郭小宏

（重慶交通大學(xué) 經(jīng)管學(xué)院，重慶 400074）

瀝青路面在建成使用一定年限后，由于受多種因素影響，原路面混合料的性能會(huì)發(fā)生變化，不能滿足路用性能要求。在山區(qū)公路瀝青路面的使用中，由于環(huán)境狀況和技術(shù)狀況復(fù)雜，原路面混合料的性能變化更快、變異性更大。這樣在恢復(fù)路面性能的養(yǎng)護(hù)工程中，會(huì)產(chǎn)生大量的黑色固體廢棄物。這些黑色固體廢棄物實(shí)質(zhì)是不能達(dá)到瀝青路面結(jié)構(gòu)層性能要求的舊瀝青路面材料，若將其廢棄，將給公路沿線帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染與生態(tài)破壞。所以在山區(qū)公路養(yǎng)護(hù)中，考慮到環(huán)境保護(hù)的特殊要求，恢復(fù)瀝青路面性能所采用的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，一定要符合資源節(jié)約、節(jié)能減排的綠色養(yǎng)護(hù)要求，將養(yǎng)護(hù)與資源循環(huán)利用相結(jié)合。

在公路養(yǎng)護(hù)中，若能將大量的黑色固體廢棄物重新加以循環(huán)利用，將這些不能達(dá)到瀝青路面結(jié)構(gòu)層性能要求的舊瀝青路面材料加工成符合路面結(jié)構(gòu)層性能要求的材料，既能滿足公路養(yǎng)護(hù)對(duì)混合料的需求，同時(shí)也能避免公路養(yǎng)護(hù)中舊料對(duì)環(huán)境的污染與破壞、緩解公路養(yǎng)護(hù)資金壓力，因此瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)就成了必然的選擇。

然而，瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)對(duì)原瀝青路面材料性能的穩(wěn)定性要求較高，這與實(shí)際的黑色固體廢棄物性能變異性大、穩(wěn)定性差形成較大矛盾。因此，分析研究公路黑色固體廢棄物的性能與變異性，掌握其性能和變異的變化規(guī)律，采用針對(duì)性的預(yù)處理技術(shù)，將黑色固體廢棄物加工成各項(xiàng)性能相對(duì)穩(wěn)定、符合瀝青路面廠拌再生對(duì)原材料性能要求、能夠形成不同規(guī)格的再生材料原材料——RAP基準(zhǔn)料，就變得十分重要。我們將這一技術(shù)稱為“舊瀝青路面材料基準(zhǔn)料合成技術(shù)”。

表1 某高速公路瀝青路面不同車道黑色固廢性能變化情況

1 公路黑色固體廢棄物的性能與變異

（1）路面不同的行車道，由于承受的車輪荷載不同，導(dǎo)致不同車道、不同路段固廢的瀝青含量、集料級(jí)配的變化不同。表1為國(guó)內(nèi)某條高速公路養(yǎng)護(hù)前不同車道固體廢棄物的性能變化情況；表2為同一高速公路不同路段固體廢棄物的性能變化情況。表1與表2說(shuō)明：同一高速公路路面在通車運(yùn)行多年后，由于路面所處的環(huán)境與技術(shù)狀況不同，養(yǎng)護(hù)中不同車道、不同路段的固廢性能是不同的。

（2）同一路段、不同年限路面固廢的瀝青含量、集料級(jí)配的變化。圖1為國(guó)內(nèi)某條高速公路養(yǎng)護(hù)前同一路段、不同年限路面固廢的級(jí)配變化情況；表3為同一路段、不同年限路面固廢的瀝青性能變化情況。

圖1篩分曲線顯示：大粒徑粗集料幾乎沒(méi)有，說(shuō)明固廢材料中原來(lái)大粒徑集料基本上已經(jīng)破碎轉(zhuǎn)化為小的集料；與規(guī)范AC-20Ⅰ相比，大于13.2mm的顆粒明顯比規(guī)范減少，而4.75 9.5mm的顆粒則比規(guī)范明顯偏多。表3說(shuō)明：使用5年和10年的固廢材料中，舊瀝青3大指標(biāo)的值在規(guī)范要求之外；與原始新瀝青比較，針入度、延度降低，軟化點(diǎn)升高，說(shuō)明2個(gè)年限的瀝青都有不同程度的老化；10年舊瀝青的針入度和延度比5年舊瀝青低，軟化點(diǎn)則比較高，說(shuō)明了瀝青的老化程度隨著使用年限的增加而增大。

圖1、表1-表3說(shuō)明：由于原路面設(shè)計(jì)、施工和不同的外界運(yùn)行環(huán)境，加之后期路面養(yǎng)護(hù)情況不同，同一時(shí)期公路養(yǎng)護(hù)中產(chǎn)生的公路黑色固體廢棄物其性能呈現(xiàn)較大變化與差異性。

