美日兩國(guó)瀝青路面舊料再生經(jīng)驗(yàn)與最佳實(shí)踐

趙文珅

云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程機(jī)械學(xué)院，云南 昆明 650500

美日兩國(guó)瀝青路面舊料再生經(jīng)驗(yàn)與最佳實(shí)踐

趙文珅

云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程機(jī)械學(xué)院，云南 昆明 650500

1984年，日本一共生產(chǎn)了大約200萬(wàn)t含RAP的瀝青混合料；到了2000年，該數(shù)字已經(jīng)飆升至4 200萬(wàn)t。雖然從1990年代開(kāi)始，日本的瀝青混合料產(chǎn)量便因受到經(jīng)濟(jì)衰退的影響而下降，但是RAP摻量卻有增無(wú)減——從2000年的32.5%穩(wěn)步提高至2013年的47%。

導(dǎo)語(yǔ)：

截至2013年，在日本，平均有47%的回收瀝青路面材料（Reclaimed Asphalt Pavement，簡(jiǎn)稱RAP）重新回到了瀝青路面中。雖然從2007年起，美國(guó)的道路行業(yè)就開(kāi)始齊心協(xié)力提高RAP在瀝青路面中的循環(huán)利用率——這既是為了應(yīng)對(duì)新材料的成本日益增加帶來(lái)的壓力，也是對(duì)可持續(xù)、環(huán)境友好的做法的渴求使然，但是在美國(guó)，這個(gè)比例只有20%，和日本比起來(lái)實(shí)在是相形見(jiàn)絀。

法規(guī)與技術(shù)指南軟硬兼施

根據(jù)日本自動(dòng)車檢查登錄情報(bào)協(xié)會(huì)（AIRIA）公布的數(shù)據(jù)，2015年，一共有8 060萬(wàn)輛汽車行駛在日本1 273 295 km的道路上。在日本，道路施工承包商（包括瀝青混合料生產(chǎn)商）多為私有企業(yè)，高速公路項(xiàng)目則由公私合營(yíng)。日本的道路建設(shè)主要是10家施工承包商的天下，其中4家私人控股公司實(shí)力超群，掌控著全國(guó)60%的瀝青攪拌站。

日本大約有1 150套瀝青攪拌站，截至2013年，年產(chǎn)熱拌瀝青混合料合計(jì)5 000萬(wàn)t（圖1）。在這些成品料中，包含RAP的熱拌瀝青混合料竟有3 800萬(wàn)t之多。截至2015年，美國(guó)一共有3 000多套瀝青攪拌站，年產(chǎn)瀝青混合料大約31 751萬(wàn)t（本文已全部換算為公噸，即metric tonne，而非美國(guó)常用的短噸，即short ton）。兩國(guó)的最大區(qū)別是，日本多為間歇式攪拌站，產(chǎn)量和生產(chǎn)率均小于美國(guó)常見(jiàn)的滾筒式攪拌設(shè)備。日本生產(chǎn)的瀝青混合料中，大約有15%加入了聚合物改性瀝青結(jié)合料。此外，由于日本的路網(wǎng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，鋪筑作業(yè)多見(jiàn)于對(duì)現(xiàn)有道路的維護(hù)，故生產(chǎn)的大部分瀝青混合料被用作道路面層。循環(huán)利用回收的瀝青路面材料在日本已經(jīng)成為慣例，也是該國(guó)在研究排水瀝青路面、保水路面結(jié)構(gòu)和隔熱路面時(shí)的主要焦點(diǎn)。

在日本，施工承包商把安全擺在絕對(duì)的第一位。舉國(guó)致力于可持續(xù)發(fā)展，在它的國(guó)民眼里，“循環(huán)利用”是此中的應(yīng)有之義。正是在這種人人服膺并且愿意付出實(shí)際行動(dòng)的信念和行之有效的法規(guī)支持下，日本才得以建立在循環(huán)利用領(lǐng)域備受推崇的地位。在這些國(guó)家法律中，有兩條對(duì)于推動(dòng)RAP在新路面中的應(yīng)用具有不可磨滅的作用，它們分別是頒布于1970年的《廢棄物管理和公共清潔法》和2000年的《國(guó)家和其他實(shí)體有關(guān)促進(jìn)環(huán)保貨物和服務(wù)的法律》。在2000年實(shí)施的《建筑及材料回收法》中，更是明確地規(guī)定了對(duì)建筑和拆除廢料的處理。目前，日本舊路的瀝青混凝土刨除料有99%得以循環(huán)利用，與美國(guó)不分軒輊。

雖說(shuō)日本國(guó)土以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎牵捎谄鋶u嶼自西南徂東北綿延，跨越緯度約20°，故各地氣候迥異（全國(guó)主要分為六個(gè)氣候區(qū)）。受此影響，不同地區(qū)的RAP循環(huán)利用率也有明顯的差別。在日本關(guān)東地區(qū)，RAP循環(huán)利用率平均值達(dá)到51%（圖2），神奈川縣更是達(dá)到了令人咋舌的73%。經(jīng)過(guò)幾十年的研究、不知凡幾的試驗(yàn)和對(duì)數(shù)以百計(jì)的瀝青路面項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)性能評(píng)估，日本不但將全國(guó)的RAP循環(huán)利用率提升至讓人仰望的高度，而且發(fā)展出一系列久經(jīng)考驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和做法，證明摻入高比例RAP的瀝青混合料的性能足以媲美未經(jīng)使用的混合料。

