姚凱
(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司,上海市 201210)
瀝青路面研究與應(yīng)用綠色技術(shù)進(jìn)展
姚凱
(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司,上海市 201210)
溫拌瀝青混合料、膠粉改性瀝青混合料以及瀝青混合料再生技術(shù)是瀝青路面工程領(lǐng)域綠色技術(shù)的主要代表。系統(tǒng)介紹與分析這些綠色技術(shù)的特點(diǎn)、研究與應(yīng)用現(xiàn)狀,以利其大規(guī)模推廣和應(yīng)用。
溫拌;膠粉改性;再生;瀝青混合料;研究;應(yīng)用
改革開放以來,我國道路工程建設(shè)發(fā)展迅速,至2012年底,全國公路里程數(shù)達(dá)到423.8萬km(見圖1),鋪裝路面和簡易鋪裝路面公路里程超過280萬km,其中瀝青混凝土路面在57萬km,占20%以上[1]。
圖1 2008~2012年全國公路總里程與公路密度
瀝青路面不僅取代水泥混凝土路面成為我國公路鋪裝主力軍,而且我國市政道路大部分的改、新、擴(kuò)建路面工程均采用了瀝青混合料路面,但是傳統(tǒng)瀝青路面工程同時也消耗了大量燃料、礦料、石化制品等能源和礦產(chǎn),而且產(chǎn)生了粉塵、瀝青煙、噪聲等污染,尤其在大、中型城市,這種污染現(xiàn)象表現(xiàn)得更為突出。顯然,這與黨的十八大提出的“把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位,融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會建設(shè)各方面和全過程,努力建設(shè)美麗中國,實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展”的國家戰(zhàn)略和社會對環(huán)境保護(hù)的迫切愿望不相符,可見瀝青路面在我國持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。因此,轉(zhuǎn)變觀念,研究和應(yīng)用綠色環(huán)保型瀝青路面技術(shù),是助推瀝青路面技術(shù)革新、加快瀝青路面工程項(xiàng)目發(fā)展及擴(kuò)大瀝青路面生存空間的方向。
發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)40~50年代就開始研究將綠色技術(shù)應(yīng)用于瀝青路面工程項(xiàng)目。經(jīng)過幾十年的研究與應(yīng)用,已經(jīng)將諸如膠粉改性瀝青混合料、溫拌瀝青混合料及瀝青混合料冷再生等多種典型綠色技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種瀝青路面工程項(xiàng)目,取得了減少污染物排放、節(jié)約資源等良好的社會、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益。相比發(fā)達(dá)國家,我國開展瀝青路面綠色技術(shù)研究與應(yīng)用比較晚,基本上始于20世紀(jì)90年代初期。到目前為止,研究較為成功且在一些工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用的綠色技術(shù)種類不多,基本上以溫拌瀝青混合料、膠粉改性瀝青混合料、瀝青混合料再生等技術(shù)為主。
目前,我國已經(jīng)處于室內(nèi)研究、試驗(yàn)段中試和工程項(xiàng)目成熟應(yīng)用階段的綠色技術(shù),種類很多,總體上可分為節(jié)能減排型和資源再生型兩大類。其中“節(jié)能減排技術(shù)”以溫拌瀝青混合料技術(shù)為代表,膠粉改性和瀝青混合料再生等技術(shù)則是“資源再生技術(shù)”發(fā)展的幾個主要領(lǐng)域。本文將介紹、分析并總結(jié)以溫拌、膠粉改性、瀝青混合料再生等為代表的綠色技術(shù)的國內(nèi)外研究和應(yīng)用情況,為我國道路工程、環(huán)境保護(hù)的研究提供參考和借鑒。
在道路工程建設(shè)中,瀝青混合料的生產(chǎn)和應(yīng)用是能源消耗與環(huán)境污染的大戶。德國研究數(shù)據(jù)表明,每生產(chǎn)1 t熱拌瀝青混合料需消耗8 L燃料油。我國的測試數(shù)據(jù)表明,在生產(chǎn)和鋪裝過程中熱拌瀝青混合料排放出2.6 mg/m的二氧化碳(CO2),104 mg/m的一氧化碳(CO)、151 mg/m的氮氧化物(NOX)以及5.6 mg/m的煙塵等廢氣[4,5]??梢哉f,使用熱拌瀝青混合料的負(fù)面影響就是環(huán)境的破壞、能源的浪費(fèi)和人的生存圈的縮小,這與我國發(fā)展綠色可持續(xù)道路的方向是背道而馳的。一種綠色環(huán)保的新型瀝青混合料——溫拌瀝青混合料,不僅同時兼具熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料的優(yōu)點(diǎn)(見表1),而且它的拌和與攤鋪溫度比傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料低30℃以上,可以大大降低能源的消耗,減少對周圍環(huán)境和施工人員的危害(見圖2),同時又能保持與熱拌瀝青混合料基本相同的使用品質(zhì)。
