论文部分内容阅读
摘要：近年来，我国的公路工程项目建设中沥青货源紧张的问题日趋严峻，严重影响了国内工程建设的速度和质量，因此，加强废旧沥青混合料的再利用具有重要的意义。本文简要介绍了废旧沥青混合料的再利用过程中应注意的工艺和技术问题，并且综合分析了其内在性能及经济效益方面的优势。
关键词：废旧 沥青混合料 再利用
一、前言
由于交通荷载及自然气候因素的综合作用，沥青在长期使用过程中的使用性能会出现衰减。因此，现在已经修筑好的高等级道路路面必须定期进行路网的养护和改造。废旧沥青混合料的再生利用从经济和环保角度上考虑都是一种非常有效的方法。
经过半个世纪的实践，已经证明废旧沥青混合料不但可以再生利用，而且可以获得良好的使用效果，现在已得到世界各国的普遍重视。比起全部使用新料铺筑的路面，掺配了废旧沥青混合料铺筑的路面具有更好的稳定性能。因此，这项变废为宝的技术，为社会带来了极大的社会效益和显著的经济效益。其优点在于:重复利用沥青和集料资源，从而大大节约能源，降低成本；另外重复利用旧料避免了处理旧料对周围环境的二次污染，既节省了资金也达到了环保的目的。所以再生沥青路面具有重要的现实意义。
二、废旧沥青混合料的再利用过程
1.沥青再生机理
现代胶体理论认为，固态微粒的沥青质是分散相的，液态的油分为分散介质，胶质会使沥青质很好地胶溶在分散介质中。沥青质是胶核，胶质吸附在其表面，逐渐向外扩散，使沥青质胶体溶于油分介质中。大多数沥青都是由相对分子质量相当大、芳香性很高、含有极性杂原子的沥青质分子分散在较低相对分子质量的可溶质中组成的胶体溶液。沥青中的各个成分在沥青中可形成不同的胶体结构，不同种类的胶体结构的化学特性及流变学特性均不同。大量的实验事实说明，沥青的理化性质及使用性质不仅与沥青质、可溶质的相对含量或化学组成有关，而且在很大程度上决定于沥青质在可溶质中所形成胶体溶液的状态，即在可溶质中的胶溶度或分散度。因此，沥青的老化及再生都可以从这一特殊胶体溶液中胶体的稳定性机制得到解释。
废旧沥青之所以失去使用性能，正是因为在交通荷载与自然因素的综合作用下，沥青胶结料发生氧化、缩合、脱氢等反应，致使沥青化学组成失去了原有的配伍性，沥青稳定的胶体结构被破坏，最终导致沥青性能恶化。因此，废旧沥青的再生就是根据沥青的老化程度，添加一定量的富含芳香分且有一定胶质含量而沥青质含量很低的再生剂，通过再生剂调节沥青组分，使旧沥青的化学组分重新恢复到一个较好的匹配范围之内，从而使沥青性能得到较好改善的目的。
一般沥青在10~15年左右即老化变形损坏。经铣刨机破碎的沥青混凝土路面材料作为基层中的石料重新利用，原路中的沥青已存在，形成含有不同粒径骨料及部分基层材料如石灰土、二灰碎石、水泥稳定级配碎石等材料的混合料。这些材料掺入适量的水泥，加水均匀拌和后，经碾压成型、养生后形成与水泥土、水泥稳定级配粒料基层类似的基层材料。将沥青混凝土旧路面再生基层视为半刚性基层对待，其技术要求及检验指标可参照水泥稳定粒料基层内容酌情拟定。
2.再生沥青混合料的组成成分
沥青路面经一定年限的使用后，除沥青发生老化外，混合料的级配一般都细化了，因此，废旧沥青混合料的再生利用一般需加入一定量的新集料、新沥青和再生剂，通过合适的拌和工艺重新拌制沥青混合料，然后进行铺筑。
由于旧沥青混凝土路面使用年限和面层结构不同，在铣刨材料中，粒径和粒料含量差别很大，因此设定一个固定标准是不现实的。如果硬性要求满足级配要求，势必要在铣刨的材料中添加或去除某种粒径的材料，这就失去了沥青混凝土旧路利用的意义。再生基层材料最大粒径为40cm，应拣除超大粒径或人工破碎后使用。建议以粒料含量作为指标分档，当粗骨料含量在70%~80%时，可视为水泥稳定粒料基层材料；当骨料含量在20%左右时可视为水泥稳定土基层材料。同时建议水泥用量5%~6%，水泥用量过高反而造成缩裂。水泥标号可先用325#或425#，建议水泥初凝时间不宜小于5h，否则不利于施工。在最大干密度及最佳含水量确定后，可计算水泥用量和检验施工压实度和含水量。压实度要求98%为宜，施工含水量比实地测量含水量高2%，否则达不到压实度要求。
3.再生沥青混合料的拌制工艺
沥青路面经一定年限的使用后，除沥青发生老化外，混合料的级配一般都细化了，因此，废旧沥青混合料的再生利用一般需加入一定量的新集料、新沥青和再生剂，通过合适的拌和工艺重新拌制沥青混合料，然后进行铺筑。
