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绿色养护:让旧沥青重回结构层【图】

作者:文 全国沥青混凝土标准化分技术委员会 李国涛 徐世国 中国交通新闻网 吕雷 来源:《中国公路》 时间:2019-04-15

“绿色”发展理念体现在道路养护领域,即指建立低消耗、低污染、高效率的养护新模式。交通运输部提出2020年全国公路路面旧料循环利用率要达到90%以上的工作目标。在此形势下,重点推广沥青路面再生和温拌、水泥路面就地利用等废旧路面材料的循环利用技术和施工工艺,在养护施工作业中降低排放,努力创新养护新技术和新的发展模式,成为必然。

100%回收利用的就地热再生

就地热再生技术作为一种高效的养护措施,能将沥青路面预防性养护与再生技术相结合,既可以恢复原沥青路面的路用性能,100%回收利用原沥青路面旧料,实现原路面材料的再次利用,节省大量材料资源和资金,避免环境污染,又可有效减少二氧化碳排放量,实现公路养护的可持续发展。

现阶段,我国较大区域内的高等级公路急需提升改造,而就地热再生工艺具备热界面、热接缝、热再生“三热法”的改造理念,对道路提升改造的适用性较强。

在新建道路中,就地热再生适用性体现在对层间结合的处置上。目前,国内很多道路在铺筑沥青下面层后,上面层的铺装间隔时间较长,道路上下面层间在间隔时间内通常会受到污染,仅仅采用普通黏层油无法使层间达到完全连续的状态。然而采用就地热再生工艺首先对下面层进行加热、拉毛,最后加铺上面层,达到了“三热理念”的热界面的要求,道路使用效果更佳。

成都绕城高速公路自通车以来交通量增长较快,超载、超限现象严重,导致路面出现车辙、纵横向裂缝、网裂沉陷等病害。2016年10月,成都绕城高速公路养护施工时,项目组采用了就地热再生这种新型的路面养护技术。

与传统工艺相比,再生机组施工将原路面废旧沥青混合料100%再生循环利用,节省了40%的成本。成都绕城高速公路分车道施工,为确保行车安全,再生沥青混合料碾压成型后仍维持原路面标高,仍采用细粒式改性沥青混合料AC-13C。而且,原沥青路面沥青用量偏低,为改善旧沥青混合料的性能,机组负责人经综合考虑添加部分新SBS改性沥青,以改善再生沥青混合料的性能。该机组采用高效环保的热风循环技术,燃油消耗量节省了30%。

经测算,就地热再生施工相比传统工艺,在温室气体排放量方面,每施工1万平方米可减少二氧化碳排放26吨,在资源的利用率方面,每施工1万平方米利用废旧沥青混合料960吨,节约新沥青料600吨。就地热再生方法在节能环保、废旧沥青再利用方面的优势在该次绕城养护中显现。

就地热再生工艺在道路养护、维修等方面具备其自身的优势,但在一些其他情况下,就地热再生工艺将不再适用,例如沥青路面存在大规模的结构性病害;旧路沥青混合料原材料性能不满足再生使用要求;水泥路面加铺沥

青层产生的路面病害等。

零污染的特种乳化沥青

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济菏高速公路上使用就地热再生技术,一次性实现旧沥青混凝土路面循环再生利用,只需添加少量新料,就能完成高速公路的修复。

拌和型的特种乳化沥青替代传统热体系沥青,彻底告别了沥青热态使用的历史,同时大幅提高了混合材料的路用性能。与热沥青相比,特种乳化沥青是在表面活性的作用下,用水将沥青“稀释”成液体。水蒸发到空气中后,形成水蒸气,不会对环境形成污染,同时,用水作为溶稀释剂,成本极低,有利于工业化应用。

常规乳化剂对沥青的路用性能是否产生影响,是乳化沥青替代热沥青的关键。经过测试发现,绝大部分的乳化剂对沥青的水稳定性极为不利,沥青混合料试件放入60摄氏度的水中浸泡,测试其抗水损坏的能力,成功率很低,一般几个小时后,试件就产生了崩解。

产生此类情况的原因,就是沥青中的常规乳化剂再次溶解到热水中,破坏了沥青的胶结强度,从而导致混合料失去强度,这是乳化沥青替代热沥青的关键瓶颈。

通过实践发现,乳化沥青要替代热沥青,必须满足以下条件和性能:乳化剂必须能将沥青乳化;温拌后形成混合料,其亲水基能不溶解于水;亲水基对集料必须具有较好的结合能力;乳化剂与沥青必须相融;乳化剂在沥青混合料中,不能降低混合料的路用性能等。

