旧沥青路面再生研究的现状与工艺

1、旧沥青路面再生研究的现状与工艺杨建明,杨仕教,熊韶峰,何建(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳421001)摘要:旧沥青路面再生利用是一项新的沥青路面修筑技术,它具有节约材料、降低沥青路面造价及保护资源,可以减少废旧沥青路面对环境的污染与破坏作用. 目前世界各国都非常重视,我国也是如此,随着我国首条高速公路(沈大高速公路,1988 年建成) 即将进入维修时期,废旧沥青路面再生利用日益迫切. 文章分析了国内外旧沥青路面再生研究的现状与工艺,分析了旧沥青路面再生混合料的设计及施工工艺,提出我国实行旧沥青路面再生工作的迫切性和意义.关键词:旧沥青路面;沥青混合料;再生剂;再生沥青中图分类号:U

2、416. 217 文献标识码: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前言旧沥青路面再生利用,是上世纪70 年代发展起来的路面修复与修筑新技术,它具有节约材料,降低路面造价及保护资源,减少废旧沥青路面对环境污染,具有明显经济效益和社会效益. 近年来世界各国相继开展了广泛的沥青路面再生试验研究,如美国80 %废旧沥青路面得到重复利用,而日本70 %路面采用旧沥青路面再生技术修筑. 我国也从上世纪70 年代以来开始先后对旧沥青路面再生利用技术的可行性、经济合理性和实际应用方面进行了大量的试验研究,山西、湖南、湖北、甘肃省相继

6、开始旧沥青路面再生试验路的铺筑,上世纪90 年代以来由于大规模公路建设,旧沥青路面再生工作处于停滞状态. 2000 年又在沈大高速公路营口段开展旧沥青路面再生试验1 ,东南大学等针对我国沥青路面状况试制A 型再生剂23 ,在沥青再生剂、再生沥青路面修筑方面取得大量成果. 随着我国高等级公路相继进入维修期,旧沥青路面再生试验研究非常迫切.1 旧沥青路面再生机理分析旧沥青路面的再生利用,是将旧沥青路面经过加热、翻挖、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺. 旧沥青路面在车轮荷载作用下,承受着压应力、剪应力、拉应力等动

7、静荷载,并且沥青路面长期暴露于自然,因此受到各种自然因素如氧、阳光、温度、水、风等自然力的作用,致使混合料中的沥青、骨料的性能发生物理、化学变化,并最终表现为沥青混合料内沥青粘度增大、老化和集料的细化作用.沥青在路面中受到自然因素作用后,就会导致沥青组分“移行”,即沥青质相应增加,从而导致沥青老化、粘度增加,而随着粘度的增长,沥青的针入度、延度及软化点也会发生有规律的变化,同时导致沥青性能下降. 旧沥青再生的机理研究目前有两种理论4 ,一种理论是“相容性理论”,该理论从化学热力学出发,认为沥青产生老化的原因是沥青胶质物系中各组分相容性降低,导致组分间溶度参数差增大. 如能掺入一定的再生剂使其再

8、生技术有必要进行深入、系统研究. 如2000 年沈大高速公路营口段再生试验1 ,黄晓明等23 针对克拉玛依AH - 70 沥青研制出A 型再生剂(轻油与增粘树脂的混溶物) 等,表明我国公路科研、生产单位也开始重视高等级公路旧沥青路面再生技术的研究.随着我国沥青路面高等级公路的发展,特别是许多高等级路面已经或即将进入维修改建期,大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃,一方面造成环境污染,另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏国家来说是一种资源的浪费,而且大量的使用新石料,开采石矿会导致森林植被减少,水土流失等严重的生态环境破坏,因此,对沥青路面旧料再生技术有必要进行深入、系统的研究.3 旧沥青路面再生技

