吳浩楠 張國(guó)宏 李萍 念騰飛

（1蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 再生應(yīng)用技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

當(dāng)前和今后一段時(shí)期，我國(guó)公路建設(shè)仍然處于快速發(fā)展時(shí)期：據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年底，我國(guó)高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)到13.1萬(wàn)公里，并且已覆蓋約98%的城鎮(zhèn)人口20萬(wàn)以上的城市，位居世界第一。在2017年底的“全國(guó)交通運(yùn)輸工作會(huì)議”上提出：2018年我國(guó)將新增高速公路通車?yán)锍?000公里，新改建國(guó)省干線公路1.6萬(wàn)公里，新改建農(nóng)村公路20萬(wàn)公里。可以看出我國(guó)高速公路建設(shè)現(xiàn)已基本進(jìn)入大修期，所以會(huì)產(chǎn)生大量的舊料和廢料，這些廢料將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)這些資源也面臨著大量的浪費(fèi)。所以現(xiàn)如今廢料如何處理的這個(gè)問題變得尤為突出。而對(duì)于不同種類的病害以及不同的病害位置要有特定的養(yǎng)護(hù)方法和手段[20]，故再生瀝青混合料的研究和推廣對(duì)公路養(yǎng)護(hù)維修過程中的降低成本、減少污染和浪費(fèi)都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

2.1 國(guó)內(nèi)外不同的再生方法及舊料回收利用率

2.1.1 國(guó)外對(duì)不同再生方法的應(yīng)用情況

瀝青混合料再生研究，最早要追溯到1915的美國(guó)。美國(guó)人最早提出了再生的理論，但是研究成果甚微。直至1973年的石油危機(jī)爆發(fā)，嚴(yán)格的環(huán)保法制控制了砂石材料的生產(chǎn)，導(dǎo)致筑路材料的嚴(yán)重供給不足。美國(guó)才又重新開始了RAP再生利用研究[1]，并很快得到全國(guó)性的推廣。在此后的幾十年內(nèi)，包括日本以及其他歐洲國(guó)家，都相繼開始對(duì)于RAP再生利用的研究，并且都取得了豐碩的成果[2]（見表1）。國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織從14國(guó)搜集到有關(guān)再生利用的數(shù)據(jù)[3]（見表2）。

表1 各國(guó)瀝青混凝土再生技術(shù)出版物

由表2可知：舊路面的瀝青混合料再生利用率高達(dá)75%以上；可以很明顯看出廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，再生后的瀝青混合料主要用于路面結(jié)構(gòu)。但相比較于熱再生，不管是廠拌還是就地再生，冷再生技術(shù)的應(yīng)用都相對(duì)較少。雖然也有較多國(guó)家使用就地?zé)嵩偕?，但由于這種方法存在機(jī)械昂貴，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染等缺點(diǎn)，不僅沒有得到廣泛推廣，在美國(guó)部分州甚至禁止使用。

2.1.2 國(guó)內(nèi)不同再生方法應(yīng)用情況

1）廠拌熱再生

北京、上海、廣東，浙江等省市均在不同程度上使用廠拌熱再生技術(shù)[4]。北京已制訂《北京市路面瀝青混凝土舊料再生利用管理辦法試行》，強(qiáng)制對(duì)廢舊瀝青回收利用。上海市政工程管理局也已制訂《上海市舊瀝青混合料熱再生利用管理規(guī)定試行》，鼓勵(lì)廢舊路面的再生利用[4]。

表2 經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織對(duì)12國(guó)路面再生利用調(diào)查表

2）就地?zé)嵩偕?/p>

就地?zé)嵩偕夹g(shù)在京滬高速公路、京津塘高速公路、成渝高速公路等國(guó)內(nèi)多條高速公路上已成功在不同面積上實(shí)施，累計(jì)施工面積超過500萬(wàn)平方米，其中主要用于瀝青路面表層的病害修復(fù)[5]。

3）廠拌冷再生

廠拌冷再生在國(guó)內(nèi)也有廣泛使用，江蘇滬寧高速公路改擴(kuò)建工程、江西昌九高速公路維修工程、陜西西閻高速公路維修工程等均采用此法。在這些工程應(yīng)用中，有對(duì)瀝青層、對(duì)半剛性基層進(jìn)行的再生，也有使用乳化瀝青、泡沫瀝青作為再生結(jié)合料，均取得了理想的使用效果[6]。