圖1 日本每年生產(chǎn)的熱拌瀝青混合料總量（含新料與再生料）

雖然從1990年代開(kāi)始，日本的瀝青混合料產(chǎn)量便因受到經(jīng)濟(jì)衰退的影響而下降，但是RAP摻量卻有增無(wú)減——從2000年的32.5%穩(wěn)步提高至2013年的47%。

日本的瀝青循環(huán)使用發(fā)軔于1970年代。1980年代，日本建設(shè)省對(duì)回收瀝青混合料的性能進(jìn)行調(diào)查。1984年，日本道路協(xié)會(huì)發(fā)布了第一份論及RAP循環(huán)使用的出版物——《路面廢料回收利用技術(shù)手冊(cè)》（Handbook of Recycling Technology of Pavement Waste）。1992年，實(shí)地使用性能研究確認(rèn)，摻入RAP的再生瀝青混合料與未經(jīng)使用的混合料在性能上一般無(wú)二。在使用RAP摻量為30%~100%的再生瀝青混合料鋪筑的213個(gè)位置，只發(fā)現(xiàn)其中5處開(kāi)裂率大于10%，無(wú)一例外地位于交通繁忙的車行道上。研究總結(jié)了被認(rèn)為是導(dǎo)致開(kāi)裂率升高的因素，也促成了針對(duì)RAP質(zhì)量和瀝青攪拌站操作之標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)立。1992年，日本道路協(xié)會(huì)頒布了首份熱拌瀝青循環(huán)使用技術(shù)指南《路面廠拌再生手冊(cè)》（Handbook of Plant Recycling of Pavement）；2004年，《路面再生手冊(cè)》問(wèn)世，6年后又發(fā)布了修訂版。2013年，日本瀝青混合料協(xié)會(huì)（JAMA）為瀝青攪拌站用戶編寫(xiě)了一本手冊(cè)，指導(dǎo)他們使用和處理RAP。

1984年，日本一共生產(chǎn)了大約200萬(wàn)t含RAP的瀝青混合料；到了2000年，該數(shù)字已經(jīng)飆升至4 200萬(wàn)t。雖然從1990年代開(kāi)始，日本的瀝青混合料產(chǎn)量便因受到經(jīng)濟(jì)衰退的影響而下降，但是RAP摻量卻有增無(wú)減——從2000年的32.5%穩(wěn)步提高至2013年的47%。而驅(qū)使日本舉國(guó)戮力改善瀝青再生狀況的，是以下幾個(gè)動(dòng)機(jī)。

（1）盡可能減少瀝青鋪路材料的浪費(fèi)。

（2）節(jié)約自然資源（主要是瀝青和骨料等原材料）。

（3）節(jié)約開(kāi)采、加工和運(yùn)輸原材料時(shí)消耗的能源。

（4）通過(guò)節(jié)約能源，達(dá)到減少碳排放的目的。

（5）降低瀝青鋪路的成本。

混合料類型

2013年，日本的瀝青混合料總產(chǎn)量大約為5 000萬(wàn)t，其中3 800萬(wàn)t摻入了比例各異的RAP，其余部分多用于多孔磨耗層（排水瀝青路面）。這些摻入RAP的再生瀝青混合料，有76%被用來(lái)鋪筑瀝青道路面層。

日本常用的瀝青混合料類型是AC-13密級(jí)配面層混合料，與美國(guó)的0.5 inch標(biāo)稱最大粒徑（NMAS）混合料類似。表1為典型的日本密級(jí)配面層混合料級(jí)配。結(jié)合表中的數(shù)據(jù)繪制Superpave級(jí)配范圍（12.5 mm NMAS）曲線，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)級(jí)配曲線并未與最大密度線相交。這樣設(shè)計(jì)骨料級(jí)配的結(jié)果是該國(guó)的瀝青混合料對(duì)離析比較寬容，因此，日本的道路鮮見(jiàn)離析現(xiàn)象也就不足為奇了。

圖2 日本各地區(qū)的RAP循環(huán)利用率

其他混合料類型包括用作面層的AC-13間斷級(jí)配混合料，主要用作聯(lián)結(jié)層的AC-20混合料以及用于提高抗滑性能、減少行車噪聲的開(kāi)級(jí)配（多孔）混合料。

RAP的收集與加工

在日本，許多瀝青攪拌站會(huì)在廠區(qū)附設(shè)加工RAP的設(shè)施。它負(fù)責(zé)接收不同來(lái)源的廢舊瀝青路面材料，再加工成為可用的RAP料堆。送入該設(shè)施的舊料主要是少量的瀝青路面厚塊，形狀與美國(guó)常見(jiàn)的銑刨料有所不同。銑刨的路面舊料和小規(guī)模路面拆除所得碎石從工程現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始被追蹤，直至處理、再生、用于新的瀝青路面。

RAP的處理作業(yè)被封閉在建筑物內(nèi)，不但可以減少揚(yáng)塵，而且有利于令RAP保持相對(duì)干燥。在破碎機(jī)的上方蒙上一層薄霧，更進(jìn)一步除去灰塵。與美國(guó)的做法相比，日本將RAP的含水量維持在極低的水平——進(jìn)入再生瀝青攪拌站之前，RAP的含水量一般為1.5%~2.0%。

RAP的處理包括多個(gè)階段的破碎與篩分。加工后的RAP被篩分為5~13 mm和5 mm以下兩種粒徑。RAP料堆貯于大料倉(cāng)中，上方遮蓋以控制含水量。