2 公路黑色固廢轉(zhuǎn)化成瀝青路面再生原材料的機(jī)理

如果將公路黑色固廢作為一種可以利用的資源，通過(guò)循環(huán)利用的途徑，將其變?yōu)闉r青路面養(yǎng)護(hù)中的熱拌瀝青混合料，對(duì)不同來(lái)源的黑色固廢而言，最重要的問(wèn)題是解決黑色固廢性能變異性大、穩(wěn)定性差與瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)對(duì)原瀝青路面材料性能的穩(wěn)定性要求較高所形成的矛盾。

“舊瀝青路面材料基準(zhǔn)料合成技術(shù)（Reference Material Synthetic Technology of Hot Mix Recycled Mixture，簡(jiǎn)稱：基準(zhǔn)料合成技術(shù) RMS-HMR）”就是針對(duì)這一問(wèn)題，采用針對(duì)性的預(yù)處理技術(shù)，將實(shí)際黑色固廢中的集料級(jí)配、瀝青含量與瀝青老化程度的變異情況進(jìn)行控制，將其加工成各項(xiàng)性能相對(duì)穩(wěn)定、符合瀝青路面廠拌再生對(duì)再生原材料要求的一種綠色公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

RMS-HMR通過(guò)以下4個(gè)工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)降低黑色固廢性能的變異性，提高穩(wěn)定性，并將黑色固廢加工成不同規(guī)格要求、性能穩(wěn)定的熱拌再生混合料原材料——基準(zhǔn)料。

（1）使用柔性破碎技術(shù)，分別對(duì)不同來(lái)源的黑色固廢進(jìn)行破碎、篩分與分檔，并分別堆放。不同來(lái)源的黑色固廢性能不同，采用柔性破碎技術(shù)分別破碎，可使不同來(lái)源的黑色固廢性能保持穩(wěn)定，避免變異性的擴(kuò)大；對(duì)破碎后的材料進(jìn)行篩分與分檔，根據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｓ玫臒岚柙偕鸀r青混合料類型與目標(biāo)級(jí)配，將材料分成2 5檔并進(jìn)行篩分。分檔較多時(shí)，同一檔料的均勻性就越好，但堆放的堆數(shù)也越多。按照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）的要求：RAP最大粒徑應(yīng)小于再生混合料的最大公稱粒徑。根據(jù)RAP的最大公稱粒徑，理論上可以將破碎后的黑色固廢分成以下檔：0 4.75mm，4.75 13.2mm，13.2 16mm，16 19mm，19 26.5mm或近似檔位的黑色固廢顆粒料。

表2 某高速公路瀝青路面不同路段黑色固廢性能變化情況

圖1 某高速公路同一路段、不同年限路面（AC-20Ⅰ)固廢的級(jí)配變化情況

表3 某高速公路同路段不同年份的路面固廢瀝青（70號(hào)A級(jí)）瀝青性能變化情況

（2）對(duì)不同料源與檔位的黑色固廢顆粒料進(jìn)行綜合性能與變異性分析，并對(duì)同一檔位而且性能相近、但料源不同的黑色固廢顆粒料進(jìn)行混合。根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）中規(guī)定，對(duì)不同料源與檔位的黑色固廢顆粒料堆的材料性能與變異性進(jìn)行取樣分析，包括含水量、原瀝青的老化情況、油石比、級(jí)配等；通過(guò)比較不同顆粒料堆的材料性能與變異性，對(duì)同一檔位且性能相近、但料源不同的黑色固廢顆粒料堆進(jìn)行混合，以減少顆粒料堆數(shù)量；對(duì)混合后不同檔位的黑色固廢顆粒料材料再次進(jìn)行綜合性能與變異性分析，以確定不同檔位的黑色固廢顆粒料材料有利于不同規(guī)格基準(zhǔn)料的合成。

（3）根據(jù)再生瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配與各檔位黑色固廢顆粒料的配比與變異性，以黑色固廢顆粒料的實(shí)際配比與變異情況為基礎(chǔ)，通過(guò)運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算，進(jìn)行適用于瀝青路面廠拌再生技術(shù)的再生材料原料合成設(shè)計(jì)。按最接近再生瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配的要求，確定每一檔黑色固廢顆粒料的比例，并按確定的比例，將各檔黑色固廢顆粒料充分混合，成為用于某一再生瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)料。

（4）檢驗(yàn)基準(zhǔn)料級(jí)配。若基準(zhǔn)料關(guān)鍵篩孔與再生瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配中值距離絕對(duì)值的平均值K0、變異系數(shù)CV都小于目標(biāo)級(jí)配上下限對(duì)應(yīng)的值，則用于該再生瀝青混合料目標(biāo)級(jí)配設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)料合成成功?；鶞?zhǔn)料級(jí)配越接近目標(biāo)級(jí)配，則添加新集料就越少，就越節(jié)省資源。

