皮书 与政府政策等多项措施解决废弃物问题 目前正积极 将建筑拆除废弃物中取得的混凝土 砖石和玻璃废弃 物混合制成新的混凝土制品 荷兰 丹麦和比利时三 国政府则成立回收处理体系 并在建筑法规中强制订 立回收建材的利用比率 使得回收率达80 以上 其中 超过90 的废弃混凝土块用于道路基层的填充材料 和填海造地上 加拿大废弃混凝土块最常见的回收利 用做法是将其破碎后用于路基填料或沥青混凝土 日 本于1991年制定 再生资源利用促进法 并在1994年 发展 建筑废弃物副产物对策行动计划 2000年达到 了 最终处理量减半 的目标 废弃混凝土与砖石多用 于填海造地工程 我国台湾省营建研究院于1989年 12月在台湾林云县试铺了采用废弃混凝土再生粒料 的沥青混凝土面层 1 试铺所用的沥青混凝土混合料 中 沥青采用改性沥青 细集料采用天然粒料 粗集料 采用天然碎石及废弃混凝土 其中废弃混凝土主要成 分为 废弃混凝土81 03 废弃红砖14 05 废弃瓷 砖4 71 其他杂质如木屑或玻璃碎片约占0 21 废 弃混凝土占粗集料的50 100 试铺施工过程顺 利 试验路路面品质至今良好 综上所述 国外的研究已经证明了将建筑工程 道路工程拆除或施工过程中产生的废弃混凝土 砖 块 瓷砖碎片等废弃物进行回收处理后再利用于道路 工程的可行性 而国内这方面的相关研究较少 因此 资源节约 环境友好型沥青路面材料与技术综述 董磊 1 葛折圣2 1 安徽省高速公路总公司 安徽 合肥230051 2 华南理工大学 广东 广州510640 摘要 对国内外筑路材料的长期有效利用技术 道路建设和养护过程中的节能 减排技术和生态路面技术等资源节约 环境友好型路面材料和技术进行了总结和归纳 对尚未成熟的重要技术提出了进一步研究的方向 关键词 道路工程 沥青路面 资源节约 环境友好 材料 技术 中图分类号 TU 528 42文献标志码 B文章编号 1009 7767 2010 01 0140 05 Review on Material and Technology of Asphalt Pavement in Resources Conservation and Environment Relations Type Dong Lei Ge Shesheng 工程材料与设备 Engineering Material Equipment 140 2010 年第1期 1月 第28 卷 非常有必要对建筑固体废弃物的物理力学性能进行 系统的研究 并将其作为路基填料 基层和面层材料 分别评价各结构层材料的路用性能 1 2沥青路面再生技术 沥青路面的再生技术 是将旧沥青路面经过翻挖 回收 破碎 筛分后 与再生剂 新沥青材料 新集料等 按一定比例重新拌和混合料 使之能够满足一定的路 用性能并用其重新铺筑路面的一套工艺技术 国外对沥青路面再生利用的早期研究1915年始 于美国 但道路工程业界由于随后年代中大规模的公 路建设高潮而忽视了对该技术的深入研究 1973年 石油危机爆发后 这项技术在美国又引起了重视 并 在全国范围内进行广泛的研究 至20世纪80年代末 美国再生沥青混合料的用量几乎达到了全部路用沥 青混合料的一半 并且在再生剂开发 再生混合料的 设计 施工设备等方面的研究也日趋深入 沥青路面 的再生利用在美国已是常规实践 目前其重复利用率 已高达80 西欧国家也十分重视这项技术 联邦德 国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家 1978年就将全部废弃沥青路面材料加以回收利用 芬 兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存 工作 法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道 