蘭建麗

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心（有限公司），山西 太原 030006）

瀝青路面的再生利用起源于20世紀(jì)60年代初期美國的80號(hào)國家公路（薩凡納至圣地亞哥）在德克薩斯州（State of Texas）路段的修復(fù)工程，當(dāng)時(shí)這段道路的使用時(shí)間已超過20年且交通流數(shù)量明顯超過修建時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此路面損壞非常嚴(yán)重而不得不進(jìn)行路面的重鋪。該路段為雙向四車道，平均寬度為16.5 m，路面面層厚度為160～200 mm，因此在舊路面挖切時(shí)產(chǎn)生了大量的路面舊材料而難以處置，也帶來了廢料堆積產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。于是，在州交通管理部門組織下立項(xiàng)開展了瀝青路面再生利用技術(shù)及施工工藝的研究，其成果在該道路的后期路面鋪裝時(shí)進(jìn)行了成功的實(shí)施（資料顯示，當(dāng)時(shí)路面舊材料在新拌制瀝青混合料中的摻配比例為5%～7%），瀝青路面的再生利用由此登上道路施工工程的舞臺(tái)。至今，瀝青路面的再生利用已得到國際道路管理和施工學(xué)術(shù)界的認(rèn)可和大力推廣，收到了突出的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的以節(jié)能環(huán)保為主要內(nèi)容的社會(huì)效益[1]。

1 我國瀝青路面再生利用的現(xiàn)狀綜述

我國瀝青路面的再生利用工程開始于道路的日常養(yǎng)護(hù)作業(yè)，如筆者所在的山西省，自20世紀(jì)70年代中期以來，在瀝青路面養(yǎng)護(hù)中挖切的路面舊材料經(jīng)過加熱和重新攪拌形成的再生瀝青混合料用作路面病害處置的填料，在運(yùn)（城）三（門峽）二級(jí)路、太（原）榆（次）城際道路、忻（忻州）臺(tái)（五臺(tái)）等瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中發(fā)揮了重要作用并逐步在全省道路的日常維護(hù)及路面重鋪工程中推廣應(yīng)用，山西省交通科研部門還專門立項(xiàng)研發(fā)了以瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)再生為主要技術(shù)特征的多功能養(yǎng)護(hù)車，用于道路的快速養(yǎng)護(hù)。新世紀(jì)以來，路面再生工程的相關(guān)技術(shù)和施工工藝在技術(shù)進(jìn)步中逐步提高和完善，如山西省太舊高速公路養(yǎng)護(hù)中心在高速公路日常維護(hù)和重鋪工程中的新拌瀝青混合料中的舊料（主要是銑刨料）摻配比例已達(dá)到10%～15%，其再生混合料的路用指標(biāo)完全符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)數(shù)據(jù)。長治玉通公司研發(fā)的立式烘干拌合設(shè)備能夠生產(chǎn)舊料摻配比例為30%的再生瀝青混合料，已在山西長治和臨汾、河南南陽、河北衡水等高等級(jí)道路中規(guī)模應(yīng)用。顯然，瀝青路面的再生利用已成為我國道路工程部門的共識(shí)，也是國家大力倡導(dǎo)固廢利用，建設(shè)節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的重要內(nèi)容之一。

2 問題的提出

瀝青路面混合料的再生利用在技術(shù)上的可行性，主要基于下述原因：

a）作為混合料中的黏結(jié)劑，瀝青是一種較為典型的高分子有機(jī)物質(zhì)，基于其材料的物化特性，瀝青在吸收熱量并達(dá)到一定溫度后會(huì)由固態(tài)（或半固態(tài)）變?yōu)橐簯B(tài)。因此，舊的路面材料通過加熱會(huì)呈現(xiàn)松散狀態(tài)而易于重新拌合，實(shí)現(xiàn)材料的再生。

b）瀝青路面具有一定的厚度（高等級(jí)道路的面層厚度往往大于200 mm），隨著面層厚度的增加，混合料中瀝青的老化程度會(huì)逐步降低。這主要是因?yàn)榛旌狭现械母鞑牧匣臼且詿崛萘枯^大，而絕熱性能較佳的瀝青、石料和其他添加劑為主的成分混合而成，由于壓實(shí)成型后具有相當(dāng)高的材料密實(shí)度（大于等于97%），使得面層上部的光候作用隨著路面厚度的提高而逐步減少，其材料的老化程度顯然與路面厚度成反比。而瀝青的軟化點(diǎn)和延度等路用指標(biāo)的變化也能夠得出相似結(jié)論?？傊F(xiàn)有的瀝青路面，特別是面層較厚的高等級(jí)瀝青路面經(jīng)過較長時(shí)間的使用后，隨路面的厚度不同，其總的老化程度一般能夠被限定在10%～15%之間。雖然瀝青混合料的部分輕質(zhì)油分產(chǎn)生了不同程度的揮發(fā)和品質(zhì)的改變，但對(duì)其總的路用性能影響并不特別突出。通過一定數(shù)量的新瀝青和軟化劑的添加和混合[2]，使得再生瀝青路面材料的路用性能符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，以用于新建道路的鋪筑或道路的養(yǎng)護(hù)工程。