4）就地冷再生

就地冷再生技術(shù)在山東、遼寧、河北、天津、黑龍江、吉林等地均有使用，通常用于公路的大中修工程和升級(jí)改造，冷再生所使用的結(jié)合料通常包括水泥、石灰、乳化瀝青、泡沫瀝青等，都取得了較為理想的使用效果[6]。

2.1.3 不同再生方法的優(yōu)缺點(diǎn)

每種再生方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，適用性也不盡相同，現(xiàn)對(duì)各類再生方法進(jìn)行分析比較（見表3）。

2.2 回收瀝青及瀝青混合料

2.2.1 國(guó)內(nèi)外對(duì)于回收后的瀝青及瀝青混合料如何分級(jí)

當(dāng)國(guó)內(nèi)研究者最初想到對(duì)回收后的瀝青進(jìn)行分級(jí)的時(shí)候，研究者想到使用針入度對(duì)回收瀝青進(jìn)行分級(jí)。將回收瀝青的等級(jí)分為10-20、20-30、30以下三個(gè)檔次，從回收舊料中按照規(guī)范試驗(yàn)方法將瀝青抽提出來后進(jìn)行針入度試驗(yàn)。制定出區(qū)間，針入度小于10為嚴(yán)重老化，針入度大于30為輕度老化[7]。近幾年來，隨著道路交通的快速發(fā)展，絕大部分省市都開始鋪筑瀝青路面，重載交通也在不斷增多，所以必須提高瀝青路面的路用性能。我國(guó)從20世紀(jì)90年代初開始對(duì)各類聚合物改性瀝青進(jìn)行研究并投入使用，這就導(dǎo)致瀝青路面的材料多樣化，這時(shí)再單單使用針入度來進(jìn)行分級(jí)就會(huì)有偏差。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，使用25℃下的針入度和135℃的黏度兩種指標(biāo)共同對(duì)舊瀝青的老化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)相對(duì)準(zhǔn)確一些。

表3 不同種類的再生方法優(yōu)缺點(diǎn)

國(guó)外主要使用PG分級(jí)的方法對(duì)瀝青進(jìn)行等級(jí)劃分[8]。PG分級(jí)首先經(jīng)過動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）確定瀝青的高溫等級(jí)，再通過短期老化和長(zhǎng)期老化后的瀝青進(jìn)行彎曲梁流變?cè)囼?yàn)來確定低溫等級(jí)。其中高低溫共7個(gè)等級(jí)。高溫等級(jí)46，52，58，64，70，76，82；低溫等級(jí)-10，-16，-22，-28，-34，-40，-46[8]。如PG58-34，即指瀝青在-34～58℃溫度范圍內(nèi)物理性能滿足路用要求。

2.2.2 再生瀝青混合料的施工質(zhì)量控制

在對(duì)瀝青混合料的再生及再生后的施工質(zhì)量控制是非常重要的一環(huán)，因?yàn)檫@直接關(guān)乎到再生后公路的路用性能。在施工之前對(duì)于混合料的石料規(guī)格、瀝青指標(biāo)、配合比等也有必要的質(zhì)量要求。包括材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，即在選取新瀝青及再生劑時(shí)需考慮與RAP材料中瀝青的配伍性[9]。

針對(duì)廢舊瀝青混合料回收時(shí)也有嚴(yán)格的要求，在銑刨的過程當(dāng)中，要提前對(duì)路面各類信息進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查。且在銑刨時(shí)建議分段落、分車道進(jìn)行。因?yàn)橥欢温芬话愣际峭瑫r(shí)養(yǎng)護(hù)和鋪筑，所以舊料的差異性不大，再生后的變異性也就比較小。還應(yīng)該注意對(duì)于銑刨后舊料的存儲(chǔ)、破碎、篩分以及拌合順序這幾個(gè)方面。盡量防止RAP被二次污染以及二次老化。

在施工過程中，需要對(duì)再生瀝青混合料的攤鋪速度、溫度、以及寬度進(jìn)行嚴(yán)格地把控。攤鋪速度一般控制在2-6m/min，出場(chǎng)溫度一般在145-165℃之間，攤鋪寬度一般控制在6-8米為宜。