路的路面修复工程中推广应用这项技术 20世纪90年代中后期 我国早期建成的大量沥 青路面陆续进入大修或改建阶段 沥青路面再生利用 技术引起业内的广泛重视 1996年 湖南省公路部门在 低等级旧路改造中使用废机油作为再生剂进行了沥 青路面再生利用的应用研究 2003年 广佛高速公路 路面大修中 沥青下面层设计采用了旧料掺量为20 的再生沥青混合料 2001年颁布的JTJ 073 2 2001 公 路沥青路面养护技术规范 中已提及再生沥青混合料 级配及技术标准等相关内容 2 目前 国内高校 科研 机构和企业已开始进行沥青再生技术的研究和开发 工作 由于我国气候特点 交通情况与欧美等国家和地 区不同 大部分地区对沥青混合料既有较高的抗车辙 性能要求 又有较好的耐低温开裂 抗疲劳要求 因而 在再生沥青混合料设计中 这几方面兼顾的矛盾更突 出一些 其次 我国高等级公路沥青路面使用的沥青品 种多种多样 石料质量参差不齐 旧料性状区别较大 再有 我国沥青路面的损坏类别 损坏状况有自已的 独特性 与国外不尽相同 因此 进行沥青路面再生方 面的技术研究与开发应用 蕴含巨大的经济效益 是 顺应交通建设可持续发展的战略举措 沥青路面再生 技术的应用不仅能增加路面结构的耐久性 使路面养 护维修更加方便可行 而且更有利于保护生态环境 2道路建设和养护过程中的节能 减排技术 2 1温拌沥青混合料 温拌沥青混合料是一种拌和温度介于热拌沥青 混合料 150 180 和冷拌沥青混合料 常温 之 间 性能与热拌沥青混合料相当的一种新型沥青混合 料 在原材料相同的条件下 温拌拌合温度和压实温 度一般比热拌低10 60 温拌技术的核心是 采用 物理或化学手段 增加沥青混合料的施工操作性 在 完成混合料成型后 这些物理或化学添加剂不应对路 面使用性能构成负面影响 温拌技术1995年起源于欧洲 是在能源紧缺 全 球气候变暖的大背景下快速发展起来的路面材料新 技术 1997年通过的京都议定书 要求在2010年 温 室气体的排放量比1990年减少5 2 欧盟是重要的 缔约者 并承担了最大比例的消减 温拌沥青技术因 此在欧洲发端并迅速进入应用阶段 2002年 由美国 沥青路面协会 NAPA 主席带队的美国路面技术专家 组 对温拌技术在欧洲的应用进行了考察 随后 在 联邦公路管理局 FHWA 组织下 成立了有全美沥青 技术中心 NCAT 各州公路工作者协会 AASHTO NAPA以及若干州运输部参加的温拌沥青技术工作 小组 开始了温拌技术的研发和应用推广 目前 美国 有NCAT等机构专门从事温拌技术的研究和应用工 作 美国的温拌技术研究和应用近年来发展十分迅速 目前至少有11家公司研发和使用不同的温拌技术生 产温拌沥青混合料 并得到了较广泛的应用 截止到 2009年 全美已有40余州开始使用温拌技术 其中加 尼福尼亚州和德克萨斯州在温拌技术研发和应用方 面处于领先地位 3 中国的温拌沥青混合料技术研究起步于2005年 研究和应用的重点放在表面活性平台法温拌技术上 该技术由美国美德维实伟克公司 MWV 研发和提出 由交通部公路技术研究院 同济大学 北京市政路桥 建材集团 美国美德维实伟克 MWV 公司等多方合 作 经过近几年以来的研发和推广 温拌技术已经在 全国的公路和市政工程行业内得到了高度认可和广 泛应用 已在北京 上海 江苏 河南 辽宁 河北 四川 浙江等8个省区实施了逾30个项目 包括橡胶沥青 工程材料与设备 Engineering Material Equipment 141 2010 No 1 J an Vol 28 改性沥青等多种粘结料以及多种路面结构 应用于城 市道路 高速公路和高海拔地区道路施工 隧道路面 等各种不同的路面施工项目 以北京为例 自2005年 开始 