RAP檢測(cè)與規(guī)格

日本規(guī)定，RAP需滿足表2中的各項(xiàng)要求，方能作為再生瀝青混合料的組成部分。譬如，瀝青含量至少為3.8%；從RAP中提取、回收的瀝青的針入度不低于20；加工后的RAP通過(guò)0.075 mm篩孔的比例不得超過(guò)5%。至于那些未能滿足上述要求的少數(shù)廢料，則被派作其他用場(chǎng)，比如用于粒料基層。

近年，由于聚合物改性瀝青和多次循環(huán)使用的瀝青路面舊料用量增多（根據(jù)Suzuki等人在2010年國(guó)際瀝青路面會(huì)議上的報(bào)告，日本回收的瀝青路面舊料大部分包含聚合物改性瀝青），越來(lái)越多RAP結(jié)合料無(wú)法滿足規(guī)格要求。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，日本開(kāi)發(fā)了一個(gè)用來(lái)替代最小針入度的指標(biāo)。相應(yīng)地，取代針入度試驗(yàn)的是在20 ℃下對(duì)壓實(shí)的100%RAP試件進(jìn)行的間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)。借助該試驗(yàn)，得到一個(gè)被稱作“IDT模量”的間接拉伸系數(shù)。如果壓實(shí)RAP試件的IDT模量超過(guò)1.70 MPa·mm1，就不能加入新的瀝青混合料中。

日本的瀝青混合料使用的新骨料多為本土生產(chǎn)的砂巖和花崗巖，偶見(jiàn)石灰?guī)r。由于磨光值的緣故，石灰?guī)r不能用作面層材料。日本對(duì)碎石的具體要求見(jiàn)表3、4。

表1 典型的日本密級(jí)配面層混合料級(jí)配

日本的瀝青混合料使用的新骨料多為本土生產(chǎn)的砂巖和花崗巖，偶見(jiàn)石灰?guī)r。

配合比設(shè)計(jì)

日本使用馬歇爾法設(shè)計(jì)配合比。試件的單面擊實(shí)次數(shù)因交通量的輕重而異，50次用于設(shè)計(jì)交通量小于1 000 veh·d1的路面，75次則用于日交通量在1 000 veh·d1以上的路面。配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表5所示。

通過(guò)測(cè)定進(jìn)行薄膜烘箱試驗(yàn)前后的軟化點(diǎn)、延度、閃點(diǎn)、質(zhì)量損失和針入度比，對(duì)瀝青結(jié)合料作針入度分級(jí)。對(duì)于未經(jīng)使用的瀝青，最常見(jiàn)的針入度等級(jí)為40/60和60/80。聚合物改性瀝青結(jié)合料常用于多孔磨耗層混合料和密級(jí)配混合料，用來(lái)鋪筑干線公路及其他重交通車行道。日本使用的瀝青結(jié)合料主要來(lái)自進(jìn)口中東國(guó)家的原油提煉而成。

摻配圖用來(lái)確定合適的新結(jié)合料與再生結(jié)合料的混合比例。日本使用基于針入度值的摻配圖，遵循的概念與美國(guó)使用的基于PG分級(jí)（Performance Graded，即性能分級(jí)體系，是美國(guó)聯(lián)邦公路管理局進(jìn)行的戰(zhàn)略公路計(jì)劃中關(guān)于瀝青分級(jí)體系的研究成果）和黏度的摻配圖一致。如圖3所示，新結(jié)合料與再生結(jié)合料按60 40的比例摻配，可以得到設(shè)計(jì)的針入度目標(biāo)值（50）。

表2 RAP的質(zhì)量要求

表3 日本對(duì)碎石骨料的具體要求

表4 各級(jí)碎石通過(guò)下列篩孔的質(zhì)量百分率

表5 馬歇爾法的配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于含有聚合物改性瀝青的RAP，摻量可以根據(jù)IDT系數(shù)確定，如圖4所示。使用這種方法時(shí)，對(duì)于一般用途的瀝青混合料，IDT系數(shù)的設(shè)計(jì)值為0.75 MPa·mm1。

使用至少養(yǎng)生5 h的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件做間接拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)，溫度、加載速率分別為20 ℃、50 mm·min1。IDT系數(shù) f 的計(jì)算公式為

式中：σt為間接拉伸強(qiáng)度，x為位移。

式中：P為最大斷裂負(fù)荷，d為試件的厚度，L為試件的直徑。

表6為摻入RAP的瀝青混合料作一般用途和用于寒冷地區(qū)時(shí)，針入度等級(jí)和IDT系數(shù)的設(shè)計(jì)范圍。

圖3 基于針入度的摻配

圖4 基于IDT系數(shù)確定RAP摻量

在日本，RAP含量較高的瀝青混合料通常會(huì)加入再生劑（或稱軟化劑），目的是恢復(fù)RAP結(jié)合料的一些物理特性。日本對(duì)再生劑的具體要求見(jiàn)表7；至于這些再生劑的化學(xué)性質(zhì)與調(diào)制配方，則是瀝青廠商不可言說(shuō)的商業(yè)機(jī)密。再生劑的用量通常占RAP結(jié)合料質(zhì)量的5%~10%，約占混合料總質(zhì)量的0.25%~0.30%。

