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沥青与沥青混合料论文 沥青路面再生技术浅析【摘 要】随着科学技术的飞速发展，公路建设也进入了飞速发展的阶段，大量的沥青路面改建或翻新，导致大量的翻挖，铣刨的沥青混合料废弃，一方面会对环境造成很大程度地污染，另一方面，对资源的极大浪费。违背了我国可持续发展的战略思想。因此，沥青面再生技术是当代公路建设中，值得进一步发展的重大学科之一。本文介绍了沥青路面再生技术的种类特点及其技术经济优势,同时对水泥作为稳定剂的现场冷再生技术给予了肯定，也说明了现场冷再生技术的缺点。在今后的研究中，应该加强这方面的技术改进，使得现场冷再生技术的特点更好地发挥作用。【关键词】沥青路面再生 现场热再生 厂拌热再生 现场冷再生 厂拌冷再生 全厚式再生 影响因素 经济优势沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分等方法处理后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。沥青路面材料的循环利用有下列优点：（1）降低施工成本；（2）节约集料和胶结料；（3）保持原路面的几何特性；（4）保护环境；（5）节约能源；（6）减少用户的延误。沥青路面的再生利用能够节约大量的沥青和砂石材料、节省工程投资，同时有利于处治废料，节省能源，保护环境，因而具有显著的经济效益和社会、环境效益。一 国内外研究概况国外对沥青路面再生利用研究，最早始于美国，到 20 世纪 80年代底美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半，并且在再生剂开发、再生混合料设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。欧洲国家也十分重视这项技术，德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的国家，该国 1978 年就已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。法国现在对沥青路面再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中开始逐步推广应用这项技术。沥青路面再生技术在我国的应用正处于起步阶段，近几年来取得了较大的进展和成绩，已有多条高速公路和市政道路在养护维修时采用了沥青路面再生技术，并取得了较好的使用效果。二 沥青路面的再生沥青路面再生技术一般可分为5 种类型：就地冷再生、就地热再生、厂拌冷再生、厂拌热再生和全厚式再生。1 现场热再生技术现场热再生技术也称为表层再生技术。该技术通过现场加热、翻耕、混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现旧沥青混凝土路面就地再生。具有无需运输废旧沥青混合料、工效高、对公路运营影响程度低等优点。现场再生机组主要包括加热系统、路面翻耙系统、再生搅拌系统、摊铺系统和压实系统等，现场热再生技术可处理路面最大深度为5cm6cm。近年来也有些厂商将摊铺和压实系统分离出来单独使用。在20 世纪90 年代前期,该技术曾被认为是道路工业的一次革命；但以后的实践证明，现场热再生技术也存在诸多局限性，不太适宜于高速公路路面再生。局限性主要表现在：处理厚度小，仅适合处理车辙、泛油、麻面和磨光等表面缺陷，对需要进行结构性再生(中、下层以至基层损坏的情况)的路面大修无能为力；由于不加入或加入很少新集料，无法有效调整配合比，对表面层集料级配不满足的路面不适用；由于不加入或加入很少新沥青，必须利用专门的再生剂恢复沥青的性能，难保障路面的耐久性；无法处理采用改性沥青铺筑的表面层；对路面层厚不均匀或质量状况变化大的路面难以保证质量要求。2 厂拌热再生技术厂拌热再生技术先将旧沥青混凝土路面铣刨后运回工厂，通过破碎、筛分（必要时），并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标掺入一定量的新集料、沥青和再生剂（必要时）进行拌和，使混合料达标，按照与新建沥青混凝土路面完全相同的方法重新铺筑。国外多年的实践证明，厂拌再生沥青混合料路面能够达到并保持所要求的各项路用性能指标，并且具有更好的抗车辙性能。这种再生方式属于结构性再生，能有效地用于各种条件下旧沥青混凝土路面的再生利用。