2.2.3 國(guó)內(nèi)外在再生瀝青中所摻配的RAP比例

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于舊料的回收利用率不盡相同。各個(gè)國(guó)家的利用情況也有所差別。在荷蘭，理論上允許RAP舊料摻量為50%，但承包商更愿意采用回收舊料20%摻配率[10]。比利時(shí)，若RAP均勻性較好，最大允許摻量為40%，若均勻性控制不好，最大允許摻量就降為20%。英國(guó)，RAP應(yīng)用于路面基層，若室內(nèi)試驗(yàn)顯示再生料有良好性能，最大允許摻配率可提高到50%甚至更高[11]，若采取較好的措施，100%都有可能。到了美國(guó)，各州都不一樣，基層、中間層、面層都不一樣。但多半為50%。

對(duì)于不同摻配比例時(shí)還需要不同的控制手段和設(shè)備[12]（見表4）。

表4 不同摻配比例時(shí)的工藝控制和設(shè)備

3 甘肅不同再生方法的適應(yīng)性分析

3.1 甘肅研究路面再生的重要意義

近年來甘肅省內(nèi)公路建設(shè)發(fā)展迅速，在役的高等級(jí)瀝青路面已經(jīng)接近設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的末期，路面養(yǎng)護(hù)、維修的任務(wù)繁重，甘肅省已由原來的建設(shè)為主步入“建養(yǎng)并重”的發(fā)展階段，銑刨產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料如若不加以合理利用，會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。另外，由于近年來甘肅公路建設(shè)飛速發(fā)展，消耗了大量的集料，也造成黃河上游大量水土流失，生態(tài)環(huán)境惡化。為了保護(hù)公路沿線的自然生態(tài)環(huán)境，政府嚴(yán)禁隨意開采路用集料。因此，本著可持續(xù)發(fā)展的道路思想，開展回收瀝青混合料（RAP）再生技術(shù)在甘肅地區(qū)適用性研究對(duì)解決當(dāng)下省內(nèi)所面臨的環(huán)境問題、減少建設(shè)與養(yǎng)護(hù)成本促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有非常重要且緊迫的意義。而且，甘肅全省地理環(huán)境極其復(fù)雜，幾乎囊括全國(guó)范圍內(nèi)所有氣候狀態(tài)，這就更加重了研究甘肅再生方法適應(yīng)性的意義。

甘肅地形呈狹長(zhǎng)狀，地貌復(fù)雜多樣，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁，四周為群山峻嶺所環(huán)抱，地勢(shì)自西南向東北傾斜。由于處于內(nèi)陸身側(cè)，海洋氣流不容易到達(dá)，故少有雨水，大部分地區(qū)氣候干燥，屬大陸性很強(qiáng)的溫帶季風(fēng)氣候。冬季寒冷，春夏不分明，省內(nèi)年平均氣溫0-16℃，各地氣溫差距大。

“十二五”期間，蘭州、慶陽(yáng)、金昌、武威、酒泉先后在二級(jí)公路上實(shí)施全厚式就地冷再生248公里；蘭州公路局實(shí)施乳化瀝青廠拌冷再生53公里；金昌、白銀、蘭州公路局實(shí)施廠拌熱再生27公里[13]。基于這些公路工程的應(yīng)用，購(gòu)置了大量熱再生和冷再生的設(shè)備，再生技術(shù)得到了大幅度的提升，同時(shí)也為再生技術(shù)的推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 甘肅各類再生的適用性分析

3.2.1 就地?zé)嵩偕?/p>

甘肅早期交工的路面幾經(jīng)多次養(yǎng)護(hù)維修后，不同路段的材料已呈復(fù)雜多樣化，并且大多數(shù)已找不到準(zhǔn)確齊全的養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料，很難判斷出材料級(jí)配，故使用就地?zé)嵩偕茈y達(dá)到統(tǒng)一設(shè)計(jì)級(jí)配。就地?zé)嵩偕荒鼙ＷC高等級(jí)路面路用性能要求，局限性很大，且不適宜解決改性瀝青面層，而近幾年甘肅路面又有很多是使用改性瀝青。再再考慮經(jīng)濟(jì)，就地?zé)嵩偕脑O(shè)備昂貴，而且會(huì)造成大量污染。所以并不推薦使用就地?zé)嵩偕?/p>