交通部公路科学研究院与北京市政路桥建材集 团通过应用性研究合作 至今已在全市范围内16个工 程中成功应用了温拌沥青混合料技术 其中北京110 国道温拌实验项目是全国第1条温拌沥青混合料实 验路 项目施工完成于2005年9月 已经经受了4年 多的行车及高温 寒冷季节的考验 至今道路性能良 好 奥运工程配套道路项目也采用此项绿色环保技术 得到了各相关部门的认可和好评 3 2009年为迎接 国 庆60周年大庆 而进行的长安街大修改造工程也使用 了温拌沥青混合料 温拌沥青技术的推广应用符合我国可持续发展 战略和建设节约型社会 和谐社会的国家目标 温拌 技术在降耗 减排 操作性 路面再生方面的发展 对 于交通基础设施可持续发展和和谐发展 具有战略意 义 成熟 先进 合理成本 易操作的温拌沥青技术 必 然在不久的将来得到规模化的应用 2 2沥青冷补材料 在道路养护工程中 相对于传统的热态高温修补 概念而言 采用常温或低温冷态的修补 即为冷补 其 冷态修补用的材料即为冷补材料 Cold Patch 沥青冷 补材料是指没有加热的矿料与稀释的沥青经过拌和 而形成的一种混和料 根据拌和形式 可以分为2种 工厂拌和和现场拌和 沥青冷补材料适用的环境温度范围宽 可在 30 50 之间使用 其防水性能极佳 在雨雪天气的积水 坑槽都可施工 使用沥青冷补材料 修补时无需黏层 油 备料可随用随取 不需要重型施工机械 可根据路 面的不同修补情况采用压路机压实 冲击压实或人工 压实 沥青冷补材料具有极强的抗老化和粘结性能 修 补后的坑槽不易产生脱落 龟裂等不良现象 不需重 复修补 用沥青冷补材料修补的区域无需封闭交通 修补施工后可立即通车 可大大缓解因道路修补施工 而造成的交通压力 沥青冷补材料与沥青混凝土 水 泥混凝土 金属表面 木面等不同基质的材料均有良 好的粘结力 可广泛用于各种路面的修补与养护 使 用沥青冷补材料施工 可不受天气和坑槽大小及数量 的限制对路面进行及时修补 以避免坑槽扩大 节省 修补材料 用沥青冷补材料修补时无需加热或搅拌 可根据实际用量随时取用 剩余材料可在下次修补中 继续使用 不会造成材料浪费 使用沥青冷补材料能 及时修补路面 保持路面常新 保证道路畅通 减少路 面重修次数 延长道路使用寿命 4 1998年以前 我国城市道路工程并没有真正意义 上的冷补材料 只有用于常温修补的水基乳化沥青材 料 2000年以后 国外的冷补技术引入我国的城市道 路维修行业 冷补材料作为一种科技含量较高的产品 在道路养护工程中得到推广应用 沥青冷补材料生产 和使用不会产生粉尘和黑烟 且成品不溶于水 因而 不会污染大气和地下水 有利于环境保护 3生态及环保型路面技术 3 1城市透水铺装技术 日本由于地处岛国 地下水是主要的淡水来源 加之工业发达 人口稠密 地下水过量开采 又没有足 够的地下水补给 导致建筑物下沉 因此 日本人在采 取措施减少地下水开采量 在下沉严重的区域人工注 水的同时 更加关注的是如何恢复地下水的补给系统 20世纪90年代初 日本开始尝试研究在非重交通功能 的区域采用透水式铺装结构 以保证地面降水能够渗 入地下 由于常规路面铺装结构所用材料多为憎水性 材料 路面铺装结构遇水后强度和承载能力会大幅度 降低 乃至迅速崩溃 因此 这种铺装结构需要1套全 新的技术 并具有相当高的技术含量 目前 该项技术 的细节还未见公开报道 5 在欧美 由于地大物博 水量充足 人们关注的是 洪水成灾 排水以及污水带来的污染问题 由于城市 地面铺装面积的迅速增大 地面水由原来的渗入地下 改为汇流集中排放 使城市排水系统的负担不断加重 城市排水系统的建设费用不断提高 即使这样 一旦 遇到暴雨 地面水不能快速排出 就将形成局部洪水 灾害 造成生命和财产的损失 另外 地面污水的集中 排放 还造成江河水系污染 因此 