有報(bào)告指出，使用再生劑的成本與改用更軟的瀝青的成本大致相同。日本進(jìn)一步研究了使用高針入度（即硬度更低）的瀝青取代添加再生劑的做法。在一份發(fā)表于2010年的文獻(xiàn)中，Kanou等人報(bào)告了使用富含石蠟的再生劑做試驗(yàn)的結(jié)果：使用富含石蠟的再生劑反復(fù)回收利用廢舊瀝青材料，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合膠結(jié)料變得硬脆易碎。

混合料的生產(chǎn)

截至2014年12月，日本共有1 150套瀝青攪拌站在運(yùn)營(yíng)。除了176套，其余皆可以添加RAP。在這些具備再生功能的瀝青攪拌站中，有17.7%使用了間接加熱系統(tǒng)，68.8%訴諸并行加熱，13.5%則采納了鼓式拌和的方法。圖5為采用間接加熱方法生產(chǎn)再生瀝青混合料的間歇式攪拌站，RAP通過(guò)與過(guò)熱的新骨料在稱量斗及攪拌缸中接觸而受熱。在圖6中，采用并行加熱方法的間歇式瀝青攪拌站另置一個(gè)滾筒于原有烘干滾筒的上方，單獨(dú)烘干、加熱舊料。鼓式拌和與美國(guó)常見(jiàn)的連續(xù)式拌和攪拌站類似，RAP與新骨料靠同一個(gè)烘干滾筒烘干、加熱。隨后，瀝青、各種添加劑與熱料進(jìn)入一個(gè)分開(kāi)的連續(xù)式攪拌缸，充分拌和、裹覆（圖7）。

日本使用并行加熱的方法生產(chǎn)高RAP含量瀝青混合料（圖8），與大部分美國(guó)攪拌站有以下重要區(qū)別。

日本廣泛使用間歇式攪拌站，攪拌站分布比美國(guó)更加密集。

（1）RAP料堆和新骨料的含水量極低。為了控制原材料的含水量，日本的瀝青混合料生產(chǎn)商在破碎過(guò)程中會(huì)盡量少用水，料堆及儲(chǔ)料倉(cāng)均有遮蓋物。

（2）使用間歇式，而非連續(xù)式瀝青攪拌站。在過(guò)去30年里，美國(guó)的大部分瀝青混合料已經(jīng)改用連續(xù)式攪拌站生產(chǎn)，原因是它們的生產(chǎn)率（每小時(shí)產(chǎn)量）比間歇式攪拌站更高，運(yùn)營(yíng)成本也更低。日本廣泛使用間歇式攪拌站，攪拌站分布比美國(guó)更加密集。雖然日本的瀝青攪拌站被設(shè)計(jì)在相對(duì)較低的生產(chǎn)率（180 t·h1，是大部分美國(guó)瀝青攪拌站的一半）下運(yùn)行，但是它們的可靠性值得稱道——有的攪拌站幾乎每天工作24小時(shí)，一周時(shí)間內(nèi)，只在星期日下午停工。

（3）使用單獨(dú)的滾筒烘干、加熱RAP。日本的大部分瀝青攪拌站使用一個(gè)單獨(dú)的滾筒烘干和加熱RAP，即所謂的并行加熱方法。日本大成ROTEC株式會(huì)社的一套位于東京都江東區(qū)青海的瀝青攪拌站，使用了直徑2.5 m、長(zhǎng)10 m的RAP干燥滾筒，每小時(shí)處理能力為100 t。歐洲和亞洲其他國(guó)家也使用了這種并行加熱方法。至于美國(guó)的大部分在用間歇式瀝青攪拌站，間接加熱方式更加常見(jiàn)。但是，由于往稱量斗或拌和機(jī)內(nèi)的熱骨料里加入濕的RAP會(huì)導(dǎo)致蒸汽爆炸，使用間接加熱生產(chǎn)時(shí)，RAP摻量通常被限制在20%以內(nèi)。并行加熱方法避免了這個(gè)問(wèn)題，RAP摻配比例也就高得多。

表6 含RAP的瀝青混合料的設(shè)計(jì)范圍

表7 日本對(duì)再生劑的要求

圖5 間接加熱

圖6 并行加熱

圖7 鼓式拌和

（4）采用后燃器技術(shù)（Afterburner Technology）除掉RAP烘干滾筒廢氣中的所有碳?xì)浠衔铩Ｔ诓⒘骱娓蓾L筒中直接加熱RAP至165 ℃左右，可能會(huì)導(dǎo)致RAP結(jié)合料被進(jìn)一步氧化，產(chǎn)生大量煙氣。日本的瀝青攪拌站用導(dǎo)管輸送RAP烘干滾筒的廢氣至一個(gè)后燃器（又稱熱氧化器或除臭器），其內(nèi)700 ℃高溫會(huì)把任何殘留碳?xì)浠衔锶紵M。后燃器的排氣又被輸送至新骨料烘干滾筒，發(fā)揮余熱。

溫拌技術(shù)在日本并非隨處可見(jiàn)，但是，日本瀝青行業(yè)的利益相關(guān)者紛紛表示，有意向美國(guó)學(xué)習(xí)溫拌瀝青技術(shù)及實(shí)際做法。