3.2.2 就地冷再生

對(duì)于甘肅省普通國(guó)道和省道而言，熱再生成本較高，且不同地區(qū)的瀝青老化程度不同，就地冷再生技術(shù)可以有效降低舊料的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的影響。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)即舊料可以改善底基層的抗裂性能，就這一點(diǎn)來說對(duì)甘肅就有比較大的現(xiàn)實(shí)意義。但是就地冷再生施工難度大，各項(xiàng)指標(biāo)控制嚴(yán)格，且養(yǎng)護(hù)周期時(shí)間長(zhǎng)，就甘肅目前的養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平來說，要推廣這項(xiàng)技術(shù)還是比較困難。

3.2.3 廠拌冷再生

廠拌冷再生技術(shù)是直接將銑刨回來的舊料進(jìn)行使用，浪費(fèi)了舊料中的瀝青資源，且是多用于基層或底基層。而在甘肅，大多數(shù)的破壞都是發(fā)生在面層，并不需要大規(guī)模的翻修，所以廠拌冷再生不適合甘肅。

3.2.4 廠拌熱再生

廠拌熱再生最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠保證較高的工程質(zhì)量，并且這種再生方法是結(jié)構(gòu)性再生，能夠有效地用于各種類型的路面再生。對(duì)于甘肅省來說，首先具有經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)，需要的機(jī)械少，費(fèi)用低。其次，這種再生方法能夠最大化利用回收舊料，甚至將回收的材料經(jīng)過技術(shù)再生后用于其他的道路工程。最后一點(diǎn)，廠拌熱再生后，不需要做額外的養(yǎng)護(hù)，施工周期短，干擾較小，污染不嚴(yán)重。所以非常適合于甘肅的道路再生。并且東南大學(xué)對(duì)于廠拌熱再生后的混合料力學(xué)性能做了深入研究，研究表明廠拌熱再生后的混合料有著非常好的力學(xué)性能[14]。

4 再生瀝青混合料的路用性能分析

4.1 目前常用分析手段簡(jiǎn)單評(píng)述

目前對(duì)于再生瀝青混合料的路用性能分析方法已經(jīng)形成了一個(gè)成套的試驗(yàn)方法。即分別對(duì)再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、水損害性能及疲勞性能進(jìn)行測(cè)試。通過這四種性能就能總體分析再生瀝青混合料的路用性能[15-20]。

4.1.1 高溫性能

高溫性能一般是指瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能。常用的試驗(yàn)方法有馬歇爾試驗(yàn)，車轍試驗(yàn)，單軸、三軸和徑向的靜載、動(dòng)載、重復(fù)試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)，其它另有大型環(huán)道、直道試驗(yàn)設(shè)備的足尺路面高溫性能試驗(yàn)。

4.1.2 低溫性能

低溫性能一般是指低溫抗裂性能。常用的試驗(yàn)方法有半圓彎拉試驗(yàn)、等應(yīng)變加載破壞試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)，劈裂試驗(yàn)、低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)、拉伸蠕變?cè)囼?yàn)及受限試件溫度應(yīng)力試驗(yàn)等。

4.1.3 水損害性能

水損害性能試驗(yàn)包括浸水馬歇爾試驗(yàn)、真空飽水后浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)、真空飽水凍融循環(huán)后劈裂試驗(yàn)、浸水車轍試驗(yàn)。

4.1.4 疲勞性能

目前室內(nèi)瀝青混合料的疲勞試驗(yàn)眾多，包括懸臂梁旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、梯形懸臂梁彎曲試驗(yàn)、軸向拉伸-壓縮試驗(yàn)、彈性基礎(chǔ)梁彎曲試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn)、間接拉伸試驗(yàn)、拉-壓法簡(jiǎn)支三點(diǎn)或四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、路面試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)等[21][22]。