3 现场冷再生技术现场冷再生技术主要有两种方式。一种是利用专用再生机械在现场铣刨、破碎、加入新料（包括乳化,泡沫沥青或其他再生剂、稳定剂，必要时还要加入集料）、拌和、摊铺和预压，再由压路机进一步压实。这种再生路面主要用于低等级公路路面和高等级公路路面基层。就地冷再生的优点：工序简单，由于原有旧路面的材料全部被就地利用，省略了挖掘、外运、厂内加工及回填等一系列工作，使得施工工序简化；可以不中断交通，施工设施对交通干扰反应不敏感，一般可以半幅通车，半幅施工；不损坏路基，传统的机械施工路基将承受频繁的高应力载荷，将导致“局部破坏”，经常需要采用回填处理；提高道路等级，由于该方法强化了基础的承载能力，从根本上保证了道路等级的提高，这一优点对于低等级道路的改造尤为重要；成本较低，与传统的施工方法相比，由于旧的道路材料得以全部利用，随着再生层厚度的不同，大致可以降低成本2046，厚度越深，降低成本越多；生产效率高，就地冷再生是在自然条件下进行的，只需对严重坑槽的路段进行预处理。每天可以再生路面 5 000m2以上；保护环境和资源，因为旧料得以全部就地利用，减少了新材料的开采，节约了资源，施工过程没有粉尘和废气的污染，保护了环境。4 厂拌冷再生技术厂拌冷再生混合料主要用作基层或底基层。先将旧沥青混凝土路面材料运回稳定土搅拌厂，经过破碎作为稳定土骨料，加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化沥青或泡沫沥青等一种或多种稳定剂和新料(必要时)进行搅拌，然后铺筑于基层或底基层。可以有效解决旧料废弃和环境污染等问题，在国外被普遍采用，实践证明具有很好的应用价值。厂拌冷再生特点：处理深度深，最大达到30cm；适应性好，适用于柔性基层和半刚性基层路面；节约资源、保护生态环境；施工中对环境污染小；开放交通早。5 全厚式再生技术全厚式再生技术是一种将沥青路面面层和预先确定的一定厚度的基层材料，甚至包括路基土材料铣刨、破碎、（添加外加剂）拌合稳定后使之重新用作基层的技术。具体工艺见图 1。全厚式再生与一般就地冷再生不同点为:厚度包括了基层，甚至底基层或以下的材料；施工的设备和稳定材料有所不同。全厚式再生设备的转盘和切头通常完全贯穿沥青路面面层并深人到基层材料或以下部分，深度可达30cm以上。破碎回收的旧料可由一种或多种外加剂稳定成为均匀的，材料性能改善的新基层材料。全厚式再生技术早期多用于低等级道路，主要包括一些石子路、土路、经过表面处置以及石屑封层的路面。这些道路通常较窄，并没有考虑未来交通量和荷载的增加。当采用全厚式再生处理时，拓宽工作也可以同时进行。后来，随着大功率道路再生机械设备的开发与不断改进，设计体系的完善以及复合型外加剂(稳定剂)的使用，越来越多的城市道路和高等级公路采用全厚式再生处理。现在，全厚式再生技术作为一种更为灵活的、更能延长路面使用寿命的技术，广泛应用于各种经常出现裂缝、坑槽的道路修补。如果施工时管理得当，还可以不影响正常的交通（图2）。另外值得提出的一点是，对于中低交通量的道路，由于基层材料结构性能的改善，直接进行双层石屑封层或者表层处理便可使用，从而节约大量材料和运输成本。经过全厚式再生的路面，路面损坏可以彻底消除，罩面厚度也可相应减薄，整体修复费用降低。三 沥青路面再生技术的技术经济优势1 环境保护在对环境要求日益严格的今天，大量的道路需要维修，沥青路面再生技术的优势如下:一方面让我们不需要从自然界开采大量的砂、碎石以及沥青等原材料，可以有效的保护林地，维护自然景观和生态环境;另一方面让我们可以不向自然界排放大量的废弃沥青混合料。据资料调查表明，沥青由于其化学惰性使其在自然环境下极难降解，会长期影响堆填区及其周边的生态环境，甚至会威胁到当地居民的身体健康。2 节约投资传统的沥青混凝土路面养护方法是将旧路面先铣刨，铺透层沥青，然后用全新的沥青混合料摊铺。沥青混凝土路面再生技术，可以利用原有的旧沥青混合料，使得路面维修成本显著的降低。京津塘高速公路在 2002 年应用沥青路面热再生技术进行中修，改造费用仅占传统维修方式的 70% 80%，根据再生厚度的不同，应用沥青冷再生技术可以节约造价20%30%。3 不中断交通沥青路面再生只是对一个车道进行维修，维修时只需要封闭被再生的车道，其余车道可以正常的开放交通，最大限度的减少了路面的维修给交通带来的干扰和影响，特别是对收费的高速公路、一级、二级公路其优越性更加显著。