表1 三種典型SBS改性瀝青混合料拌和與施工工藝對比[6,7]
圖2 溫拌瀝青混合料與熱拌瀝青混合料的出料過程
1.1技術(shù)特點(diǎn)
相比傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料,溫拌瀝青混合料的制備與鋪裝更加節(jié)能、環(huán)保、方便,路用性能也更優(yōu)。國內(nèi)外大量的室內(nèi)和現(xiàn)場研究資料表明,相對于熱拌瀝青混合料,溫拌瀝青混合料優(yōu)點(diǎn)較多,詳見表2。
1.2研究與應(yīng)用
從20世紀(jì)90年代中期發(fā)展至今,溫拌瀝青混合料技術(shù)已經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)路段到大規(guī)模應(yīng)用,由簡單一元化到精細(xì)多元化的過程,取得了令人驚喜的成果,具體情況見表3。
表2 溫拌瀝青混合料優(yōu)點(diǎn)
表3 國外溫拌瀝青混合料技術(shù)發(fā)展過程[8,9]
根據(jù)美國國家瀝青鋪裝聯(lián)合會(NAPA)統(tǒng)計(jì),美國2009年的溫拌瀝青混合料使用量為1 920萬t,而2010的溫拌瀝青混合料用量增長為4 760萬t,增長率為148%。溫拌瀝青路面也逐步在我國的一些地方得到大規(guī)模推廣和應(yīng)用。2010年,北京實(shí)現(xiàn)新建路面的30%為瀝青路面,2011為60%,2012年實(shí)現(xiàn)100%,成為全球第一個新建路面全部采用溫拌瀝青路面的城市。四川映日路、青海德令哈公路等路面工程均采用了溫拌瀝青路面形式[10]??傮w上,溫拌瀝青混合料在國內(nèi)外的應(yīng)用規(guī)模和范圍呈現(xiàn)逐步增長的趨勢。
2.1技術(shù)背景
廢舊輪胎長期露天堆放,不僅占用大量土地,而且極易滋生蚊蟲,傳播疾病,一旦引發(fā)火災(zāi),污染極其嚴(yán)重。廢舊輪胎在翻新、再生膠過程中會產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)污染物,廢輪胎焚燒回收能量可能產(chǎn)生二噁英、呋喃、多環(huán)芳烴以及重金屬等污染物。近些年來,歐美及日本等世界主要發(fā)達(dá)國家的輪胎年報廢量不斷攀升。2007年,美國年報廢輪胎量就達(dá)到了2.99億條,近300萬t,待處理1.88億條;日本2002年報廢輪胎量1.02億條,約102萬t;德國2007年報廢量約為54.6萬t。英國2006年年產(chǎn)量為53.3萬噸[11-13]。進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國每年報廢輪胎的量不低于150萬t,并且以10%的速度增長[14],2006年廢舊輪胎量就達(dá)到1.6億條,2009年更是增至1.9億條[15]。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)與預(yù)測,目前我國廢舊輪胎的報廢量持續(xù)增加。表4詳細(xì)列舉了有關(guān)研究人員對我國廢舊輪胎量的預(yù)測[16]。
表4 我國輪胎年報廢量統(tǒng)計(jì)與預(yù)測
若將廢棄輪胎應(yīng)用于資源消耗量大的瀝青路面工程,不僅消納了大量固體廢棄物,且用膠粉改性混合料鋪筑的瀝青路面比普通瀝青路面更耐用,產(chǎn)生裂紋少,耐候性更好,遇嚴(yán)寒天氣也不易結(jié)冰。據(jù)相關(guān)分析,用廢膠粉改性瀝青鋪設(shè)一條雙向高等級公路,每公里路面可消耗1萬條廢舊輪胎制成的廢膠粉。
2.2研究現(xiàn)狀
自20世紀(jì)60~70年代以來,美國、法國、英國、南非等國家先后開展了橡膠瀝青和橡膠瀝青混凝土的應(yīng)用研究。以美國為首的發(fā)達(dá)國家對膠粉改性瀝青及其混合料的研究起步早,研究連續(xù),成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較豐富。南非對膠粉瀝青的應(yīng)用門類全、技術(shù)成熟。據(jù)了解,目前南非60%以上的道路瀝青使用橡膠瀝青[17]。根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn),對于超重軸載的環(huán)境,使用橡膠粉改性瀝青混凝土尤為有利[10]。我國對膠粉改性瀝青的研究起步于20世紀(jì)80年代初,但由于受到各種條件的限制,進(jìn)展較為緩慢,相關(guān)研究成果及鋪筑試驗(yàn)路較少。直到2001年,交通部公路科學(xué)研究所主持了交通部西部科研項(xiàng)目——廢舊橡膠粉用于筑路的技術(shù)研究,才對橡膠瀝青及膠粉瀝青混合料的路用性能及力學(xué)特性開展了全面、系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。
