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100%回收利用的就地熱再生

就地熱再生技術作為一種高效的養(yǎng)護措施，能將瀝青路面預防性養(yǎng)護與再生技術相結合，既可以恢復原瀝青路面的路用性能，100%回收利用原瀝青路面舊料，實現(xiàn)原路面材料的再次利用，節(jié)省大量材料資源和資金，避免環(huán)境污染，又可有效減少二氧化碳排放量，實現(xiàn)公路養(yǎng)護的可持續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)階段，我國較大區(qū)域內(nèi)的高等級公路急需提升改造，而就地熱再生工藝具備熱界面、熱接縫、熱再生“三熱法”的改造理念，對道路提升改造的適用性較強。

在新建道路中，就地熱再生適用性體現(xiàn)在對層間結合的處置上。目前，國內(nèi)很多道路在鋪筑瀝青下面層后，上面層的鋪裝間隔時間較長，道路上下面層間在間隔時間內(nèi)通常會受到污染，僅僅采用普通黏層油無法使層間達到完全連續(xù)的狀態(tài)。然而采用就地熱再生工藝首先對下面層進行加熱、拉毛，最后加鋪上面層，達到了“三熱理念”的熱界面的要求，道路使用效果更佳。

交通運輸部提出，2020年全國公路路面舊料循環(huán)利用率要達到90%以上。

成都繞城高速公路自通車以來交通量增長較快，超載、超限現(xiàn)象嚴重，導致路面出現(xiàn)車轍、縱橫向裂縫、網(wǎng)裂沉陷等病害。2016年10月，成都繞城高速公路養(yǎng)護施工時，項目組采用了就地熱再生這種新型的路面養(yǎng)護技術。

與傳統(tǒng)工藝相比，再生機組施工將原路面廢舊瀝青混合料100%再生循環(huán)利用，節(jié)省了40%的成本。成都繞城高速公路分車道施工，為確保行車安全，再生瀝青混合料碾壓成型后仍維持原路面標高，仍采用細粒式改性瀝青混合料AC-13C。而且，原瀝青路面瀝青用量偏低，為改善舊瀝青混合料的性能，機組負責人經(jīng)綜合考慮添加部分新SBS改性瀝青，以改善再生瀝青混合料的性能。該機組采用高效環(huán)保的熱風循環(huán)技術，燃油消耗量節(jié)省了30%。

經(jīng)測算，就地熱再生施工相比傳統(tǒng)工藝，在溫室氣體排放量方面，每施工1萬平方米可減少二氧化碳排放26噸，在資源的利用率方面，每施工1萬平方米利用廢舊瀝青混合料960噸，節(jié)約新瀝青料600噸。就地熱再生方法在節(jié)能環(huán)保、廢舊瀝青再利用方面的優(yōu)勢在該次繞城養(yǎng)護中顯現(xiàn)。

就地熱再生工藝在道路養(yǎng)護、維修等方面具備其自身的優(yōu)勢，但在一些其他情況下，就地熱再生工藝將不再適用，例如瀝青路面存在大規(guī)模的結構性病害；舊路瀝青混合料原材料性能不滿足再生使用要求；水泥路面加鋪瀝青層產(chǎn)生的路面病害等。

零污染的特種乳化瀝青

拌和型的特種乳化瀝青替代傳統(tǒng)熱體系瀝青，徹底告別了瀝青熱態(tài)使用的歷史，同時大幅提高了混合材料的路用性能。與熱瀝青相比，特種乳化瀝青是在表面活性的作用下，用水將瀝青“稀釋”成液體。水蒸發(fā)到空氣中后，形成水蒸氣，不會對環(huán)境形成污染，同時，用水作為溶稀釋劑，成本極低，有利于工業(yè)化應用。

濟菏高速公路上使用就地熱再生技術,一次性實現(xiàn)舊瀝青混凝土路面循環(huán)再生利用,只需添加少量新料,就能完成高速公路的修復。

常規(guī)乳化劑對瀝青的路用性能是否產(chǎn)生影響，是乳化瀝青替代熱瀝青的關鍵。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，絕大部分的乳化劑對瀝青的水穩(wěn)定性極為不利，瀝青混合料試件放入60攝氏度的水中浸泡，測試其抗水損壞的能力，成功率很低，一般幾個小時后，試件就產(chǎn)生了崩解。

產(chǎn)生此類情況的原因，就是瀝青中的常規(guī)乳化劑再次溶解到熱水中，破壞了瀝青的膠結強度，從而導致混合料失去強度，這是乳化瀝青替代熱瀝青的關鍵瓶頸。

通過實踐發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青要替代熱瀝青，必須滿足以下條件和性能：乳化劑必須能將瀝青乳化；溫拌后形成混合料，其親水基能不溶解于水；親水基對集料必須具有較好的結合能力；乳化劑與瀝青必須相融；乳化劑在瀝青混合料中，不能降低混合料的路用性能等。