3 公路黑色固廢轉(zhuǎn)化瀝青路面再生原材料——基準(zhǔn)料的生產(chǎn)過(guò)程

將公路黑色固廢作為一種可以利用的資源，則公路黑色固廢轉(zhuǎn)化成瀝青路面再生原材料——基準(zhǔn)料的合成生產(chǎn)過(guò)程為：RAP料就地預(yù)處理 → RAP料破碎 → RAP料篩分 → 不同檔位RAP顆粒料儲(chǔ)存 → 不同規(guī)格基準(zhǔn)料拌合 → 不同規(guī)格基準(zhǔn)料儲(chǔ)存。

3.1 舊瀝青路面材料分段移除

（1）舊瀝青路面標(biāo)識(shí)與分段。根據(jù)舊路面材料的性能調(diào)查情況，依據(jù)舊路面材料的品質(zhì)差異，對(duì)不同品質(zhì)的舊路面材料所處路段進(jìn)行標(biāo)識(shí)與分段。品質(zhì)差異不大的舊路面材料可用相同的標(biāo)識(shí)。

（2）舊瀝青路面材料移除。利用舊瀝青路面材料移除設(shè)備，根據(jù)已經(jīng)標(biāo)識(shí)的路段進(jìn)行路面材料的移除。當(dāng)采用路面翻松設(shè)備移除原路面材料時(shí)，對(duì)同一標(biāo)識(shí)路段內(nèi)的翻松材料可以就地進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的材料運(yùn)至后場(chǎng)堆放。不同標(biāo)識(shí)路段內(nèi)的材料應(yīng)分別堆放。當(dāng)采用路面銑刨設(shè)備移除原路面材料時(shí)，對(duì)同一標(biāo)識(shí)路段內(nèi)的路面材料應(yīng)分層銑刨，并運(yùn)至后場(chǎng)堆放。不同標(biāo)識(shí)路段內(nèi)、不同結(jié)構(gòu)層的材料應(yīng)分別堆放。

（3）舊瀝青路面材料堆放。嚴(yán)禁將不同性質(zhì)的舊瀝青路面材料混合堆放。當(dāng)不同路段的舊路面材料性能相近時(shí)，可以混合堆放。

3.2 舊瀝青路面材料破碎與篩分

（1）舊瀝青路面材料的破碎。應(yīng)考慮到本年度（或季度）內(nèi)，對(duì)本地區(qū)廠拌再生瀝青混合料不同類型與基準(zhǔn)料不同類型的需要。一般情況下，舊瀝青路面材料破碎后形成的料粒徑范圍應(yīng)在本地區(qū)基準(zhǔn)料不同類型的需要范圍。

（2）舊路面材料的破碎方式。采用柔性破碎機(jī)或?qū)Ｓ玫腞AP料破碎機(jī)，對(duì)塊狀黑色固廢進(jìn)行破碎處理。柔性破碎技術(shù)采用讓雙輥式破碎機(jī)2個(gè)滾軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不同，同時(shí)輥?zhàn)佑龅竭^(guò)硬或不可破碎物時(shí)可以自動(dòng)退讓，可使塊狀的黑色固廢在破碎過(guò)程中沿輥?zhàn)颖砻媲芯€方向受到較大切向力，這樣在法向壓力與切向剪力的共同作用下，使得黑色固廢的破碎過(guò)程呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的揉搓作用。在這種揉搓作用下，塊狀黑色固廢中不同粒徑的顆粒料沿著結(jié)合的界面被揉搓分離，被分解成更小粒徑的顆粒料。這一過(guò)程稱為揉搓分離過(guò)程，提出的這一技術(shù)稱為黑色固廢柔性破碎技術(shù)。通過(guò)柔性破碎與篩分降低黑色固廢性能的變異性，提高了穩(wěn)定性。

在技術(shù)條件許可時(shí)，也可采用RAP料破碎機(jī)破碎舊瀝青路面材料。該設(shè)備作業(yè)時(shí)，對(duì)集料破壞較少，能夠保證材料的原有級(jí)配。

（3）篩分與檔位。破碎后的舊瀝青路面材料應(yīng)進(jìn)行篩分，應(yīng)根據(jù)本地區(qū)基準(zhǔn)料不同類型的需要范圍，進(jìn)行分檔與選擇檔位。

為了精確控制黑色固廢的變異性，提高黑色固廢在再生混合料中的摻配率，黑色固廢顆粒料粒徑應(yīng)控制在0 4.75mm、4.75 13.2mm、13.2 16mm、16 19mm、19 26.5mm等檔位或近似檔位。一般情況下，篩分的檔位應(yīng)劃分為3擋：0 4.75mm、4.75 9.5mm、大于9.5mm。