2.3應(yīng)用現(xiàn)狀
到20世級末,美國鋪設(shè)的廢膠粉改性瀝青路面已超過1.1萬km[18]。此外,日本、俄羅斯、加拿大、瑞典、韓國、芬蘭等國亦成功地將廢膠粉改性瀝青用于修建高速或高等級公路。自1982年以來,我國江西、四川、遼寧等地也都嘗試著鋪設(shè)廢膠粉瀝青路面,經(jīng)多年實(shí)踐考察,效果良好。目前,新疆、寧夏、云南、河南等地在筑路中也先后使用廢膠粉。近年來,中國每年修建公路需消耗多達(dá)200~300萬t的瀝青,公路維護(hù)保養(yǎng)所消耗的瀝青還不包括在內(nèi)。若在瀝青中摻入15%的廢膠粉,則每年可消耗廢膠粉30~45萬t[19,20]。其結(jié)果必然是既不用進(jìn)口昂貴的SBS改性瀝青,又疏通了廢膠粉的消費(fèi)渠道,使中國國內(nèi)自有資源得到了充分的利用,扶持了廢膠粉生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)了廢舊輪胎的回收利用。
3.1技術(shù)特點(diǎn)
瀝青混合料再生利用是指通過翻挖、回收、破碎、篩分等工藝過程,將需翻修或廢棄的舊瀝青路面材料與再生劑、新集料、新瀝青材料等按一定比例重新拌和,形成具有一定路用性能的再生瀝青混合料。瀝青混合料再生技術(shù)具有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn):
(1)節(jié)約道路建筑材料;
(2)節(jié)約建設(shè)成本;
(3)利于環(huán)境保護(hù)。
3.2研究與應(yīng)用
美國于20世紀(jì)20年代最早開始研究和應(yīng)用瀝青混合料再生技術(shù),到20世紀(jì)80年代末,該技術(shù)所生產(chǎn)和應(yīng)用的瀝青混合料量占全美國公路所用瀝青混合料總量的50%[21]。德國、日本、芬蘭、法國等國家的再生技術(shù)研究與發(fā)展也極為迅速,所占比重與日俱增。我國在該技術(shù)領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)70年代,據(jù)統(tǒng)計(jì),到1986年,全國累計(jì)鋪筑再生瀝青混合料600 km[22]。由于自從20世紀(jì)90年代開始,我國公路行業(yè)進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段,原有舊瀝青路面體量小,再生技術(shù)基本無法滿足大規(guī)模建設(shè)的需求,因此,再生技術(shù)的研究與推廣基本處于停滯狀態(tài)。直至近些年來,我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),如東部沿海地區(qū)在大規(guī)模建設(shè)時期修建的大批瀝青路面已經(jīng)或超過服役年限,翻修或廢棄的舊瀝青混合料體量極大,推動了我國瀝青混合料再生技術(shù)的研究與應(yīng)用,且隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的逐步推進(jìn),瀝青混合料再生技術(shù)的研究與應(yīng)用將迎來一片廣闊的天地。
通過對溫拌、膠粉改性以及瀝青混合料再生技術(shù)三種主要綠色技術(shù)的特點(diǎn)、研究及應(yīng)用現(xiàn)狀的介紹與分析,不難發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外已經(jīng)對這些技術(shù)進(jìn)行了較為全面的研究及應(yīng)用,取得了良好的社會和環(huán)境效益,但受性能、成本、技術(shù)成熟度等因素的制約,相對傳統(tǒng)瀝青路面技術(shù),這些技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模在國內(nèi)相對較小。因此,不僅需要道路與環(huán)保領(lǐng)域的工作人員進(jìn)一步研究與推廣上述綠色技術(shù),還需要有關(guān)政策的扶持。
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U414
B
1009-7716(2016)04-0025-04
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.04.008
2015-12-22
姚凱(1983-),男,湖北潛江人,工程師,長期從事施工技術(shù)管理和道路功能性鋪裝研究工作。