瀝青路面材料再生利用的經濟意義及關鍵技術指標的控制

冀 歡

（朔州路橋建設有限責任公司，山西 朔州 036002）

道路是目前國內外陸路交通的主要形式之一，在我國二級以上的高等級的道路（包括已在運行中的高速公路）的保有量已達53.2×104km以上。雖然，這些道路僅占全國等級道路通車總里程中的14%，卻承擔著全國道路交通客（貨）運輸總量的83%左右。顯然，高等級道路的通車里程及其質量的優劣是衡量道路運輸能力的主要指標之一。我國是一個經濟快速發展的大國，但高等級道路的發展歷史較短。如高速公路在我國大陸的運行歷史只有不到30年（1986年通車的滬嘉高速是大陸第一條現代意義的高速公路）。依照高速公路的使用壽命約為30年估算，我國的所有高速均尚未達到一個完整的壽命周期。有鑒于此，涉及高等級道路的結構設計、日常管理、養護工程及道路材料的再生利用方面均有很多關鍵項目需要技術攻關和逐步突破，這也是我國道路健康發展、更好地服務國民經濟快速進步的必然。在這些主要項目中，由于涉及節能減排問題，道路材料的再生利用顯得越來越重要，除了減少污染和排放已被人們所共識外，道路材料再生利用的經濟意義亦不可小視（道路建設中，材料費占工程中造價的60%左右[1]）。眾所周知，高等級道路路面形式的主體是瀝青混凝土路面，水泥混凝土路面所占比例較小。因此，道路養護工程及其路面材料的再生利用的主要對象是瀝青混凝土路面。為了實現瀝青混凝土路面的高品質再生利用，對其再生過程中的經濟價值進行分析并對再生過程中涉及的主要技術指標進行研究和優化是十分重要的。

1 瀝青混凝土路面舊材料再生利用的經濟價值

我國的高等級公路，特別是高速公路已逐步進入頻繁保養期和大修期。圖1反映了高等級道路產生的各種路面病害的數量隨使用年限增長呈指數增加的基本規律[2]（以太舊高速和筆者所在大運高速朔州段長期實地觀測和統計數據做出）。

圖1 路面病害數量與道路通車年限的關系

我國高等級瀝青路面養護規程明確規定，道路維護項目包括日常維護保養、路面升級改造和翻新工程，這些工程施工往往都離不開路面的挖切。而路面的挖切必然會產生相當數量的路面廢舊材料。如果施工對象是高速公路的重鋪，則由于高速路面為雙向全封閉單向行駛設計（中部為隔離帶設置），則其重鋪工程中產生的路面舊材料數量Wg能夠進行下述量化：

式中：Wg為舊材料數量，t；λ0為瀝青混凝土路面材料的比重（1.9～2.1），t/m3；L為單幅路面重鋪的長度，m；B為路面的重鋪寬度，m；H為路面面層的挖切厚度，m.

顯然，路面重鋪工程中產生的路面舊材料的實際數量與挖切路面的原有長度、寬度和厚度成正比。由于路面長度較大，舊材料的產生數量往往具有相當大的數字。如上所述，我國高速公路雖然起步較晚，但依照其設計壽命、工程施工質量和實際使用情況，不少早期建設（如20世紀90年代之前）的高速公路已開始逐漸進入大修維護期，而后期通車的高速公路也有相當部分進入了路面病害的高發期而需要加強日常養護。考慮到我國現有高速公路通車里程已超過10萬km，若每年大修工程量占通車總里程3%～5%，路面寬度和厚度分別為10 m和0.06 m，材料比重取平均值2.0計算，則每年僅高速公路路面大修工程可產生路面舊材料900萬t左右。長期以來，由于再生工藝技術的相對落后，這些材料的大部分難以再生利用，很多舊材料被丟棄而造成了嚴重的環境污染，若作為新鋪道路的基層，其再生利用的經濟意義則受到很大的影響。這些材料若以新鋪面層的一部分（或作為新混合料制作過程中的添加材料）而得到再生利用，則以原材料的現行價格計，每年即可獲得直接經濟效益40億元以上。

新世紀以來，受整個世界能源危機的影響，瀝青及路用石料的價格也呈現日趨上升的態勢。與20世紀后期相較，瀝青和石料的現行采購價格已分別上升了一倍和30%以上。雖然近年來，石油及其制成品的價格有所回落，但作為瀝青混凝土中的黏結劑，路用瀝青的市場價格波動不大。顯然，瀝青路面材料的再生利用具有明顯的且越來越突出的經濟價值。

