保证沥青混凝土路面材料就地再生质量的技术要点

李东滨

（山西交通控股集团朔州高速公路分公司，山西 朔州 036000）

众所周知，目前国内外高等级道路，特别是高速公路的路面结构主要由沥青混凝土材料铺筑而成。在以车辆为主的上部荷载及风沙雨雪和高低温差等自然光候的长期作用之下，沥青路面难免会出现各种各样的以车辙、松散、凸起沉陷和坑槽为主要表现形式的结构损坏。这些病害若得不到及时处置将严重影响道路的服务功能，而且是严重的交通安全隐患[1]。根据我国相关技术规范，路面结构的损坏应在道路的日常养护、升级改造和路面翻新工程中予以处置并恢复道路的原始设计功能。

1 问题的提出

完成沥青混凝土路面的修复，无论采用何种工程形式，都必须遵从合理的施工工序。目前我国的高等级道路在使用中出现的局部损坏（面积通常不大于2 m2）已实现了随坏随修的快速处置，而面层挖切形成的沥青混凝土旧材料也已逐步实现了就地再生利用。这主要是由于道路修复工艺的逐步改进和完善及多功能路面养护车辆的规模应用。由于将路面病害处置所需的各种装备集于一车，使得这种作业车辆能够在机动巡路过程中发现并完成沥青路面病害的处置，恢复道路正常的服务性能。有鉴于道路的日常维护工程绝大多数是在道路车辆正常通行情况下（单车道或单向封闭）进行及路面养护工程必须达到国家规范规定的相关技术质量指标，因此路面病害的处置具有如下明显的特殊性。

1.1 施工周期短，各种工序必须快速完成

路面养护工程，特别是路面病害的处置作业涉及工序较多，而各工序之间必须紧密衔接。以坑槽填补为例，高温沥青混合料（160℃±5℃）在制备完成后应尽快用于坑槽填补和压实成形。如果存放时间过长，当其降温至130℃以下时，材料会因黏度过大而不宜摊铺，即使能够摊铺也很难达到合理的压实密实度要求（大于等于97%）。如笔者所处的朔州地处山西西北部，其适于路面病害处置的季节一般为春末6月至秋末10月中，期间环境温度为18℃～35℃之间，与高温混合料的工作温度形成120℃以上的温度差（温差的高低与其自身散热速度的快慢成正比）。显然，为了保证路面病害的处置质量，制备好的混合料应尽快完成对坑槽的填补，同时尽速碾压成形。

另外，路面的养护作业必然会对正常运行的车辆产生一定影响，因此尽速完成路面病害处置工程是十分重要的。

1.2 必须保证沥青混合料的再生质量

作为一种比较典型的有机物质，沥青在长期的自然光候作用下易出现老化现象。但混合料的再生离不开加热，结果在材料的再生过程中产生再次老化（一般称为二次老化）往往难以避免。尽可能降低沥青材料的老化，是保证沥青混合料再生质量的重要因素，且一直是道路工程部门孜孜追求的目标之一。工程实践表明，要达到这一目的，尽量缩短材料的加热时间（材料的老化程度与加热时间成正比）并尽可能避免混合料与加热火焰的直接接触是十分重要的。另外，沥青混合料往往掺有一些不应有的路面杂质（其中因沥青老化形成的粉末占有相当的比重），尽可能清除这些杂物亦是保证材料再生质量的重要举措。

2 沥青混凝土路面材料就地再生利用的技术要点

a）优化和改进材料的加热方式以减少二次老化。如本文前述，由于沥青路面长期暴露在自然光候的作用之下，加之上部车辆荷载的反复碾压，出现有一定程度的老化是难以避免的[2]。特别是作为一种较为典型的高分子有机物质，在较高温度环境下其内部分子的运动表现比较活泼，因此其化学反应更为剧烈。而目前国内外在沥青混合料再生领域大多采用火焰直接加热。众所周知，可见光的温度不低于1 100℃，而石油沥青的闪点却不高于230℃。如此大的温差必然使得沥青中的轻质油分加速挥发，结果就是沥青的加速老化。纵观国内外沥青混合料再生的历史，人们往往忽略这种因加热不当造成的材料老化，但问题不会因人们的无视而减少或消失。长期以来，以再生材料（特别是旧材料掺配比例高于50%）铺筑的路面的使用寿命往往明显低于其他路面，特别是日常养护时往往采用90%以上就地挖切的路面旧材料（只是根据情况添加少量新料和沥青作为填充料），因而使得新补路面的寿命明显较短就不难理解了。有鉴于此，改进和优化加热方式是十分必要的。山西省交通科学研究院近年来完成的热风间接加热系统是这种技术改进的最新成果。由于燃烧器的火焰经过专门设计的热风发生器后，以低于500℃的热风与加热滚筒中的混合料进行热交换并经拌合工序完成材料的再生，故有效规避和减少了火焰高温对材料产生的老化作用。