9、术研究与工艺3. 1 沥青再生剂研究国内外大量资料显示,降低沥青粘度有效的方法是向其中加入低粘度的油分. 我国80 年代初期所使用的再生剂就是石油工业生产出来的轻质油如润滑油、柴油、机油、减压油等或者它们的混合物,当时主要是针对我国渣油路面或中轻交通量公路而言,再者加入的轻质油在自然环境容易产生共聚、缩分,从而导致沥青路面的老化. 针对这种情况,东南大学黄晓明等23 针对克拉玛依AH- 70 沥青研制出A 型再生剂(轻油与增粘树脂的混溶物) ,使旧沥青的粘度降低,针入度、延度提高. 改善了老化沥青的路用性能. 国外的再生剂的主要采用石油工业生产低粘度油分和树脂.3. 2 阳离子乳化沥青应用研究

10、阳离子乳化沥青在旧沥青路面再生过程中主要作为再生剂使用,在我国应用广泛,主要适用中轻交通沥青路面再生改造,如云南省、甘肃省、湖北省、江苏淮阜路都是采用乳化沥青冷法再生沥青路面工艺58 ,都获得成功.3. 3 再生沥青混合料设计再生沥青混合料主要由旧沥青混合料、再生剂、新集料、新沥青按比例混合而成,因此其配合比设计与普通的新拌沥青混合料有所不同. 但其基本设计原理和思路与普通沥青混合料设计基本一致. 设计过程中首先要满足路用性能要求3. 3. 1 设计过程中要注意的问题1) 应具有抵抗施工过程中和自然困素引起老化的能力,具有较长的使用服务期;2) 应尽可能性地利用旧沥青、提高旧沥青掺配率,从而有

11、效地降低工程成本,产生显著的经济效益;3) 应考虑施工的方便性,易于生产、拌和以及摊铺压实.3. 3. 2 再生沥青混合料设计步骤设计时应根据交通量和道路等级、自然气候条件、旧沥青路面材料的现状、施工方法等要素确定混合料类型. 再生沥青混合料配合比设计步骤如图1 所示.图1 再生沥青混合料配合比设计过程示意图Fig. 1 Diagram of reclaimed asphalt mixture grade de2sign procedure1) 旧沥青混合料的评价通常包括:沥青含量;回收沥青的物理性能指标(粘度、针入度、延度、软化点等) ;回收沥青的化学组分;集料的级配.2) 再生沥青的标号选

12、择再生沥青标号的选择,应根据气候条件、再生混合料所处层位、施工方法、施工季节及各地经验等因素来确定,并满足公路沥青路面设计规范(JTJ014 - 97) 沥青标号的要求. 在已知再生沥青的粘度的情况下,可通过将回收的老化沥青与再生剂试配的方法来确定再生剂量的掺量,即将不同掺量的再生剂与老化沥青溶合,测得针入度、粘度,找到能满足再生沥青要求的掺量.再生沥青的性能应符合公路沥青路面施工技术规范(JTJ032 - 94) 中附录C 路用材料质量要求. 在控制再生沥青混合料中的沥青性能时应控制好再生剂加入到老化沥青中的性能2 . 如再生沥青混合料的沥青性能预期达到标号AH - 70的沥青性能,在考虑再

13、生剂加入到老化沥青中的性能指标时应以AH - 70 为标准. 同时加入新沥青的标号也以AH - 70 为宜.3) 新集料的级配再生沥青混合料集料级配组成与普通混合料不同,再生料的级配是由旧料和新料混合组成的,旧料级配是已知的,新料是未知的,可以用图解法、试算法、计算机程序法等计算掺配比例以确定新集料的级配.4) 再生混合料的最佳沥青用量再生沥青混合料的最佳沥青用量是保证混合料具有最好的路用性能的沥青用量. 普通沥青混合料最佳沥青用量的确定主要有经验公式法和马歇尔试验法. 再生沥青混合料的最佳沥青用量确定也可采用经验公式法和马歇尔试验法.5) 目标配合比验证按我国普通沥青混合料配合比设计规范要求

14、,在完成上述步骤后,还应进行水稳定性检验、高温稳定性检验. 对再生沥青混合料来说,还应增加低温性能检验9 . 因为再生沥青混合料的劈裂强度往往达不到要求,而劈裂强度在很大程度上反应了混合料的抗弯拉性能和低温性能.6) 生产配合比的调试通常热拌沥青混合料的设计包括三个阶段:目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、生产配合比验证阶段. 再生沥青混合料的室内试验和实际施工状况有很大的差异,路面品质好坏很大程度上还是取决于实际施工中的控制,所以在完成目标配合比设计后,还应认真进行生产配合比设计和验证工作.3. 4 再生沥青混合料施工工艺再生沥青路面的施工按温度可分为热法施工和冷法施工. 按施工工艺可分

