保證瀝青混凝土路面材料就地再生質量的技術要點

李東濱

（山西交通控股集團朔州高速公路分公司，山西 朔州 036000）

眾所周知，目前國內外高等級道路，特別是高速公路的路面結構主要由瀝青混凝土材料鋪筑而成。在以車輛為主的上部荷載及風沙雨雪和高低溫差等自然光候的長期作用之下，瀝青路面難免會出現各種各樣的以車轍、松散、凸起沉陷和坑槽為主要表現形式的結構損壞。這些病害若得不到及時處置將嚴重影響道路的服務功能，而且是嚴重的交通安全隱患[1]。根據我國相關技術規范，路面結構的損壞應在道路的日常養護、升級改造和路面翻新工程中予以處置并恢復道路的原始設計功能。

1 問題的提出

完成瀝青混凝土路面的修復，無論采用何種工程形式，都必須遵從合理的施工工序。目前我國的高等級道路在使用中出現的局部損壞（面積通常不大于2 m2）已實現了隨壞隨修的快速處置，而面層挖切形成的瀝青混凝土舊材料也已逐步實現了就地再生利用。這主要是由于道路修復工藝的逐步改進和完善及多功能路面養護車輛的規模應用。由于將路面病害處置所需的各種裝備集于一車，使得這種作業車輛能夠在機動巡路過程中發現并完成瀝青路面病害的處置，恢復道路正常的服務性能。有鑒于道路的日常維護工程絕大多數是在道路車輛正常通行情況下（單車道或單向封閉）進行及路面養護工程必須達到國家規范規定的相關技術質量指標，因此路面病害的處置具有如下明顯的特殊性。

1.1 施工周期短，各種工序必須快速完成

路面養護工程，特別是路面病害的處置作業涉及工序較多，而各工序之間必須緊密銜接。以坑槽填補為例，高溫瀝青混合料（160℃±5℃）在制備完成后應盡快用于坑槽填補和壓實成形。如果存放時間過長，當其降溫至130℃以下時，材料會因黏度過大而不宜攤鋪，即使能夠攤鋪也很難達到合理的壓實密實度要求（大于等于97%）。如筆者所處的朔州地處山西西北部，其適于路面病害處置的季節一般為春末6月至秋末10月中，期間環境溫度為18℃～35℃之間，與高溫混合料的工作溫度形成120℃以上的溫度差（溫差的高低與其自身散熱速度的快慢成正比）。顯然，為了保證路面病害的處置質量，制備好的混合料應盡快完成對坑槽的填補，同時盡速碾壓成形。

另外，路面的養護作業必然會對正常運行的車輛產生一定影響，因此盡速完成路面病害處置工程是十分重要的。

1.2 必須保證瀝青混合料的再生質量

作為一種比較典型的有機物質，瀝青在長期的自然光候作用下易出現老化現象。但混合料的再生離不開加熱，結果在材料的再生過程中產生再次老化（一般稱為二次老化）往往難以避免。盡可能降低瀝青材料的老化，是保證瀝青混合料再生質量的重要因素，且一直是道路工程部門孜孜追求的目標之一。工程實踐表明，要達到這一目的，盡量縮短材料的加熱時間（材料的老化程度與加熱時間成正比）并盡可能避免混合料與加熱火焰的直接接觸是十分重要的。另外，瀝青混合料往往摻有一些不應有的路面雜質（其中因瀝青老化形成的粉末占有相當的比重），盡可能清除這些雜物亦是保證材料再生質量的重要舉措。

2 瀝青混凝土路面材料就地再生利用的技術要點

a）優化和改進材料的加熱方式以減少二次老化。如本文前述，由于瀝青路面長期暴露在自然光候的作用之下，加之上部車輛荷載的反復碾壓，出現有一定程度的老化是難以避免的[2]。特別是作為一種較為典型的高分子有機物質，在較高溫度環境下其內部分子的運動表現比較活潑，因此其化學反應更為劇烈。而目前國內外在瀝青混合料再生領域大多采用火焰直接加熱。眾所周知，可見光的溫度不低于1 100℃，而石油瀝青的閃點卻不高于230℃。如此大的溫差必然使得瀝青中的輕質油分加速揮發，結果就是瀝青的加速老化。縱觀國內外瀝青混合料再生的歷史，人們往往忽略這種因加熱不當造成的材料老化，但問題不會因人們的無視而減少或消失。長期以來，以再生材料（特別是舊材料摻配比例高于50%）鋪筑的路面的使用壽命往往明顯低于其他路面，特別是日常養護時往往采用90%以上就地挖切的路面舊材料（只是根據情況添加少量新料和瀝青作為填充料），因而使得新補路面的壽命明顯較短就不難理解了。有鑒于此，改進和優化加熱方式是十分必要的。山西省交通科學研究院近年來完成的熱風間接加熱系統是這種技術改進的最新成果。由于燃燒器的火焰經過專門設計的熱風發生器后，以低于500℃的熱風與加熱滾筒中的混合料進行熱交換并經拌合工序完成材料的再生，故有效規避和減少了火焰高溫對材料產生的老化作用。