（5）再生劑直接與加熱后的RAP在一個(gè)小型葉片拌和機(jī)中攪拌。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是再生劑可以快速地在變軟了的老化RAP結(jié)合料中擴(kuò)散。恢復(fù)性能的熱RAP隨后被轉(zhuǎn)移到一個(gè)貯料倉(cāng)中，放置2~3 h，以便調(diào)整到最佳狀態(tài)。據(jù)觀察，在加入新骨料和瀝青之前，經(jīng)過(guò)再生劑還原和調(diào)節(jié)的RAP看起來(lái)和新制成的HMA一樣。瀝青混合料成品的溫度通常為160 ℃左右，骨料被瀝青結(jié)合料充分裹覆，即使在被轉(zhuǎn)移至筒倉(cāng)之前，也可見(jiàn)攪拌均勻。

圖9為產(chǎn)自同一套瀝青攪拌站的三堆混合料。最前方的瀝青混合料沒(méi)有摻入RAP，被標(biāo)記為V，中間的R45與后面的R60分別表示RAP含量為45%和60%。它們的外觀沒(méi)有差別，和易性一致。

溫拌技術(shù)在日本并非隨處可見(jiàn)，但是，日本瀝青行業(yè)的利益相關(guān)者紛紛表示，有意向美國(guó)學(xué)習(xí)溫拌瀝青技術(shù)及實(shí)際做法。Koshi等人在2014年國(guó)際瀝青路面會(huì)議上介紹了前田道路株式會(huì)社使用的注水發(fā)泡技術(shù)和相關(guān)的研究論文。

考慮到日本往高RAP摻量混合料中加入的新瀝青量相對(duì)較小，普通的發(fā)泡方法被認(rèn)為效果不夠好。發(fā)泡增強(qiáng)劑可以產(chǎn)生更小的氣泡、更大的膨脹比和更長(zhǎng)的半衰期，被用來(lái)增強(qiáng)發(fā)泡的效果，提高混合料的和易性與壓實(shí)性。在美國(guó)，發(fā)泡技術(shù)已經(jīng)成功地用于生產(chǎn)RAP比例為25%~50%的瀝青混合料。

日本的瀝青攪拌站最令人印象深刻的特點(diǎn)，是整潔和井井有條。廠區(qū)路面全部做了鋪設(shè)并且保持干凈，運(yùn)輸卡車井然有序，實(shí)驗(yàn)室干凈、整齊，攪拌站組件上清楚地寫(xiě)著安全與維修要求。日本對(duì)安全文化的重視，從攪拌站廠區(qū)與道路鋪筑工地上的所有雇員無(wú)時(shí)無(wú)刻不穿安全背心、戴防塵口罩和安全帽可見(jiàn)一斑。

日本的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)

首都圈中央連絡(luò)自動(dòng)車道是一條由神奈川縣橫濱市金澤區(qū)釜利谷系統(tǒng)交流道經(jīng)東京都、埼玉縣、茨城縣至千葉縣木更津市木更津系統(tǒng)交流道，且全線距離東京都中心半徑約40~60 km的高規(guī)格干線道路。位于東京北部約50 km的埼玉縣幸手市段大部分為高架道路，瀝青路面由40 mm密級(jí)配A型整平層和40 mm面層組成。面層采用混合設(shè)計(jì)，上部為多孔結(jié)構(gòu)，下面與SMA類似。鋪筑密級(jí)配整平層那天，晴空萬(wàn)里，氣溫接近10℃，很少有風(fēng)。密級(jí)配混合料被置于防水的瀝青膜之上，覆以砂礫，為攤鋪機(jī)提供附著摩擦力。日本道路施工的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)主要有以下特點(diǎn)。

（1）攤鋪速度較慢。

（2）沒(méi)有離析的跡象。

（3）采用垂直縱向接縫施工。

（4）壓路機(jī)碾壓速度緩慢。

在道路施工過(guò)程中，日本的施工承包商十分重視細(xì)節(jié)和施工場(chǎng)地的清潔——卸料之后，每輛卡車的車身都會(huì)被清理干凈；在新鋪層上面或者附近工作時(shí)會(huì)小心翼翼。日本道路施工質(zhì)量之高，和這些細(xì)節(jié)不無(wú)關(guān)系。

圖8 前田道路株式會(huì)社位于神奈川縣川崎市的瀝青攪拌站

日本的施工承包商使用2~3 m·min1的速度攤鋪瀝青路面，比美國(guó)同行常用的9~14 m·min1慢得多。攤鋪速度慢，原因之一是日本的運(yùn)輸卡車的載重量是9 t（圖10），大約只有美國(guó)常用運(yùn)輸卡車的一半。當(dāng)然，最主要的原因還是日本信奉“質(zhì)比量重要”的文化價(jià)值觀。

在道路施工過(guò)程中，日本的施工承包商十分重視細(xì)節(jié)和施工場(chǎng)地的清潔——卸料之后，每輛卡車的車身都會(huì)被清理干凈；在新鋪層上面或者附近工作時(shí)會(huì)小心翼翼。

現(xiàn)場(chǎng)的攤鋪設(shè)備為福格勒的Super 1803-3i攤鋪機(jī)。雖然運(yùn)輸卡車直接往攤鋪機(jī)的料斗卸料，而沒(méi)有借助任何復(fù)拌設(shè)備，但是竣工后的路面卻沒(méi)有任何離析現(xiàn)象。后傾自卸車將瀝青混合料倒進(jìn)攤鋪機(jī)料斗后部（卸料之前，技術(shù)員會(huì)檢查每車料的溫度），每次卸料結(jié)束，料斗雙翼收起；攤鋪完畢，料斗會(huì)被完全清空，以免冷卻的聚合物改性瀝青混合料在兩翼積聚。這與美國(guó)的所謂最佳實(shí)踐（Best Practice，是一個(gè)管理學(xué)概念，認(rèn)為存在某種技術(shù)、方法、過(guò)程、活動(dòng)或機(jī)制，可以使生產(chǎn)或管理實(shí)踐的結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，并減少出錯(cuò)的可能性）迥然有別。