欧美许多国家 如 美国 英国等 都将蓄水式路面铺装结构作为控制暴 雨洪水和水污染的一项重要技术手段加以推广应用 譬如美国国家环保署 EPA 1999年发布的 暴雨洪水 控制技术指南 对蓄水式路面结构的相关技术细节都 做出了明确规定 英国在采用蓄水或透水铺装结构 控制水污染方面开展了大量的研究工作 2000年由 考文垂大学承担的 多孔路面结构对油污和微生物的 过滤作用 等方面的研究指出 多孔路面结构对油污 的过滤作用可达99 6 而常规路面结构仅为49 6 也就是说污水在流动的过程中 一半的油污可以被常 工程材料与设备 Engineering Material Equipment 142 2010 年第1期 1月 第28 卷 规路面结构过滤掉 另一半会流入江河水系造成污染 如果采用多孔路面结构 流入江河水系造成污染的油 污比例可以接近于零 6 柏林Potsdamer广场Daimlerchrysler区域城市水 体工程也是雨水生态系统成功范例 该区域年产雨水 径流量2 3万m3 采取的主要措施 建有绿色屋顶4ha 雨水贮存池3 500 m3 主要用于冲厕和浇灌绿地 包括 屋顶花园 建有人工湖12 ha 人工湿地1 900 m2 雨 水先收集进入贮存池 在贮存池中 较大颗粒的污染 物经沉淀去除 然后用泵将水送至人工湿地和人工水 体 通过水体基层 水生植物和微生物等进一步净化 雨水 7 由于我国的城市化进程比发达国家慢 故相关研 究开展得还不多 由于路基路面工程 材料工程和生 态学等学科的相互交叉 造成道路生态工程边缘科学 的研究还十分薄弱 鉴于此 应尽快在现有理论研究 的成果基础上 开展应用技术研究 使其早日服务于 社会 并使我国能在该研究领域中抢占一席之地 3 2排水 降噪沥青路面材料 道路安全和噪声污染一直是欧美日等发达国家 和地区关注的问题 而这些问题除了与汽车的机械性 能 轮胎表面结构性能以及交通管制有关外 路面表 面的性状和其随着使用时间的变化 也是导致这些问 题产生的原因之一 密级配沥青混凝土路面 Dense Grade Asphalt Pavement 简称DGAP 的表面较光滑 路面噪声大 易打滑 尤其是在雨天易产生水雾和水 漂 或在雨后的夜晚车灯照射下产生眩光 将导致安 全问题和噪声污染 因此 欧美日等发达国家和地区早 在20世纪90年代 就先后开始研究排水性沥青混凝 土路面 Drainage Asphalt Pavement 简称DAP 技术的 应用 8 DAP技术是在早期开发的透水性路面技术的基 础上发展起来的 它是由含80 以上9 5 13 2 mm 粗集料的碎石 与高黏度结合料拌制的混合料铺筑而 成的多孔隙沥青混凝土路面 与透水性沥青混凝土路 面的最大区别在于 DAP是铺筑在不透水的沥青混凝 土支撑基面上 铺筑厚度一般为4 6 cm 空隙率一般 控制在15 25 之间 进入排水沥青混凝土面层结 构内部的水 全部从不透水层顶面排到路面边沟 或通 过设置在透水层边沿内部的纵向排水管道排出路面 外 日本学者的相关研究结果表明 DAP结构的厚度太 薄 降噪和排水效果差 太厚 造价较高 而且降噪和 排水效果并没有相应提高 所以 其排水层的厚度一般 宜为4 6 cm 沥青混合料的空隙率 则使用传统的马 歇尔试验方法结合单位时间的透水量 1 000 mL 15 s 为标准确定 排水性沥青混凝土路面结构内空隙是连 通的 而且有深的表面纹理结构 不仅降噪性能优良 而且初期具有优良的排水性能 减薄了路面的水膜厚 度 减少了水雾 水漂以及雨后眩光的产生 大大提高 了行车安全性 所以在国外的城市道路和高速公路上 都得到了推广应用 根据日本和欧美的经验 虽然DAP具有降噪 抗 滑 减少雨天水雾和雨后车灯在路面产生眩光等优良 性能 但是这种路面还存在着以下缺点 尽管使用高 黏度改性结合料 