冀 歡

（朔州路橋建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 朔州 036002）

道路是目前國(guó)內(nèi)外陸路交通的主要形式之一，在我國(guó)二級(jí)以上的高等級(jí)的道路（包括已在運(yùn)行中的高速公路）的保有量已達(dá)53.2×104km以上。雖然，這些道路僅占全國(guó)等級(jí)道路通車(chē)總里程中的14%，卻承擔(dān)著全國(guó)道路交通客（貨）運(yùn)輸總量的83%左右。顯然，高等級(jí)道路的通車(chē)?yán)锍碳捌滟|(zhì)量的優(yōu)劣是衡量道路運(yùn)輸能力的主要指標(biāo)之一。我國(guó)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大國(guó)，但高等級(jí)道路的發(fā)展歷史較短。如高速公路在我國(guó)大陸的運(yùn)行歷史只有不到30年（1986年通車(chē)的滬嘉高速是大陸第一條現(xiàn)代意義的高速公路）。依照高速公路的使用壽命約為30年估算，我國(guó)的所有高速均尚未達(dá)到一個(gè)完整的壽命周期。有鑒于此，涉及高等級(jí)道路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、日常管理、養(yǎng)護(hù)工程及道路材料的再生利用方面均有很多關(guān)鍵項(xiàng)目需要技術(shù)攻關(guān)和逐步突破，這也是我國(guó)道路健康發(fā)展、更好地服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步的必然。在這些主要項(xiàng)目中，由于涉及節(jié)能減排問(wèn)題，道路材料的再生利用顯得越來(lái)越重要，除了減少污染和排放已被人們所共識(shí)外，道路材料再生利用的經(jīng)濟(jì)意義亦不可小視（道路建設(shè)中，材料費(fèi)占工程中造價(jià)的60%左右[1]）。眾所周知，高等級(jí)道路路面形式的主體是瀝青混凝土路面，水泥混凝土路面所占比例較小。因此，道路養(yǎng)護(hù)工程及其路面材料的再生利用的主要對(duì)象是瀝青混凝土路面。為了實(shí)現(xiàn)瀝青混凝土路面的高品質(zhì)再生利用，對(duì)其再生過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行分析并對(duì)再生過(guò)程中涉及的主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行研究和優(yōu)化是十分重要的。

1 瀝青混凝土路面舊材料再生利用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值

我國(guó)的高等級(jí)公路，特別是高速公路已逐步進(jìn)入頻繁保養(yǎng)期和大修期。圖1反映了高等級(jí)道路產(chǎn)生的各種路面病害的數(shù)量隨使用年限增長(zhǎng)呈指數(shù)增加的基本規(guī)律[2]（以太舊高速和筆者所在大運(yùn)高速朔州段長(zhǎng)期實(shí)地觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做出）。

圖1 路面病害數(shù)量與道路通車(chē)年限的關(guān)系

我國(guó)高等級(jí)瀝青路面養(yǎng)護(hù)規(guī)程明確規(guī)定，道路維護(hù)項(xiàng)目包括日常維護(hù)保養(yǎng)、路面升級(jí)改造和翻新工程，這些工程施工往往都離不開(kāi)路面的挖切。而路面的挖切必然會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的路面廢舊材料。如果施工對(duì)象是高速公路的重鋪，則由于高速路面為雙向全封閉單向行駛設(shè)計(jì)（中部為隔離帶設(shè)置），則其重鋪工程中產(chǎn)生的路面舊材料數(shù)量Wg能夠進(jìn)行下述量化：

式中：Wg為舊材料數(shù)量，t；λ0為瀝青混凝土路面材料的比重（1.9～2.1），t/m3；L為單幅路面重鋪的長(zhǎng)度，m；B為路面的重鋪寬度，m；H為路面面層的挖切厚度，m.