主熨平板兩端搭接約0.85 m的延長(zhǎng)段，但是螺旋布料器卻沒(méi)有擴(kuò)展。這有可能導(dǎo)致混合料在向熨平板延長(zhǎng)段鋪開(kāi)時(shí)出現(xiàn)離析。實(shí)際上，在整個(gè)攤鋪寬度內(nèi)，在熨平板后邊徐徐出現(xiàn)的是均勻鋪筑的路面。之所以沒(méi)有發(fā)生離析，部分歸功于混合料的瀝青含量高，賦予混合料較強(qiáng)的內(nèi)聚力。

日本道路施工承包商處理縱向接縫的做法堪稱獨(dú)特。如圖11所示，縱向接縫以垂直的搭板對(duì)接。第一條車道的外緣用木板（類似于2×4木材，尺寸約為長(zhǎng)89 mm、寬38 mm）形成，木板用重物固定于放樣麻線的下方。第二條車道通過(guò)此垂直面與第一條車道對(duì)接。在攤鋪第二條車道之前，靠人工在第一條車道的垂直邊緣涂上薄薄的粘層油。為了防止運(yùn)輸卡車在車道之間來(lái)回移動(dòng)時(shí)破壞垂直邊緣，施工承包商還會(huì)鋪設(shè)可以先于攤鋪機(jī)向前移動(dòng)的木模板來(lái)保護(hù)縱向接縫（圖12）。

在日本，無(wú)論新鋪設(shè)的道路還是舊路，離析幾乎無(wú)跡可尋，縱向接縫的制作之精良如出一轍。

慢慢碾壓

如圖13所示，新鋪層的壓實(shí)由三臺(tái)壓路機(jī)完成：一臺(tái)酒井重工的R2型三鋼輪壓路機(jī)（10 t）負(fù)責(zé)初壓，復(fù)壓使用酒井重工的TS650C型輪胎式壓路機(jī)（25 t），終壓則使用酒井重工的GW750型輪胎式振動(dòng)壓路機(jī)（9.5 t）。如前所述，日本道路施工的特點(diǎn)之一是攤鋪速度較慢，這樣使得所有壓路機(jī)可以在離攤鋪機(jī)大約100 m以內(nèi)作業(yè)。

圖9 摻入不同比例RAP的密級(jí)配混合料

圖10 日本道路施工使用的運(yùn)輸卡車

在日本，道路鋪筑項(xiàng)目的常見(jiàn)做法是在攤鋪每種混合料的首日確定碾壓的模式。在現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)每臺(tái)壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)。竣工后，在新鋪層鉆取芯樣，檢測(cè)密實(shí)度。

RAP應(yīng)用于排水瀝青路面

日本規(guī)定，噪聲污染的日間標(biāo)準(zhǔn)是70 dB，夜間標(biāo)準(zhǔn)是65 dB。2003年，日本國(guó)土交通省稱該國(guó)干線公路的噪聲污染不符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，罪魁禍?zhǔn)妆闶悄切┮?0~60 km·h1的最高速度行駛在城市道路上的車輛。

多孔磨耗層（Porous Friction Courses，簡(jiǎn)稱PFC）又稱排水瀝青路面（Drainage Asphalt Pavements），除了可以提高路面的安全性能之外，還可以減少人口和道路稠密地區(qū)的交通噪音，故在歐洲被廣泛使用。1990年代早期，日本結(jié)合赴德考察的見(jiàn)聞和在東京都環(huán)狀七號(hào)線的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始將排水瀝青路面作為標(biāo)準(zhǔn)路面之一推廣。1996年，日本道路公團(tuán)規(guī)定所有的高速公路必須采用排水性路面鋪裝。在這個(gè)決定和日本道路協(xié)會(huì)編寫(xiě)的《排水性鋪裝技術(shù)指針（案）》的推動(dòng)下，排水瀝青路面的鋪筑面積與日俱增。根據(jù)日本瀝青混合料協(xié)會(huì)（JAMA）的統(tǒng)計(jì)，日本每年大概生產(chǎn)200萬(wàn)t排水性鋪裝混合料，覆蓋道路面積超過(guò)2 000萬(wàn)m2。如今，超過(guò)70%的日本高速公路采用排水瀝青路面。不過(guò)，這并不適用于日本的一些較為寒冷的區(qū)域。因?yàn)樵谙卵┨欤囕v的輪胎防滑鏈對(duì)這種路面十分不利。

在20多年的應(yīng)用過(guò)程中，日本關(guān)于排水瀝青路面的規(guī)范（表8）也在發(fā)展著。起初使用摻入中、少量聚合物和纖維素纖維的改性混合料，結(jié)果出現(xiàn)路面松散等病害；為了增強(qiáng)耐久性，日本如今使用經(jīng)過(guò)4%~8%的SBS聚合物改性的PFC結(jié)合料。這種結(jié)合料在日本被稱為“高黏度結(jié)合料”，其特性要求如表9所示。