3 瀝青路面材料再生過程中的熱風(fēng)加熱工藝

瀝青混合料的再生一般應(yīng)先行加熱（冷再生工藝由于再生質(zhì)量等問題應(yīng)用規(guī)模較小），整個(gè)再生過程必須在較高的溫度（140℃～160℃）下進(jìn)行。眾所周知，混合料主要是由級(jí)配礦料和作為黏結(jié)材料的路用瀝青拌合而成。在較高的溫度下，前者可能會(huì)有一定的形態(tài)變化，而作為高分子有機(jī)物質(zhì)的瀝青卻可能會(huì)因此出現(xiàn)化學(xué)品質(zhì)的改變而影響其正常的路用指標(biāo)。由于舊的混合料已經(jīng)出現(xiàn)了一定程度的老化現(xiàn)象，在再生過程中應(yīng)盡可能避免和減少其品質(zhì)的再次改變（一般稱為“二次老化”）。如果瀝青路面因長期的光候作用及路上荷載的反復(fù)作用出現(xiàn)材料物化指標(biāo)的變化是難以避免的，那么在材料再生過程中盡可能減少和避免“二次老化”則是能夠通過作業(yè)工藝的不斷優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)的。

眾所周知，瀝青是一種由多種成分組成的高分子有機(jī)物質(zhì)，具有良好的受熱特性，但導(dǎo)熱性能較差。根據(jù)經(jīng)典光學(xué)理論中的維恩-葛利琴位移定律（Wien displacement law）的表述，加熱溫度與被加熱物體的固有吸收峰值波長的乘積為一常數(shù)，即“維恩常數(shù)”。

式中：T為加熱時(shí)的輻射面溫度，k；λε為被加熱物體在紅外波段的熱吸收峰值所對(duì)應(yīng)的波長，μm；C為維恩常數(shù)，取2 897。

由路用瀝青（煤瀝青應(yīng)用較少，故此處指石油瀝青）的遠(yuǎn)紅外輻射頻譜分析能夠得知，路用瀝青在3.6～4.5μm波段具有明顯的吸收峰值[3]。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入Wien displacement law，則其加熱溫度取400℃～500℃為宜。此時(shí)因?yàn)r青內(nèi)部分子能夠?qū)崿F(xiàn)共振而呈現(xiàn)較佳的加熱效率，同時(shí)又因加熱溫度明顯低于可見光加熱（大于等于1 200℃）而能夠?qū)訜徇^程中材料的二次老化進(jìn)行有效的遏制。此時(shí)的加熱溫度與目前的導(dǎo)熱油加熱溫度相近，但導(dǎo)熱油依賴龐大的加熱系統(tǒng)，同時(shí)其熱輻射效率較低而并不適于瀝青混合料的加熱。有鑒于此，山西省交通科學(xué)研究院近年研發(fā)的LZ-30型瀝青混合料再生裝置以“熱風(fēng)加熱”工藝成功實(shí)現(xiàn)了這一設(shè)想（見圖1）。

圖1 以熱風(fēng)加熱為主要技術(shù)特征的瀝青路面再生裝置

由于熱風(fēng)加熱屬于火焰燃燒后形成的間接加熱方式，因此其溫度明顯低于火焰溫度。實(shí)體工程試驗(yàn)表明，在加熱滾筒（見圖1）的舊料換熱過程中，筒內(nèi)加熱溫度自熱風(fēng)引進(jìn)至排出的6 500 mm總長中呈現(xiàn)580℃～250℃自然逐次衰減（圖2）。顯然，其整個(gè)加熱過程的平均溫度為420℃左右，這與本文前述的瀝青混合料的Wien displacement law計(jì)算結(jié)果十分相近。眾所周知，石油瀝青的閃點(diǎn)不高于230℃，綜合熱風(fēng)加熱的采集數(shù)據(jù)與理論分析的相關(guān)結(jié)論表明，采用熱風(fēng)加熱工藝不僅提高了加熱效率，而且能夠有效地遏制路面材料的“二次老化”，同時(shí)亦可收到節(jié)能減排的多重效益。

圖2 熱風(fēng)加熱滾筒中的溫度梯度

LZ-30型瀝青混合料再生裝置同時(shí)增設(shè)了加熱尾氣循環(huán)利用裝置，使換熱后仍具有較高溫度的加熱尾氣通過專設(shè)管路系統(tǒng)引入加熱燃燒裝置的進(jìn)風(fēng)口對(duì)常溫進(jìn)風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱以進(jìn)一步提高加熱系統(tǒng)的熱效率。

4 結(jié)語

瀝青混合料的再生利用不僅能夠收到良好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能減排的社會(huì)效益，而且是一個(gè)國家或地區(qū)道路交通現(xiàn)代化的主要標(biāo)志之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及道路交通事業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，瀝青混合料的再生利用工藝及專用設(shè)備一定會(huì)不斷進(jìn)步和逐步完善。