四 水泥对再生混合料的影响水泥的使用己经有很长的历史，水泥作为一种正式的稳定剂使用的最早记载是 1917 年在美国，这类稳定剂的主要作用是提高材料的强度，另外，在水化过程中所释放的 Ca(OH)2 与塑性土壤中的黏土颗粒发生反应使塑性降低，但是，用水泥稳定仅限于那些塑性指数小于 10的材料，塑性较高的材料比较适合用石灰进行稳定。水泥的细度在混合料的骨架上起到一定的填充作用，使骨架更加合理化，起到增强作用，并增加矿料与沥青黏结面积，就能提高混合料的黏结力，形成沥青胶结物质。同时还能提高混合料的物理吸附作用和化学吸附作用。更多的产生结构沥青，减少自由沥青，提高混合料相互作用的黏聚力，混合料的水稳定性也能够得到提高。五 影响再生混合料效果的因素影响再生混合料效果的因素有很多，主要有以下几方面。1 混合料中土的物理化学性质的影响。(1) 土的成分和种类。多项研究和实践证明，用水泥稳定级配良好的碎砾石和砂砾效果最好，不但强度高，而且水泥用量少，其次是砂性土，再次是粉性土和黏性土。此外，对于水泥稳定土的干缩和温缩性能而言，塑性细土的存在是不利的，其含量越多，混合料的体积收缩性就越大，越容易产生裂缝，在这种情况下掺加少量的石灰有助于改善水泥稳定土的效果。对于水泥稳定旧沥青路面材料，稳定的对象主要是铣刨下来的沥青面层和基层材料。经过铣刨破碎的旧路面材料包括粗集料、细集料(原路面结构层中的碎石和灰土)和老化的沥青块等，其中，某些集料被沥青层裹覆而黏结成团块，其成分也比较复杂。(2) 沥青混合料的组成结构类型。混合料按照颗粒尺寸分布情况的不同，可以分为 3 种物理状态。第一种状态:悬浮 密实结构，按粒子干涉理论，为避免次级集料对前级集料密排的干涉，前级集料之间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙供次级集料排布。按此组成的沥青混合料，经过多级密垛虽然可以获得很大的密实度，但是各级集料均被次级集料所隔开，不能直接靠拢而形成骨架，有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。这种结构的沥青混合料虽然具有较高的黏聚力 c，但摩阻角 较低，因此高温稳定性较差。第二种状态:骨架 空隙结构，这种结构的沥青混合料粗集料所占的比例较高，细集料则很少，甚至没有。按此组成的沥青混合料，粗集料可以相互靠拢形成骨架;但是由于细料数量过少，不足以填满粗集料之间的空隙，因此形成骨架 空隙结构。这种结构的沥青混合料具有较高的内摩阻角，但黏聚力 c 较低。第三种状态:密实 骨架结构。这种结构既有较多数量的粗集料可形成空间骨架，同时又有相当数量的细集料可填满密实骨架的空隙，因此形成骨架 密实结构。这种结构不仅具有较高的黏聚力 c，而且具有较高的内摩阻角 。然而对于铣刨下来的旧沥青路面材料，虽仍具有一定级配，但由于多年的使用与养护加铺，其级配往往变化较大。由于其原有结合料的作用，如沥青面层中的沥青、二灰碎石中的二灰，很多细料被黏结在一起。旧路面材料的筛分试验结果表明，这类材料往往细料含量偏少，与规范中对基层材料要求的级配范围相差较大。因此，在实际工作中需要综合考虑增加水泥用量和改善集料级配这两个因素，同时还有最佳沥青含量的确定。2 水泥种类和用量的影响。通过添加不同剂量的水泥作为稳定剂，测定混合料 7d 的抗压强度，得到以下图表。从试验结果可以看出，随着水泥添加剂剂量的增大，再生混合料的 7d 抗压强度增高。当水泥添加剂剂量达到 6% 时，再生混合料的 7d 抗压强度达到最大值。再增加水泥添加剂剂量，再生混合料的 7d 抗压强度值下降。3 混合料含水量的影响。含水量对掺加水泥的沥青混合料有很大的影响，当含水量不足时，水泥不能在混合料中完全水化和水解，发挥不了水泥对混合料的稳定作用，影响强度的形成;同时，含水量小，达不到最佳含水量也影响混合料的压实度。而含水量偏大会有水分流出，水泥的有效成分随水流走，导致抗压强度降低;含水量过大还会造成掺加水泥的沥青混合料的干缩问题。4 养生条件和龄期的影响。掺加水泥的沥青混合料的强度是在一系列复杂的物理、化学反应过程中逐步形成的，而这些反应过程需要一定的外界条件。试验证明，一定的温度和一定的湿度对掺加水泥的混合料的强度的形成是有利的;掺加水泥的混合料的强度随养生龄期的增长而增长，增长速率受很多的因素影响，如水泥用量、养生条件、干密度和含水量等。 结语: 利用沥青再生技术可以取得相当可观的经济效益和社会效益，是一项值得推广的新型技术，具有广阔的应用前景。同时采用水泥作为稳定剂再生旧沥青路面材料在理论上