2 瀝青路面材料再生利用關鍵技術指標的控制

2.1 骨料級配的合理性

為了使瀝青混凝土路面達到設計的承載能力和使用壽命，其骨料（礦料）的級配必須合理。通過對山西省太舊和大運等高速公路大修工程中鏟挖的瀝青路面舊材料中級配骨料的檢測數據分析，發現采用不同的作業工藝挖切的材料級配存在較大的差異。目前，大修過程中的鏟挖工序基本采用機械銑刨或鎬（風鎬、電鎬人工鎬挖）挖完成。研究表明，除了路面在長期的外來荷載及自然光候作用下產生的正常變化（試驗數據表明，這種變化對骨料級配的影響小于5%）外，以銑刨方法得到的材料級配與原來初始設計級配出現較大的變化，而通過各種鎬挖方式獲得的路面材料則因破碎較少而與初始級配反映的各項指標的差異明顯較小。

隨著道路機械技術水平的不斷進步，采用各種不同規格的路面銑刨設備完成舊路面的挖切工序已非常普遍，筆者所在的山西朔州高速亦大量保有國產和進口——以德產維特根（Wirtgen Co.）型號為代表的瀝青路面銑刨機械以完成上述挖切工程。這種機械化作業方式不僅能夠快速完成挖切作業，亦可使挖切料（即銑刨料）呈現較為均勻的顆粒；而鎬挖方式獲得的路面材料則雖破碎較少，但作業效率低下，只能用于道路日常養護時的局部小面積鏟挖作業。

因此，鑒于機械挖切已是目前高等級道路大修重鋪（包括較大面積的局部重鋪）的主要作業手段，其產生的銑刨料是材料再生利用的主要研究對象，而合理的礦料級配是保證再生瀝青混合料路用性能的必要條件之一，因此必須根據其礦料級配的變化進行必要的新骨料摻配以達到（恢復）道路的原始骨料級配指標，從而保證再生瀝青混合料達到所要求的設計應力強度指標。

2.2 再生料中瀝青路用指標的合理性

瀝青是混合料中的主要黏結劑，而瀝青的高分子特性使其對溫度、氣候和以車輛為主要荷載的外界作用呈現更為（相對于其他級配材料）敏感的影響，因此其材料的老化（主要表現為針入度、軟化點和延度等3項路用指標的變化）較為嚴重，如瀝青的黏稠度是其外在物理特性的直觀反映，其指標隨道路的使用年限而增大，并呈現下述基本規律[3]：

式中：τ為瀝青的黏稠度；λ為系數，其數值為瀝青的初始黏度；t為老化時間（相對于道路的使用年限）；m為老化系數（因化學組分不同，不同標號的瀝青表現為不同的m值，因此，指數m可定量反映瀝青材料的老化速度）。

為了使再生材料的物化指標得到恢復，保證再生材料的路用性能，應對再生舊材料進行瀝青老化程度的檢驗。由于高等級道路，特別是高速公路的大修往往伴隨路面的重鋪，這種檢驗是十分必要的。但若是路面的局部修復和二級以下的普通道路養護作業（試驗條件較差）時，這種檢驗會因過于頻繁而難以做到，此時可以通過下述經驗數據進行估算，即可將以下新瀝青添加比例（以混合料的總重為100%作基準值）作為參考：

a）路面使用已5～10年：添加比例1%～1.5%。

b）路面使用已達10年以上：添加比例1.5%～2%。

2.3 舊瀝青混合料在新料中的添加比例

考慮到高等級道路必須保證嚴格的質量指標以及瀝青混合料再生利用的技術現狀，目前國內外尚難以做到完全以再生混合料鋪筑高等級瀝青路面。其原因不僅在于再生材料試驗手段有待完善，而且由于舊料的加熱難以進行（加熱中的黏結和瀝青的老化）往往只能以常溫材料與新拌瀝青混合料直接混合，其結果很容易造成新材料的加熱溫度難以達到設定的使用溫度。因此，目前舊料的摻配比例通常不高于20%。近年來，很多道路研究和工程施工單位在瀝青混合料再生利用方面進行了不懈的努力并取得了階段成果，如山西省交通科學研究院研發的熱風循環間接加熱、長治玉通機械開發的立式熱風加熱和北京永朋金諾開發的加熱滾筒雙向加熱工藝等技術對于解決瀝青混合料的預熱問題取得了很多技術進步并已獲得國家專利授權，這些新工藝的逐步完善和推廣對于提高瀝青舊料的摻配比例和提高材料的再生質量具有重要意義。

3 總結

基于我國道路交通事業的快速發展，特別是以石油為代表的不可再生能源供應的日益緊張和遏制環境污染的嚴格要求，瀝青路面材料的再生利用將呈現更為重要的意義，但其再生技術仍有很多瓶頸需要突破，特別是以改性瀝青、乳化改性瀝青為代表的道路工程新材料的規模應用和高承載力長壽命復合路面為主要代表的新型道路結構的研究和鋪筑[4]亦必將會對道路材料再生利用的相關技術和工程應用工藝不斷賦予新的內容。