但泛油 骨料飞散病害仍然严重 应 进一步研究对策 排水功能保持时间不长 一般具有 良好排水功能的时间只有1年 2年后的排水性能降 低了60 以上 使用4年后已基本不透水了 要恢复 其排水功能需要采用专用设备 由于空隙率较大 容 易受到空气中的有害物质的侵害 太阳光中紫外线的 氧化老化以及水损害 使用寿命短 需使用高黏度改 性沥青作结合料 工程造价较高 4结语 本文对国内外筑路材料的长期有效利用技术 道 路建设和养护过程中的节能减排技术 生态路面技术 等资源节约 环境友好型路面材料和技术进行了总结 和归纳 主要结论如下 1 国外的研究已经证明了将建筑工程 道路工程 拆除或施工过程中产生的固体废弃物进行回收处理 后再利用于道路工程的可行性 而国内的相关研究较 少 因此 非常有必要对建筑固体废弃物的物理力学 性能进行系统的研究 并将其作为路基填料 基层和 面层材料 分别评价各结构层材料的路用性能 2 国外的研究表明 进行沥青路面再生方面的技 术研究与开发应用 蕴含巨大的经济效益 顺应交通 建设可持续发展的战略举措 该项技术的应用不仅能 增加路面结构的耐久性 使路面养护维修更加方便可 行 而且更有利于保护生态环境 3 温拌沥青技术的推广应用 符合我国可持续发 展战略和建设节约型社会 和谐社会的国家目标 温 拌技术在降耗 减排 操作性 路面再生方面的发展 对于交通基础设施可持续发展和和谐发展 具有战略 意义 成熟 先进 合理成本 易操作的温拌沥青技术 下转第 148 页 工程材料与设备 Engineering Material Equipment 143 2010 No 1 J an Vol 28 收稿日期 2009 08 06 作者简介 董磊 1975 男 安徽阜阳人 工程师 学士 主要从事高速 公路建设管理工作 上接第 143 页 必然在不久的将来得到规模化的应用 4 沥青冷补材料生产和使用不会产生粉尘和黑烟 且成品不溶于水 因而不会污染大气和地下水 有利 于环境保护 5 城市透水铺装技术在国外已有初步研究成果 国内研究较少 应尽快在现有理论研究的成果基础上 开展应用技术研究 使其早日服务于社会 并使我国 能在该研究领域抢占一席之地 6 排水性路面具有降噪 抗滑 减少雨天水雾和雨 后车灯在路面产生眩光等优良性能 但是还存在泛油 骨料飞散病害 排水功能衰减较快 使用寿命短 工程 造价较高等诸多技术问题有待研究解决 因此 我国在 研究推广应用这种路面时应充分考虑这些问题 参考文献 1 苏南 王博麟 废混凝土回收粗粒料品质与再生混凝土工程性 质之探讨 J 台湾土木水利工程学刊 2000 3 22 435 444 2 黄颂昌 彭明文 徐剑 国内外沥青路面再生技术应用 J 公 路交通科技 应用技术版 2006 11 5 8 3 柳浩 张书芳 张长缨 等 美国温拌沥青混合料技术考察综 述 J 市政技术 2009 27 4 332 333 335 4 陈鸿 沥青路面冷补材料的应用 J 科技咨询导报 2007 03 59 60 5 Erin A Dreelin Laurie Fowler C Ronald Carroll A test of porous pavement effectiveness on clay soils during natural storm events J Water Research 2006 40 4 799 805 6 Punam Parikh Michael A Taylor et al Application of market mechanisms and incentives to reduce stormwater runoff J En vironmental Science Policy 2005 8 133 144 7 Benjamin