b）對再生混合料的瀝青老化程度進行評價，以確定新瀝青的添加比例。

混合料的老化主要反映在瀝青的老化程度，材料再生時應視老化情況添加一定比例的新瀝青以保證再生混合料的路用品質。但瀝青的老化與多種因素有關，其中最重要的是路面通車后的使用年限。對高等級道路的翻修和改造工程，由于再生材料產生數量較大，因此應對其路用3項指標進行綜合測定以確定瀝青的添加量。但路面日常養護時就地再生的混合料數量較少，但涉及路段卻很長，因此不可能做到隨時取樣試驗。但鑒于路面使用年限的不同可參考經驗數據進行瀝青添加比例的量化分析[3]（以參與再生的瀝青混合料的總重為基準值）：

（a）路面使用（通車）年限5年之內添加比例0%～0.8%。

（b）路面使用（通車）年限5年以上時可參考圖1所顯示的連續性曲線進行量化添加。

c）減少和控制混合料中的含水量。

圖1 通車年限與混合料再生時新瀝青的添加數量

就地再生瀝青混合料取自工程現場，材料中的含水量來自自然落雨、地下水侵入和人為灑水所致。但材料再生為成品時的溫度高達160℃±5℃，已明顯高于水的沸點。顯然，材料加熱過程中必然伴隨著水分的加熱和汽化。由于水的汽化熱具有相當大的數值，使得水分的加熱和汽化所耗能量占到整個再生加熱熱量的60%以上，這是影響再生效率和再生成本的主要因素。因此，盡可能消除和降低材料中的含水量是十分必要的。要達此目的，采取下述舉措具有重要意義：

（a）就地再生的混合料應特別注意在路面的上面層鏟挖，盡可能避開含水量較高的下部材料。

（b）材料就地再生作業應在天氣晴好、干燥和氣溫較高時進行。

（c）若采用已回收的材料（如銑刨料），則應注意材料在收集、儲存和運輸過程中的防水措施。

（d）減小再生材料的粒徑是提高加熱效率、減少再生周期的有效方法。

就地再生的混合料常常以鎬挖（液壓、電或風鎬等）方法從舊路面獲得，這與銑刨方法最大的不同是混合料的塊徑較大。如果將其直接進行加熱，其加熱周期會很長，同時必然會大大增加工程成本。因此在進入加熱之前增加材料的打散工序是很重要的。工程實踐表明，若將混合料的塊徑由40 mm左右打散至15～20 mm，會將加熱時間由50 min以上減少到25 min以下。這可由圖2中的加熱速率曲線（環境溫度為26℃～28℃，混合料200 kg，燃燒器發熱量25 000 kcal/h）進行表述。

圖2 混合料加熱的溫升速率

顯然，減小混合料的塊徑能夠收到多重效果，即明顯縮短材料的再生周期，進而有效減少就地再生作業對道路交通流的影響；加熱燃料的節約不僅減少了作業成本，而且減少了有害排放；由于加熱時間的縮短，混合料的熱交換周期明顯減少，也能夠有效降低材料的二次老化。故經濟和社會效益的提高是不言而喻的。

3 結語

路面材料的就地再生利用與其在制作基地的再生不僅作業場地不同，而且在技術質量的保障條件方面存在諸多的差異。為了切實保證再生質量，必須根據流動作業和就地再生的特殊性做好材料再生的技術準備，包括制定必要的作業規程和工藝條例并嚴格執行。本文僅是筆者在道路養護實體工程中的經驗總結。隨著我國高等級道路通車里程和道路等級的不斷提高，瀝青混凝土路面材料就地再生技術及其作業工藝水平會逐步提高和完善。