顯然，路面重鋪工程中產(chǎn)生的路面舊材料的實(shí)際數(shù)量與挖切路面的原有長(zhǎng)度、寬度和厚度成正比。由于路面長(zhǎng)度較大，舊材料的產(chǎn)生數(shù)量往往具有相當(dāng)大的數(shù)字。如上所述，我國(guó)高速公路雖然起步較晚，但依照其設(shè)計(jì)壽命、工程施工質(zhì)量和實(shí)際使用情況，不少早期建設(shè)（如20世紀(jì)90年代之前）的高速公路已開(kāi)始逐漸進(jìn)入大修維護(hù)期，而后期通車(chē)的高速公路也有相當(dāng)部分進(jìn)入了路面病害的高發(fā)期而需要加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)?？紤]到我國(guó)現(xiàn)有高速公路通車(chē)?yán)锍桃殉^(guò)10萬(wàn)km，若每年大修工程量占通車(chē)總里程3%～5%，路面寬度和厚度分別為10 m和0.06 m，材料比重取平均值2.0計(jì)算，則每年僅高速公路路面大修工程可產(chǎn)生路面舊材料900萬(wàn)t左右。長(zhǎng)期以來(lái)，由于再生工藝技術(shù)的相對(duì)落后，這些材料的大部分難以再生利用，很多舊材料被丟棄而造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，若作為新鋪道路的基層，其再生利用的經(jīng)濟(jì)意義則受到很大的影響。這些材料若以新鋪面層的一部分（或作為新混合料制作過(guò)程中的添加材料）而得到再生利用，則以原材料的現(xiàn)行價(jià)格計(jì)，每年即可獲得直接經(jīng)濟(jì)效益40億元以上。

新世紀(jì)以來(lái)，受整個(gè)世界能源危機(jī)的影響，瀝青及路用石料的價(jià)格也呈現(xiàn)日趨上升的態(tài)勢(shì)。與20世紀(jì)后期相較，瀝青和石料的現(xiàn)行采購(gòu)價(jià)格已分別上升了一倍和30%以上。雖然近年來(lái)，石油及其制成品的價(jià)格有所回落，但作為瀝青混凝土中的黏結(jié)劑，路用瀝青的市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)不大。顯然，瀝青路面材料的再生利用具有明顯的且越來(lái)越突出的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 瀝青路面材料再生利用關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的控制

2.1 骨料級(jí)配的合理性

為了使瀝青混凝土路面達(dá)到設(shè)計(jì)的承載能力和使用壽命，其骨料（礦料）的級(jí)配必須合理。通過(guò)對(duì)山西省太舊和大運(yùn)等高速公路大修工程中鏟挖的瀝青路面舊材料中級(jí)配骨料的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)采用不同的作業(yè)工藝挖切的材料級(jí)配存在較大的差異。目前，大修過(guò)程中的鏟挖工序基本采用機(jī)械銑刨或鎬（風(fēng)鎬、電鎬人工鎬挖）挖完成。研究表明，除了路面在長(zhǎng)期的外來(lái)荷載及自然光候作用下產(chǎn)生的正常變化（試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種變化對(duì)骨料級(jí)配的影響小于5%）外，以銑刨方法得到的材料級(jí)配與原來(lái)初始設(shè)計(jì)級(jí)配出現(xiàn)較大的變化，而通過(guò)各種鎬挖方式獲得的路面材料則因破碎較少而與初始級(jí)配反映的各項(xiàng)指標(biāo)的差異明顯較小。

隨著道路機(jī)械技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，采用各種不同規(guī)格的路面銑刨設(shè)備完成舊路面的挖切工序已非常普遍，筆者所在的山西朔州高速亦大量保有國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口——以德產(chǎn)維特根（Wirtgen Co.）型號(hào)為代表的瀝青路面銑刨機(jī)械以完成上述挖切工程。這種機(jī)械化作業(yè)方式不僅能夠快速完成挖切作業(yè)，亦可使挖切料（即銑刨料）呈現(xiàn)較為均勻的顆粒；而鎬挖方式獲得的路面材料則雖破碎較少，但作業(yè)效率低下，只能用于道路日常養(yǎng)護(hù)時(shí)的局部小面積鏟挖作業(yè)。

因此，鑒于機(jī)械挖切已是目前高等級(jí)道路大修重鋪（包括較大面積的局部重鋪）的主要作業(yè)手段，其產(chǎn)生的銑刨料是材料再生利用的主要研究對(duì)象，而合理的礦料級(jí)配是保證再生瀝青混合料路用性能的必要條件之一，因此必須根據(jù)其礦料級(jí)配的變化進(jìn)行必要的新骨料摻配以達(dá)到（恢復(fù)）道路的原始骨料級(jí)配指標(biāo)，從而保證再生瀝青混合料達(dá)到所要求的設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)。