4.2 再生后的效果分析

目前對(duì)于各種再生后的效果分析沒有確定的評(píng)價(jià)體系。現(xiàn)主要從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行評(píng)價(jià)。路面技術(shù)評(píng)價(jià)：包括路面行駛質(zhì)量指數(shù)（RQI）、路面損壞狀況指數(shù)（PCI）、路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)（PSSI）[23]。對(duì)于瀝青路面結(jié)構(gòu)層力學(xué)性能進(jìn)行參數(shù)評(píng)估：現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣，對(duì)顆粒級(jí)配組成、劈裂強(qiáng)度、瀝青用量、路面厚度等進(jìn)行參數(shù)評(píng)估。也可用壓實(shí)度、平整度和彎沉三個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)價(jià)[24]。

經(jīng)過各地的路面再生后效果分析總結(jié)，經(jīng)過熱再生的路面的路面技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)都趨于良好，再生后加鋪路段的平整度也好于直接采取加鋪措施的路段，所以采用再生技術(shù)能夠保證公路舒適性要求。經(jīng)過冷再生后的路面路表彎沉值降低，相反結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、承載能力、路用性能均得到加強(qiáng)。并且由于基層的平整度得到改善，路面上車轍、坑槽及裂縫等病害得到了有效的消除。從經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境角度分析，再生后能夠大大減少路面的維修費(fèi)用以及筑路材料的開采。就冷再生來說，大大減少了維修對(duì)于環(huán)境的污染[25]。

4.3 路面再生存在的不足

目前各種再生方法的再生技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，再生后的效果也非?？捎^。通過查閱大量的再生實(shí)例發(fā)現(xiàn)，都是在路面發(fā)生大面積的病害之后才想起來進(jìn)行重復(fù)利用。但是發(fā)現(xiàn)病害時(shí)已經(jīng)為時(shí)已晚。最好是能夠預(yù)防病害，將病害扼殺在搖籃之中。規(guī)范中提出，當(dāng)老化瀝青的針入度在30-35之間時(shí)是進(jìn)行再生的最佳時(shí)機(jī)，一旦針入度在30以下，路面就很可能會(huì)加速損壞。所以為了能夠讓再生后的路面達(dá)到最佳效果，要對(duì)路面進(jìn)行定期檢查，一但達(dá)到再生要求，立刻進(jìn)行再生利用。這樣不僅能夠延長(zhǎng)道路的使用壽命，而且能夠節(jié)約更多的費(fèi)用。

路面的耐久性評(píng)價(jià)是近幾年的熱點(diǎn)問題，目前的評(píng)價(jià)方式很多，室內(nèi)試驗(yàn)多種多樣。但是始終沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系?，F(xiàn)在急需一個(gè)規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)我國(guó)不同地區(qū)，不同氣候，不同地形制定一套再生瀝青混合料的耐久性評(píng)價(jià)規(guī)范。對(duì)回收舊料進(jìn)行分級(jí)，再生時(shí)根據(jù)不同等級(jí)的舊料使用規(guī)范的不同種類和比例的再生劑，以及適用的再生方法。這樣對(duì)于再生后的瀝青路面耐久性評(píng)價(jià)就會(huì)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

5 展望

今后加強(qiáng)對(duì)于瀝青混合料再生過程中變異性的研究，找出具體的變異的原因和解決辦法，改善再生技術(shù)步驟，加強(qiáng)再生后的瀝青混合料質(zhì)量。

今后需加強(qiáng)再生劑的研究，針對(duì)再生劑在再生過程中是否發(fā)揮出它100%的作用。找出如何使再生劑最大程度發(fā)揮其再生效果的在最佳方法。最好能夠使再生劑像瀝青一樣有一定的規(guī)格和系列，并且實(shí)現(xiàn)規(guī)?；@樣在保證施工質(zhì)量的情況下還能保證再生劑的供應(yīng)[26]。

加強(qiáng)試驗(yàn)室研究與工程實(shí)踐的相對(duì)應(yīng)。如今很多的試驗(yàn)研究方法不能夠完全模擬實(shí)際的道路情況，甚至有的相差很遠(yuǎn)，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能夠準(zhǔn)確應(yīng)用到工程實(shí)踐上。所以應(yīng)改良或發(fā)現(xiàn)新的試驗(yàn)方法，能夠真實(shí)模擬實(shí)際道路狀況，這樣才能使研究更加準(zhǔn)確。