15、为表面再生法、厂拌再生法和路拌再生法.表面再生法,是用红外线加热装置将原路面表面以下一定深度范围内的旧沥青混合料加热到一定温度,使混合料达到可塑状态后,用翻松机将混合料翻松,然后碾压机将混合料碾压成型. 这种方法施工简便,特别适于老化不太严重,但平整度较差的路面. 在美国广泛应用于路面养护.路拌再生法,是将路面混合料在原路面上就地翻挖、破碎,再加入新沥青和新骨料,用路拌机原地拌和,然后碾压机将混合料碾压成型. 这种方法主要应用于冷法施工中,且新添加的结合料是乳化沥青,这种方法对设施要求较低,生产成本不高,但同时再生路面的品质不是最好的,目前该方法使用较少,主要是用于等级低的道路或铺筑基层使用.

16、厂拌再生法,就是将旧沥青路面经过翻挖后运回拌和厂,再集中破碎,和再生剂、新沥青材料、新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的混合料,铺筑成再生沥青路面. 其中新加沥青、再生剂与旧混合料的均匀充分融合是关键问题,在设计施工工艺中应充分考虑拌和机械设备.除此外,美国Cyclean 公司在洛杉矶采用微波加技术,完全使用回收的旧沥青路面生产热拌混合料. 这种热拌混合料与新的沥青热拌混合料相比,质量相同,但费用却只有新混合料的2P3. 这种方法是使用微波. 当旧沥青路面经过破碎、筛分、预热去水分后,然后将旧沥青路面送入微波炉加热,使沥青加热到149 ,沥青结合料既不会燃烧也不会焦化,同时也可减少对环境

17、的污染. 加入再生剂使沥青恢复原来状态. 在拌和机内将再生剂、沥青和集料重新拌和得到在化学和物理性质上与新沥青混合料接近的热拌混合料. 实践证明是可行的. 上世纪70 年代在美国还发展起来的旧沥青路面的现场铣削再生工艺,即用撒料车将所需要的水泥均匀地撒布在待修的旧沥青路面,接着铣削机对旧沥青路面进行铣削,然后将它们加水捣碎、拌匀,平地机摊平沥青与水泥的混合料,使路面成型,再用压路机碾压. 根据英国、奥地利、德国的经验,利用掺水泥的旧沥青路面现场铣削再生利用来修复沥青路面,其造价比传统沥青铺筑方法低20 % - 30 %.4 展望随着我国高等级沥青路面维修量不断增加,对旧沥青路面再生技术有必要加

18、强理论研究,探讨适应高等级公路旧沥青路面再生技术与施工工艺,开发合适高等级公路用的再生剂和机械设备,从节约材料及资源、降低公路造价、保护环境,减少废旧沥青路面对环境的影响方面,旧沥青路面再生技术与工艺研究很有必要.参考文献:1 李建才. 沥青回收与再生J . 东北公路,2001 ,24 (3) :2223.2 黄晓明,赵永利,江臣. 沥青路面再生利用试验分析J . 岩土工程学报,2001 ,23(4) :468471.3 江臣,黄晓明. 高等级公路沥青路面再生剂的研制J . 江苏交通科技,2001 , (5) :8 - 10.4 严家亻及. 道路建筑材料M . (第三版) . 北京:人民交通出版社,1999.5 解林. 旧路再生十五年的实践与认识J . 甘肃科技,1998 , (4) :3335.6 刘嘉棚,张贤康. 沥青路面旧料再生利用技术研究J . 云南公路科技,1995 , (3 ,4) :6669.7 张学刚,吕伟民. 冷法再生沥青路面的试验研究J .石油沥青,1993 , (1) :811.8 吕伟民,葛荣銮,倪云清,等. 冷法再生沥青路面结构与工艺的研究J . 华东公路,1998 , (5) :7174.9