對(duì)于不同來(lái)源地的黑色固廢，應(yīng)分別破碎后，分別篩分；對(duì)于不同來(lái)源地、但性能相近的黑色固廢，經(jīng)充分混合、破碎后，應(yīng)一同篩分。黑色固廢經(jīng)過(guò)篩分，形成了規(guī)格不同、但性能穩(wěn)定的黑色固廢顆粒料。

（4）細(xì)料的有效利用。0 4.75mm檔位的細(xì)料中含有大量老化瀝青，但同時(shí)可能含有大量泥土。為了減少0 4.75mm檔位老化瀝青的流失，避免泥土對(duì)該檔料的污染，在舊瀝青路面材料移除前，應(yīng)對(duì)原路面進(jìn)行清潔，掃除泥土及污染物。

3.3 黑色固廢顆粒料拌合

（1）黑色固廢顆粒料拌合設(shè)備作業(yè)參數(shù)的確定。根據(jù)擬合成的基準(zhǔn)料類型及各檔黑色固廢顆粒料在該類型基準(zhǔn)料中的投放比例，分別調(diào)整拌合設(shè)備配料系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)。當(dāng)初步拌合出的基準(zhǔn)料集料級(jí)配符合該類型基準(zhǔn)料設(shè)計(jì)級(jí)配時(shí)，配料系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)即可予以確定。

（2）瀝青再生劑供給系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)確定。當(dāng)確有必要在黑色固廢顆粒料拌合階段，再生黑色固廢顆粒料的舊瀝青時(shí)，應(yīng)按瀝青再生劑的選用要求與確定的劑量，調(diào)整并確定瀝青再生劑供給系統(tǒng)作業(yè)參數(shù)。

（3）黑色固廢顆粒料上料。利用裝載機(jī)將相關(guān)檔位的黑色固廢顆粒料按要求供給拌合設(shè)備配料系統(tǒng)。一種檔位的黑色固廢顆粒料，對(duì)應(yīng)配料系統(tǒng)1個(gè)料斗。正常生產(chǎn)中，配料系統(tǒng)各料斗中黑色固廢顆粒料不能出現(xiàn)短缺。

（4）基準(zhǔn)料拌合。攪拌機(jī)拌合RAP顆粒料時(shí)，攪拌軸的作用速度應(yīng)穩(wěn)定，避免忽快忽慢。黑色固廢顆粒料的拌合時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，防止離析。具體拌合作業(yè)參數(shù)以拌合出的基準(zhǔn)料中各粒徑黑色固廢顆粒料分布均勻?yàn)橐恕?/p>

（5）基準(zhǔn)料出料。拌合好的基準(zhǔn)料直接卸給自卸汽車或成品料皮帶輸送機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。

表4 基準(zhǔn)料合成生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3.4 基準(zhǔn)料合成生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制

基準(zhǔn)料合成生產(chǎn)中，其質(zhì)量應(yīng)滿足表4的要求。

4 技術(shù)應(yīng)用效果

截止到2017年底，本技術(shù)先后在貴州江口、銅仁的多個(gè)國(guó)道、省道的公路改擴(kuò)建工程中得到應(yīng)用，累計(jì)里程達(dá)35km。在應(yīng)用本技術(shù)前，該地區(qū)采用廠拌熱再生技術(shù)處理黑色固廢的效果不明顯，每噸熱拌再生瀝青混合料中黑色固廢摻量在15%，并且熱再生混合料質(zhì)量不穩(wěn)定。應(yīng)用本技術(shù)后，每噸熱拌再生瀝青混合料中的黑色固廢摻量實(shí)際為40%以上，目前依托工程的技術(shù)觀測(cè)時(shí)間已經(jīng)超過(guò)4年。

依托工程應(yīng)用的技術(shù)效果為：通過(guò)對(duì)黑色固廢采用本文提出的RMS-HMR技術(shù)，與新拌瀝青混合料相比，可將每噸熱拌再生瀝青混合料中的黑色固廢摻量實(shí)際提高到40%以上；利用本技術(shù)拌制的再生瀝青混合料質(zhì)量穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求。

依托工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效果為：每噸熱拌再生混合料可節(jié)約新集料390kg，節(jié)約新瀝青9.5kg，減少黑色固廢400kg，減少CO2排放量2.4kg。在項(xiàng)目實(shí)施中，節(jié)約瀝青路面直接養(yǎng)護(hù)費(fèi)用10%左右。

貴州的依托工程實(shí)踐證明：RMS-HMR技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，顯著的社會(huì)效益與環(huán)境效益。