1.2　道路路面再生技术发展状况及应用前景

1.2.1　国内外的研究现状

1.国外关于再生技术的研究与实践

沥青混合料再生利用的试验研究,最早是1915年首先在美国开始的。1973年,石油危机爆发,燃油供应困难,而严格的环保法律使得砂石材料开采受到限制,筑路用砂石材料供不应求,以至砂石材料价格上涨。1974年,美国开始大规模推广沥青混合料再生技术,到1985年,美国全国再生沥青混合料的用量猛增到2亿t,几乎是全部路用沥青混合料的一半。沥青路面的再生利用在美国已经是常规试验,目前其重复利用率高达80%,相比全部使用新沥青材料的路面,节约成本10%～30%。

美国得克萨斯州交通协会和得克萨斯农机大学化学系的研究人员对旧沥青抽提过程中的若干问题进行了深入研究,发现旧沥青在回收过程中会存在不同程度的老化与硬化现象,硬化程度决定于溶剂类型、试验方法等因素。同时,回收沥青中的残留溶剂对沥青也有硬化作用。研究人员主要从溶剂、试验方法、试验设备、试验时间等方面入手对传统方法进行探讨和改进。

美国大部分高速公路是在1955—1980年建成的,主要是用来连接各州大、中型城市。美国高速公路沥青路面设计寿命是20年,如今,20世纪修建的沥青路面基本上都过了设计寿命年限,普遍进入大、中修期。许多道路产生破坏后,都是通过罩面来恢复这些路面使用性能的。沥青路面罩面维修非常重要,它可使道路结构始终处于一个完好的状态。损坏的道路如果不及时进行罩面,时间一久就必须重建了。

美国沥青路面出现结构性损坏的主要原因是道路局部疲劳损坏和结构性车辙,虽然清除整个路面结构层可以彻底解上述决问题,但这种办法通常造价昂贵,而且耗时非常长。不管是州际公路,还是各州内普通公路,现在美国道路维修采取最多的办法是先铣刨,然后再罩面。当然,罩面混合料的设计也非常关键,这样可以增加罩面沥青层的寿命。

20世纪90年代后期,美国北部的伊利诺伊州、印第安纳州、依阿华州、密歇根州、明尼苏达州、密苏里州和威斯康星州的交通部联合开展对再生沥青的研究,认为新拌沥青路面中掺加40%～50%的再生沥青混合料,仍然可以满足美国《沥青及沥青混合料路用性能规范》(SUPERPAVE:Superior Performing Asphalt Pavement)的要求,但由于旧沥青混合料中的细料含量较多,在新拌混合料设计时应重新进行级配设计。

由于沥青混合料再生利用大有可为,美国为此召开了有关沥青混合料再生利用的各种学术会议,从而有力推动了该项研究工作的进展和交流。1981年,美国交通运输研究委员会编制出版了《路面废料再生指南》,同年美国沥青道路协会(NAPA)出版了《沥青路面热拌再生技术手册》,1983年又出版了《沥青路面冷拌再生技术手册》,从而形成了较完备的技术规范体系。

2000年9月,美国沥青道路协会(NAPA)出版了《热拌沥青混合料再生利用现状》,介绍了有关美国在废旧沥青混合料再生利用和废物在道路工程中再生利用的情况。美国国家公路合作研究项目NCHRP9-12“应用SUPERPAVE进行再生沥青路面设计”提出了再生沥青混合料的SUPERPAVE设计指南(2001),这表明美国的沥青路面再生技术已经达到了相当成熟的地步。

日本从1976年开始进行沥青混合料再生技术的研究,到现在,路面废料再生利用率已经超过70%。1984年7月,日本道路协会出版了《路面废料再生利用技术指南》,对路面废料的应用与设计、再生材料、配合比设计、拌和站、施工与质量检验等方面作出了一些指导性的建议与规定,该课题还在不断地继续开展。日本2000年再生沥青混合料已达50万t,占全年沥青混合料产量的58%,日本每个拌和站都具备生产再生沥青混合料的能力。

欧洲一些国家对再生技术的研究开展得相对较晚。20世纪70年代中期,联邦德国、荷兰、芬兰等国家相继进行小规模试验,并迅速推广应用。相比之下,联邦德国再生技术研究的发展速度较快,居欧洲首位。联邦德国是最早将厂拌再生应用于高速公路路面养护的国家,到1978年已经将全部废弃沥青混合料加以再生利用,并以法律形式加以执行。在芬兰,几乎所有的城镇都组织旧沥青混合料的收集和储存工作。法国在高速公路和一些重要交通道路的路面修复工程中推广应用这项技术。过去,再生材料主要用于轻型交通的路面和基层,近年来,在重交通道路上也已经开始应用。

2.国内关于再生技术的研究与实践

中国在20世纪70年代初就曾不同程度地利用废旧沥青混合料来修路,但大都将其作为废料考虑,一般只用于轻交通道路、人行道或道路垫层,并未形成系统的研究体系。在国家“七五”和“八五”科技攻关中,对沥青路面的热再生机理、热再生设计方法和热再生施工工艺实用技术进行了比较系统的研究。通过理论分析和试验研究,对沥青路面热再生技术的本质有了一定的认识,探明了沥青路面热再生的科学途径,并在此基础上初步建立起沥青路面热再生的配合比设计方法。