圖11 縱向接縫

圖12 攤鋪完畢仍留在原地的木模板

為了增強(qiáng)耐久性，日本如今使用經(jīng)過(guò)4%~8%的SBS聚合物改性的PFC結(jié)合料。

在針對(duì)排水瀝青路面的研究上，日本取得了一些創(chuàng)新，譬如將RAP摻入PFC混合料中。截至2014年底，大部分PFC混合料使用純新材料制成。但是，一些試點(diǎn)項(xiàng)目已經(jīng)開(kāi)始使用RAP摻量為20%~50%的PFC混合料鋪筑。初步的結(jié)果表明：在排水性鋪裝材料中摻入30%的RAP，仍然可以得到令人滿意的結(jié)果。

得窺門道

2014年12月初，一個(gè)由美國(guó)瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA）的生產(chǎn)商和準(zhǔn)會(huì)員公司的代表，國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT）的主任，田納西、威斯康辛、伊利諾伊和路易斯安那等州交通運(yùn)輸部門的官員，以及各州瀝青路面協(xié)會(huì)（SAPAs）主席組成的十九人考察團(tuán)抵達(dá)日本。在太平洋彼岸盤(pán)桓十日，他們參觀了三處瀝青攪拌站，一個(gè)高速公路建設(shè)項(xiàng)目，兩條排水路面城市道路，以及日本國(guó)土交通省國(guó)土技術(shù)政策綜合研究所的土木研究所（Public Works Research Institute）、道路鋪裝業(yè)的知名施工承包商與瀝青混合料生產(chǎn)商N(yùn)ippo株式會(huì)社的技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，最后總結(jié)：日本的道路施工承包商之所以能夠高效地循環(huán)利用RAP，不只是技術(shù)或者設(shè)備的功勞，也仰賴于政治、社會(huì)文化等因素。

圖13 日本道路施工之碾壓作業(yè)

表8 日本PFC混合料的配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

表9 PFC混合料對(duì)結(jié)合料特性的要求

這些政治、社會(huì)文化因素包括對(duì)節(jié)約原材料、避免浪費(fèi)和提倡循環(huán)利用的一再?gòu)?qiáng)調(diào)與自覺(jué)踐行。日本頒行過(guò)若干環(huán)保法規(guī)，要求必須循環(huán)利用瀝青路面舊料。此舉既可以為國(guó)家和社會(huì)節(jié)約自然資源，又能為自己節(jié)約成本，日本的瀝青混合料生產(chǎn)商和道路施工承包商欣然樂(lè)從。為了有效地提高RAP的循環(huán)利用率，生產(chǎn)商不吝于投資最先進(jìn)的RAP處理設(shè)施及高端的瀝青攪拌站；官方機(jī)構(gòu)針對(duì)RAP再生制定的規(guī)范卻力求簡(jiǎn)單，意在鼓勵(lì)提高RAP含量的做法。專注于混合料性能的日本施工承包商和道路業(yè)主，遵從一個(gè)簡(jiǎn)單的配合比設(shè)計(jì)和材料試驗(yàn)過(guò)程。

日本的瀝青混合料再生規(guī)范有以下幾點(diǎn)值得留意。

（1） RAP的來(lái)源不一，對(duì)此沒(méi)有限定。

（2）對(duì)RAP質(zhì)量的判斷基于以下標(biāo)準(zhǔn)：瀝青含量不能低于3.8%；再生的瀝青結(jié)合料的針入度必須在20以上，或者經(jīng)過(guò)擊實(shí)的RAP試件的IDT系數(shù)必須小于1.70 MPa/mm；加工后RAP通過(guò)0.075 mm篩孔的比例不得超過(guò)5%。

（3）是否對(duì)RAP進(jìn)行篩分由承包商自己選擇，并非必需。

（4）摻配圖用來(lái)確定合適的新結(jié)合料與回收的結(jié)合料的混合比例，或者再生劑的用量。配合比設(shè)計(jì)者可以使用更軟的瀝青或者加入再生劑，使針入度達(dá)到目標(biāo)值，或者混合料的間接拉伸系數(shù)符合要求。

（5）使用馬歇爾法設(shè)計(jì)配合比，附以一個(gè)簡(jiǎn)單的性能試驗(yàn)，以及確定剛度和抗裂性能是否符合要求的間接拉伸系數(shù)。

在日本，儲(chǔ)存物料的場(chǎng)地全部被做了鋪設(shè)、硬化處理，料堆也有遮蓋物；RAP的含水量與含塵量在破碎、加工、存放的過(guò)程中被降到最低；恢復(fù)、檢測(cè)RAP的性能，并評(píng)價(jià)其剛度；對(duì)RAP進(jìn)行篩分，攪拌站配備多個(gè)RAP料倉(cāng)。這些RAP管理的最佳實(shí)踐雖然在多年前已經(jīng)得到美國(guó)同業(yè)的認(rèn)可，但是實(shí)際上并沒(méi)有被廣泛采納。

日本生產(chǎn)高RAP含量混合料的方法與美國(guó)大相徑庭。表面上最明顯的不同，在于瀝青攪拌站的選擇上——日本的生產(chǎn)商普遍使用間歇式攪拌站，美國(guó)的同業(yè)卻偏愛(ài)多產(chǎn)的連續(xù)式。深層的差異，在于“典范轉(zhuǎn)移”（Paradigm Shift，又稱范式轉(zhuǎn)移，這個(gè)名詞最早出現(xiàn)在美國(guó)科學(xué)史及科學(xué)哲學(xué)家Th omas Samuel Kuhn的著作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》里，是指一個(gè)領(lǐng)域里出現(xiàn)新的學(xué)術(shù)成果，打破了原有的假設(shè)或者法則，從而迫使人們對(duì)本學(xué)科的很多基本理論做出根本性的修正）——日本的生產(chǎn)商先使用一個(gè)單獨(dú)的烘干滾筒加熱、烘干RAP，再將其與再生劑混合、養(yǎng)護(hù)若干小時(shí)，然后才與新骨料及瀝青拌和。