b）对再生混合料的沥青老化程度进行评价，以确定新沥青的添加比例。

混合料的老化主要反映在沥青的老化程度，材料再生时应视老化情况添加一定比例的新沥青以保证再生混合料的路用品质。但沥青的老化与多种因素有关，其中最重要的是路面通车后的使用年限。对高等级道路的翻修和改造工程，由于再生材料产生数量较大，因此应对其路用3项指标进行综合测定以确定沥青的添加量。但路面日常养护时就地再生的混合料数量较少，但涉及路段却很长，因此不可能做到随时取样试验。但鉴于路面使用年限的不同可参考经验数据进行沥青添加比例的量化分析[3]（以参与再生的沥青混合料的总重为基准值）：

（a）路面使用（通车）年限5年之内添加比例0%～0.8%。

（b）路面使用（通车）年限5年以上时可参考图1所显示的连续性曲线进行量化添加。

c）减少和控制混合料中的含水量。

图1 通车年限与混合料再生时新沥青的添加数量

就地再生沥青混合料取自工程现场，材料中的含水量来自自然落雨、地下水侵入和人为洒水所致。但材料再生为成品时的温度高达160℃±5℃，已明显高于水的沸点。显然，材料加热过程中必然伴随着水分的加热和汽化。由于水的汽化热具有相当大的数值，使得水分的加热和汽化所耗能量占到整个再生加热热量的60%以上，这是影响再生效率和再生成本的主要因素。因此，尽可能消除和降低材料中的含水量是十分必要的。要达此目的，采取下述举措具有重要意义：

（a）就地再生的混合料应特别注意在路面的上面层铲挖，尽可能避开含水量较高的下部材料。

（b）材料就地再生作业应在天气晴好、干燥和气温较高时进行。

（c）若采用已回收的材料（如铣刨料），则应注意材料在收集、储存和运输过程中的防水措施。

（d）减小再生材料的粒径是提高加热效率、减少再生周期的有效方法。

就地再生的混合料常常以镐挖（液压、电或风镐等）方法从旧路面获得，这与铣刨方法最大的不同是混合料的块径较大。如果将其直接进行加热，其加热周期会很长，同时必然会大大增加工程成本。因此在进入加热之前增加材料的打散工序是很重要的。工程实践表明，若将混合料的块径由40 mm左右打散至15～20 mm，会将加热时间由50 min以上减少到25 min以下。这可由图2中的加热速率曲线（环境温度为26℃～28℃，混合料200 kg，燃烧器发热量25 000 kcal/h）进行表述。

图2 混合料加热的温升速率

显然，减小混合料的块径能够收到多重效果，即明显缩短材料的再生周期，进而有效减少就地再生作业对道路交通流的影响；加热燃料的节约不仅减少了作业成本，而且减少了有害排放；由于加热时间的缩短，混合料的热交换周期明显减少，也能够有效降低材料的二次老化。故经济和社会效益的提高是不言而喻的。

3 结语

路面材料的就地再生利用与其在制作基地的再生不仅作业场地不同，而且在技术质量的保障条件方面存在诸多的差异。为了切实保证再生质量，必须根据流动作业和就地再生的特殊性做好材料再生的技术准备，包括制定必要的作业规程和工艺条例并严格执行。本文仅是笔者在道路养护实体工程中的经验总结。随着我国高等级道路通车里程和道路等级的不断提高，沥青混凝土路面材料就地再生技术及其作业工艺水平会逐步提高和完善。