在80年代中期,苏州、南京、武汉、天津四城市率先对旧沥青路面再生利用技术进行研究试验和推广工作,并取得了可喜的成果。湖南省将乳化沥青加入旧渣油表处面层,并分别用拌和法和层铺修筑了再生试验路。甘肃省兰州公路总段从1983年以来采用阳离子乳化沥青作再生剂对多条道路进行冷再生沥青路面工作,同时对另一些道路进行热法再生路面工作。云南省也在1983—1988年进行了一些再生沥青路面试验研究。

近年来,一些公路单位又开始尝试着将旧沥青路面简单再生后用于中轻交通量公路或道路基层,如1992年同济大学在淮阜路采用阳离子乳化沥青进行冷再生沥青路面试验。1997年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面,取得了一定效果。2008年由浙江兰亭高科有限公司、长沙理工大学等单位负责研究西部交通建设科技项目“沥青路面再生利用关键技术研究”,该项目关键是解决了厂拌热再生、厂拌冷再生、就地热再生的技术问题。一直以来,我国的一些高校和科研院所也进行了大量的试验研究和试验路的铺筑。

这些工作为我国旧沥青路面再生利用提供了宝贵经验,但对于高等级公路路面的再生利用研究不足。近年来,一些工程科研部门已经开始对冷再生技术在高等级道路方面的应用进行试验研究。

我国根据实践的理论指导、科学的设计方法及机械设备的支持,于2008年4月颁布了《公路沥青路面再生技术规范》,再生旧料在我国实际工程中逐渐得到大量应用。但是与发达国家相比,我国沥青路面冷再生技术,无论从再生利用方式、再生材料性能的研究到实用施工技术均处于研究阶段,尚未形成完整的设计方法、施工工艺和质量控制标准,仍有很多课题需进行研究。这些课题都是旧沥青混合料再生需要解决的关键技术,也是我国真正推广旧料再生技术的一个重要前提,这些都说明了我国对旧沥青混合料再生技术的研究是很有必要的。

1.2.2　路面再生技术的应用前景

随着我国公路建设飞速发展,早期建设的道路经过十几年的运营之后,高速公路、干线公路以及县乡道陆续到了维修期和改建期,按照沥青的设计寿命为15～20年计算,今后每年将有约12%的沥青路面需要翻修,在这种形势下,公路养护和维修改造工作量十分繁重,如果仅仅将大量的翻挖、铣刨沥青混合料废弃,会造成环境污染和资源浪费,尤其是对于缺少沥青、砂、石灰、水泥、石料等筑路材料的地区,沥青路面再生技术这一道路维修新技术,在环境保护及节约能源方面具有独特的优势,越来越受到道路建设者的关注。

例如:某改造升级道路,基层修建采用冷再生水泥稳定土基层铣刨施工,施工中采用5%的水泥掺量,经实验室取样检测,施工后的水泥稳定砂底基层强度达到1.5MPa左右,完全满足设计及施工质量规范要求。另外,由于在既有路上直接进行冷再生施工,不需挖除既有路面并换填土,因此大大节省了施工成本,直接节省约55元/m3的施工成本,间接节省了机械设备等资源占用成本,提升了工期效益。同时,采用半幅施工方案对公共交通影响很小,也具有很大的社会效应。可见,开发应用“绿色施工技术”必将取得巨大的经济和社会效益,也是社会发展的必然要求。

同时,“工业废料与再生技术的应用”是我国“公路水路交通‘十一五’科技发展规划”提出的重点研究方向之一,而交通运输部印发的“十二五”公路养护管理发展纲要中提出我国公路养护管理事业发展目标为:力争到2015年,全国公路养护废旧沥青路面材料循环利用率达到40%,国省干线公路废旧沥青路面材料循环利用率达到70%,高速公路废旧沥青路面材料循环利用率达到90%。为此,研究推广符合资源节约、节能减排的绿色养护技术,重点推广沥青路面再生和温拌、废旧轮胎橡胶利用等废旧路面材料的循环利用技术和施工工艺是当前及今后的重要研究课题。在道路维修养护中,只要路面冷再生技术措施得当,冷再生混合料可获得比较满意的路用性能,推广应用前景较好。

目前,道路路面再生利用这一新技术在国内已有应用,推广应用空间大,这就要求广大的道路科技工作者在这个领域去不断地深入探索和总结,尤其是目前我们还缺乏完善的再生技术设计理论,尚无完备的检测手段及专门的试验方法,各类再生技术的工艺特点及质量控制要求需进一步明确等。

鉴于此,本研究主要对道路冷再生技术进行了系统的分析和总结,结合沥青路面冷再生技术的工程应用情况,从改建工程现场获取典型的旧沥青路面混合料试样,结合冷再生路面混合料性能要求,对加入不同添加剂的冷再生混合料的性能进行试验研究,确定冷再生沥青混合料的性能指标,从而为道路冷再生技术的应用提供试验依据,促进该技术的研究和推广,这对于降低工程建设成本和养护成本,保护生态环境,具有极大的意义。