他們的共識(shí)是：持續(xù)提高RAP在瀝青路面的循環(huán)利用率，需要整個(gè)行業(yè)，包括瀝青混合料生產(chǎn)商、道路施工承包商、供應(yīng)商、聯(lián)邦及各州市交通運(yùn)輸部門通力合作。

日本的高RAP含量混合料的生產(chǎn)方法有以下特點(diǎn)。

（1）使用一個(gè)單獨(dú)的并行烘干滾筒加熱、烘干RAP。

（2）使用熱氧化器處理RAP烘干滾筒的排放。

（3）加入再生劑，與加熱后的RAP拌和，養(yǎng)護(hù)數(shù)小時(shí)，讓老化的RAP結(jié)合料的性能恢復(fù)。

（4）瀝青攪拌站以100~180 t·h1的低生產(chǎn)率運(yùn)行。

美國(guó)考察團(tuán)稱，此行讓他們大受啟發(fā)。在過(guò)去十年，在美國(guó)瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA）、國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT）和聯(lián)邦公路管理局（FHWA）的RAP專家工作組的同心協(xié)力下——借助最佳實(shí)踐教育、技術(shù)轉(zhuǎn)讓和出版物，RAP在美國(guó)瀝青路面的循環(huán)利用率總算從10%左右提升至將近20%。RAP的循環(huán)利用率此后似乎進(jìn)入了一個(gè)穩(wěn)定階段，而在大多數(shù)州交通運(yùn)輸部的規(guī)范里，允許摻入的RAP比例是30%。全國(guó)的總體平均水平停滯不前，主要是受到RAP供應(yīng)不均（城市地區(qū)富足、鄉(xiāng)村地區(qū)缺乏）的影響。持續(xù)提高RAP在瀝青混合料中的摻配比例，與此同時(shí)提高性能，可以進(jìn)一步降低材料價(jià)格變化造成的影響。

根據(jù)考察團(tuán)在日本的觀察與經(jīng)歷，美國(guó)完全可以將瀝青混合料中的RAP含量提升至更高（＞25%），同時(shí)將混合料的質(zhì)量與性能維持在同等甚至更高的水平。他們的共識(shí)是：持續(xù)提高RAP在瀝青路面的循環(huán)利用率，需要整個(gè)行業(yè)，包括瀝青混合料生產(chǎn)商、道路施工承包商、供應(yīng)商、聯(lián)邦及各州市交通運(yùn)輸部門通力合作。此外，他們還提出了以下建議：

（1）考察團(tuán)應(yīng)該通過(guò)報(bào)告、講座和文章等形式分享此行獲得的信息，完成知識(shí)轉(zhuǎn)移。

（2）各級(jí)交通運(yùn)輸部門的規(guī)范應(yīng)該允許施工承包商自己斟酌決定RAP在瀝青路面鋪裝層中的用量。它們可以提供簡(jiǎn)單、明晰的路用性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其中包含用來(lái)確定混合料適用性的室內(nèi)混合料剛度試驗(yàn)及其判斷標(biāo)準(zhǔn)；這種基于性能的測(cè)試方法，可以鼓勵(lì)承包商在使用RAP及其他材料時(shí)靈活地創(chuàng)新。建議交通運(yùn)輸部門探討減少配合比數(shù)量的辦法，因?yàn)橹贫ê妥兏绱硕啵ㄓ袝r(shí)候甚至超過(guò)100個(gè)）現(xiàn)場(chǎng)配合比公式（Job-mix Formula）的成本實(shí)在太高了。

（3）把RAP的水分降到最低程度，為了提高RAP的摻配比例而對(duì)其作篩分和分檔存放，遮蓋料堆，生產(chǎn)過(guò)程中拌和更長(zhǎng)時(shí)間……這些最佳實(shí)踐值得效法。就材料一端而言，保持RAP干燥（含水量極低），對(duì)混合料的生產(chǎn)大有裨益，因?yàn)樗鼫p少了并行加熱時(shí)的新骨料過(guò)熱量（換言之，成本會(huì)降低），為提高生產(chǎn)率留有余地。引入最佳實(shí)踐，對(duì)于增加RAP含量來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

（4）美國(guó)瀝青行業(yè)應(yīng)該考慮生產(chǎn)過(guò)程的潛在利益，以及如何設(shè)計(jì)制造出RAP的烘干與拌和效果更佳的連續(xù)式瀝青攪拌站。更長(zhǎng)的新骨料與RAP拌和的時(shí)間、高剪切攪拌與儲(chǔ)存時(shí)間，這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)的調(diào)整可以促進(jìn)RAP結(jié)合料的軟化與混合。

（5）瀝青行業(yè)還應(yīng)該考慮再生劑、軟化劑或者其他有助于往混合料中加入更多RAP的添加劑。當(dāng)前，美國(guó)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃（NCHRP）的9-58項(xiàng)目正在研究再生劑對(duì)RAS（瀝青瓦）與RAP含量高的瀝青混合料的影響。在確定再生劑的最佳使用時(shí)，瀝青行業(yè)應(yīng)該發(fā)揮積極的作用。