2.2 再生料中瀝青路用指標(biāo)的合理性

瀝青是混合料中的主要黏結(jié)劑，而瀝青的高分子特性使其對(duì)溫度、氣候和以車(chē)輛為主要荷載的外界作用呈現(xiàn)更為（相對(duì)于其他級(jí)配材料）敏感的影響，因此其材料的老化（主要表現(xiàn)為針入度、軟化點(diǎn)和延度等3項(xiàng)路用指標(biāo)的變化）較為嚴(yán)重，如瀝青的黏稠度是其外在物理特性的直觀反映，其指標(biāo)隨道路的使用年限而增大，并呈現(xiàn)下述基本規(guī)律[3]：

式中：τ為瀝青的黏稠度；λ為系數(shù)，其數(shù)值為瀝青的初始黏度；t為老化時(shí)間（相對(duì)于道路的使用年限）；m為老化系數(shù)（因化學(xué)組分不同，不同標(biāo)號(hào)的瀝青表現(xiàn)為不同的m值，因此，指數(shù)m可定量反映瀝青材料的老化速度）。

為了使再生材料的物化指標(biāo)得到恢復(fù)，保證再生材料的路用性能，應(yīng)對(duì)再生舊材料進(jìn)行瀝青老化程度的檢驗(yàn)。由于高等級(jí)道路，特別是高速公路的大修往往伴隨路面的重鋪，這種檢驗(yàn)是十分必要的。但若是路面的局部修復(fù)和二級(jí)以下的普通道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)（試驗(yàn)條件較差）時(shí)，這種檢驗(yàn)會(huì)因過(guò)于頻繁而難以做到，此時(shí)可以通過(guò)下述經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，即可將以下新瀝青添加比例（以混合料的總重為100%作基準(zhǔn)值）作為參考：

a）路面使用已5～10年：添加比例1%～1.5%。

b）路面使用已達(dá)10年以上：添加比例1.5%～2%。

2.3 舊瀝青混合料在新料中的添加比例

考慮到高等級(jí)道路必須保證嚴(yán)格的質(zhì)量指標(biāo)以及瀝青混合料再生利用的技術(shù)現(xiàn)狀，目前國(guó)內(nèi)外尚難以做到完全以再生混合料鋪筑高等級(jí)瀝青路面。其原因不僅在于再生材料試驗(yàn)手段有待完善，而且由于舊料的加熱難以進(jìn)行（加熱中的黏結(jié)和瀝青的老化）往往只能以常溫材料與新拌瀝青混合料直接混合，其結(jié)果很容易造成新材料的加熱溫度難以達(dá)到設(shè)定的使用溫度。因此，目前舊料的摻配比例通常不高于20%。近年來(lái)，很多道路研究和工程施工單位在瀝青混合料再生利用方面進(jìn)行了不懈的努力并取得了階段成果，如山西省交通科學(xué)研究院研發(fā)的熱風(fēng)循環(huán)間接加熱、長(zhǎng)治玉通機(jī)械開(kāi)發(fā)的立式熱風(fēng)加熱和北京永朋金諾開(kāi)發(fā)的加熱滾筒雙向加熱工藝等技術(shù)對(duì)于解決瀝青混合料的預(yù)熱問(wèn)題取得了很多技術(shù)進(jìn)步并已獲得國(guó)家專(zhuān)利授權(quán)，這些新工藝的逐步完善和推廣對(duì)于提高瀝青舊料的摻配比例和提高材料的再生質(zhì)量具有重要意義。

3 總結(jié)

基于我國(guó)道路交通事業(yè)的快速發(fā)展，特別是以石油為代表的不可再生能源供應(yīng)的日益緊張和遏制環(huán)境污染的嚴(yán)格要求，瀝青路面材料的再生利用將呈現(xiàn)更為重要的意義，但其再生技術(shù)仍有很多瓶頸需要突破，特別是以改性瀝青、乳化改性瀝青為代表的道路工程新材料的規(guī)模應(yīng)用和高承載力長(zhǎng)壽命復(fù)合路面為主要代表的新型道路結(jié)構(gòu)的研究和鋪筑[4]亦必將會(huì)對(duì)道路材料再生利用的相關(guān)技術(shù)和工程應(yīng)用工藝不斷賦予新的內(nèi)容。