在研发中发现,R24、R24G、R24GA、R25GC、R26、KL90等不同型号的特殊乳化剂,可适应不同沥青及不同的使用状况。以R25GC为例测试的混合料,路用性能指标中,马歇尔稳定度、马歇尔残留稳定度、劈裂强度等数据表明,特种乳化沥青混合料成型温度在115摄氏度至120摄氏度的温拌温度下,仍具有极佳的路用性能,特别是具有极好的抗车辙能力。

自2011年开始,特种乳化沥青混合料就开始试用于道路养护。跟踪观察发现,其使用寿命、强度均有较好的表现。例如,2011年7月,马鞍山经济开发区的红旗路、杨山路、惠林路等路面,共铺设了1300多平方米的特种乳化沥青温拌混合料,摊铺温度为70摄氏度,截至2017年年底,其路面状态良好。

实现温拌的乳化沥青再生

沥青路面的养护大中修中,会将路面全部铣刨下来,然后重新做路面,旧料只能当废料或普通碎石填埋到结构基础或做成路面的冷再生基层,旧料将无法循环利用。传统理论认为,沥青老化是因为沥青中的芳香酚相移成了沥青质,导致沥青变硬变脆。因此为改善沥青的脆断性,向沥青里面添加减少的芳香酚,提高其柔软性,以此来缓解沥青的脆硬程度。沥青路面回收料添加比例越高,需要添加的芳香酚就越高,沥青合理比例关系就越差,进而使得再生沥青混合料的性能就越差。目前,我国在再生技术领域,理论、再生剂跟国外发达国家并没有什么差距,但在应用水平差距较大,我国平均RAP(再生沥青混合料)掺配比例为25%左右,美国等发达国家基本可做到35%以上。

济菏高速公路上使用就地热再生技术,一次性实现旧沥青混凝土路面循环再生利用,只需添加少量新料,就能完成高速公路的修复。

其实,路面养护产生的RAP的再利用上,采取以特种乳化再生的方式,不仅可以实现温拌再生,还可以将RAP的再生比例提到到98%至100%,同时,其主要路用性能将大幅度高于新材料标准。沥青是原油经蒸馏后,调配组分而形成的稳定工业产品,其形成过程中,经过400余度高温炼制而成,而沥青混合料铺筑到路面后,正常使用温度不超过80摄氏度,如果仅仅通过碾压、振动、光照就使其中的一部分物质转化成另外一种物质,要这种极其温和的条件下产生所谓相移是难以成立的。

在自然气候作用下,沥青中的芳香酚等轻组分,由小分子基团聚合成大分子基团,轻组分变密实了,沥青自然也就变脆硬了,使用时间越久,沥青小分子基团聚合就越严重,沥青脆断性就越高。在实践中,通过添加特种活性剂到老化沥青中去,检测其针入度指标,发现特种活性剂可以使得老化的沥青针入度明显提升。提高特种活性剂比例,将提高针入度,说明这种活性剂具有明显的分散团聚沥青聚合基团的作用,使得老化沥青获得还原。

对于RAP掺配比例小于50%的情况,可以将再生剂直接加入到沥青中,充分混合,制成再生基质沥青,再将再生基质沥青在拌缸中与集料拌和。对于RAP比例大于60%以上的情况,由于RAP占的比例过大,即便用再生基质沥青,其用量有限,在短短的几十秒内与RAP搅拌均匀,使得活性剂渗透到RAP沥青中去是非常困难的,通过大量试验,这样的方法导致的沥青混合料路用性能指标离散较大,质量难以控制。如果提高拌和时间,将大幅度增生产成本,基本上,拌和时间延长1秒,混合料每吨成本提高1元。

如何做到在正常的拌和时间内,使得再生剂充分地分散到集料胶结层的表面?共有三种方案:再生基质沥青发泡,将再生基质沥青制成发泡沥青,喷入拌缸中;将再生基质沥青制成乳化沥青;将再生剂改造成具有乳化能力的再

生剂,用此再生剂将沥青制成再生型乳化沥青。

其中,将再生剂改造成具有乳化能力的再生剂的难度大,需要改造活性再生剂的活性功能基,使其具有合适的亲油、亲水能力,其LHB符合沥青乳化要求,同时又不能对再生性能产生不利影响,但一旦研发成功,这个方法将是最

具前景的技术方案。

目前,已经研发Z-4EM、Z-4FM、Z-KL90等一系列特种再生乳化剂,对目前市场上常见的重交沥青进行乳化,甚至克拉玛依沥青进行乳化。其改性后的再生剂,对沥青的性能有较大的提升,比如:阻燃、强度自恢复等乳化沥青混

合料的一些特有的性能,甚至可以将低强度的RAP再生成高强度的沥青混合料,这已经超出了传统再生技术之所能。

该项技术已在安徽省六安市等地试验,应用效果良好。

【中国公路网编辑记者任燕 在线QQ:360638367】
       【电话:13146474233 邮箱:rym@9811.com.cn 】

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