在研發(fā)中發(fā)現(xiàn)，R24、R24G、R24GA、R25GC、R26、KL90等不同型號的特殊乳化劑，可適應不同瀝青及不同的使用狀況。以R25GC為例測試的混合料，路用性能指標中，馬歇爾穩(wěn)定度、馬歇爾殘留穩(wěn)定度、劈裂強度等數(shù)據(jù)表明，特種乳化瀝青混合料成型溫度在115攝氏度至120攝氏度的溫拌溫度下，仍具有極佳的路用性能，特別是具有極好的抗車轍能力。

自2011年開始，特種乳化瀝青混合料就開始試用于道路養(yǎng)護。跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，其使用壽命、強度均有較好的表現(xiàn)。例如，2011年7月，馬鞍山經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的紅旗路、楊山路、惠林路等路面，共鋪設了1300多平方米的特種乳化瀝青溫拌混合料，攤鋪溫度為70攝氏度，截至2017年年底，其路面狀態(tài)良好。

實現(xiàn)溫拌的乳化瀝青再生

瀝青路面的養(yǎng)護大中修中,會將路面全部銑刨下來,然后重新做路面,舊料只能當廢料或普通碎石填埋到結構基礎或做成路面的冷再生基層,舊料將無法循環(huán)利用。傳統(tǒng)理論認為,瀝青老化是因為瀝青中的芳香酚相移成了瀝青質(zhì),導致瀝青變硬變脆。因此為改善瀝青的脆斷性,向瀝青里面添加減少的芳香酚,提高其柔軟性,以此來緩解瀝青的脆硬程度。瀝青路面回收料添加比例越高,需要添加的芳香酚就越高,瀝青合理比例關系就越差,進而使得再生瀝青混合料的性能就越差。目前,我國在再生技術領域,理論、再生劑跟國外發(fā)達國家并沒有什么差距,但在應用水平差距較大，我國平均RAP（再生瀝青混合料）摻配比例為25%左右,美國等發(fā)達國家基本可做到35%以上。

其實，路面養(yǎng)護產(chǎn)生的RAP的再利用上，采取以特種乳化再生的方式，不僅可以實現(xiàn)溫拌再生，還可以將RAP的再生比例提到到98%至100%，同時，其主要路用性能將大幅度高于新材料標準。

瀝青是原油經(jīng)蒸餾后,調(diào)配組分而形成的穩(wěn)定工業(yè)產(chǎn)品,其形成過程中,經(jīng)過400余度高溫煉制而成,而瀝青混合料鋪筑到路面后,正常使用溫度不超過80攝氏度,如果僅僅通過碾壓、振動、光照就使其中的一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化成另外一種物質(zhì),要這種極其溫和的條件下產(chǎn)生所謂相移是難以成立的。

在自然氣候作用下,瀝青中的芳香酚等輕組分,由小分子基團聚合成大分子基團,輕組分變密實了,瀝青自然也就變脆硬了,使用時間越久,瀝青小分子基團聚合就越嚴重,瀝青脆斷性就越高。

在實踐中，通過添加特種活性劑到老化瀝青中去,檢測其針入度指標，發(fā)現(xiàn)特種活性劑可以使得老化的瀝青針入度明顯提升。提高特種活性劑比例,將提高針入度,說明這種活性劑具有明顯的分散團聚瀝青聚合基團的作用,使得老化瀝青獲得還原。

對于RAP摻配比例小于50%的情況,可以將再生劑直接加入到瀝青中,充分混合,制成再生基質(zhì)瀝青,再將再生基質(zhì)瀝青在拌缸中與集料拌和。

對于RAP比例大于60%以上的情況,由于RAP占的比例過大,即便用再生基質(zhì)瀝青,其用量有限,在短短的幾十秒內(nèi)與RAP攪拌均勻,使得活性劑滲透到RAP瀝青中去是非常困難的,通過大量試驗,這樣的方法導致的瀝青混合料路用性能指標離散較大,質(zhì)量難以控制。如果提高拌和時間,將大幅度增生產(chǎn)成本,基本上,拌和時間延長1秒,混合料每噸成本提高1元。

如何做到在正常的拌和時間內(nèi),使得再生劑充分地分散到集料膠結層的表面?共有三種方案：再生基質(zhì)瀝青發(fā)泡，將再生基質(zhì)瀝青制成發(fā)泡瀝青,噴入拌缸中；將再生基質(zhì)瀝青制成乳化瀝青；將再生劑改造成具有乳化能力的再生劑,用此再生劑將瀝青制成再生型乳化瀝青。

其中，將再生劑改造成具有乳化能力的再生劑的難度大,需要改造活性再生劑的活性功能基,使其具有合適的親油、親水能力,其LHB符合瀝青乳化要求,同時又不能對再生性能產(chǎn)生不利影響，但一旦研發(fā)成功,這個方法將是最具前景的技術方案。

目前，已經(jīng)研發(fā)Z-4EM、Z-4FM、Z-KL90等一系列特種再生乳化劑,對目前市場上常見的重交瀝青進行乳化,甚至克拉瑪依瀝青進行乳化。其改性后的再生劑,對瀝青的性能有較大的提升,比如:阻燃、強度自恢復等乳化瀝青混合料的一些特有的性能,甚至可以將低強度的RAP再生成高強度的瀝青混合料,這已經(jīng)超出了傳統(tǒng)再生技術之所能。

該項技術已在安徽省六安市等地試驗，應用效果良好。