废旧沥青混合料的热再生工艺如图1所示：
在再生沥青混合料的拌和上主要应考虑再生剂加入方式，以使再生剂与旧料中的沥青充分混熔，达到良好的再生效果。旧料中的沥青由于老化严重，表面坚硬，软化点高，要使其熔融需要加热到较高的温度，然而温度过高可能会使沥青在热、氧的作用下进一步老化，造成性能的劣化。因此，在拌和时旧料的预热温度需通过试验寻求一个合适的温度，以获得最佳的再生效果。另外，再生混合料的拌和温度和时间与普通混合料稍有不同，应调整拌和温度与拌和时间，使再生剂能充分溶解、渗透到旧沥青中，并能与新沥青良好混熔。
4.再生沥青性能介绍
大多数需要维修的路面其沥青已经老化，且石油沥青的老化不仅是轻质油分的挥发，也包括沥青组成的老化，一般是油分转为沥青树脂，再由沥青树脂转化为沥青质。因此，要恢复老化沥青的性能，不仅要掺入适量的油分，而且还要搀入适量的沥青树脂。具体步骤如下：
第一步，摻入油分与较低分子量的沥青树脂混和液即再生剂，使其充分渗入已老化的旧沥青块中，并使其软化、分解。
第二步，掺入含有较多高分子石油沥青，用热拌法使它与已软化的旧沥青充分融合、拌匀，成为再生沥青。这样再生沥青组分接近于新沥青，从而恢复了它的路用性能。
经过再生剂软化处理的旧沥青与适量的新石油沥青充分拌匀后的主要性能见表1：
由于我国国产的道路石油沥青中的沥青质偏少，含蜡量偏多，而老化沥青经过再生以后，沥青质含量有所提高，而含蜡量有所降低，因此，再生沥青的低温性能优于目前常用的胜利沥青。由此表明，再生沥青的材料性能有时反而优于新沥青材料的性能。
三、废旧沥青混合料的再利用的重要意义
沥青再生技术是指对已不能满足使用要求的沥青混凝土路面通过各种措施进行处理后重新利用的技术，包括对旧沥青混凝土路面进行翻挖、破碎、筛分，再与新集料、新沥青、再生剂重新级配，混合，形成具有预期效果的沥青混合料，并重新铺筑成路面的各种结构层。
采用沥青再生技术能最大限度的利用废旧沥青混合料，节省大量的石料和沥青，同时也能有效地节约废弃旧料所占用的大量土地资源。在我国许多地区，适用于铺设高级沥青混凝土路面的玄武岩、辉绿岩和安山岩等石料也非常稀缺。为保证工程质量，有时不得不到数百公里以外开采，路途遥远，大大提高了石料单价，矿山开采又将造成植被的破坏和水土流失。而沥青混凝土废料对弃置场所及其周边环境的污染也十分严重。目前普遍用于路面工程的石油沥青是利用原油炼制的碳氢化合物，具有优良的粘附性、防水性和耐久性，其主要元素除碳和氢外，硫的含量占第三位。其化学惰性导致其难于降解，长期影响堆放区及周边地区的生态和居民食物及饮用水的安全。经济发展带来的生态环境破坏已引起了社会各界的高度关注，环保和可持续发展已成为我国的重要国策之一。
我国沥青产量远远不能满足日益增长的需求，而且利用国产原油炼制的沥青普遍存在沥青质低、蜡含量高、胶质多、芳香酚少以及饱和酚多的特点，满足不了重载交通沥青的路用性能技术要求。因此，适用于高等级路面的国产沥青的缺口很大，需大量进口沥青和适宜炼制沥青的原油，由于需求量的大量增加，导致了沥青价格的成倍增高，使得公路建设及维修成本大幅提高。发展和推广沥青再生技术已是摆在我们面前十分紧迫和十分必要的问题。
四、总结
废旧沥青材料的回收再生利用在节约能源，节约原材料，降低成本和环境保护方面有着十分重要的意义。因此，国内外市政行业对沥青旧料的再生研究和推广都十分重视。西方国家于70年代就已经开始了这方面的研制工作，我国在80年代中期加强了这个课题的研究，并且在上海、南京、天津、武汉等城市进行试验，取得了成功，积累了一定经验，同时也在大量推广中获得了巨大的经济效益。
全面实施沥青再生技术，大规模使用废旧沥青资源，这必将成为我国的基本国策。各级政府部门十分重视这项技术的推广，国家税务总局出台了相应的鼓励优惠政策，北京、上海也相继颁布了强制回收利用废旧沥青混合料的地方性法规，交通部也将“沥青路面再生利用关键技术研究”列入西部交通建设科技项目。利用沥青再生技术，使用再生沥青混合料，必将取得很好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]黄晓明,赵永利,江臣.沥青路面再生利用试验分析[J].岩土工程学报.2001(3).
[2]翁大庆,蔡萍,李从光等.旧沥青混合料再生利用技术的探索与实践[J].公路.2002(8).
[3]侯睿,李海军,黄晓明等.高等级路面旧沥青混合料热再生分析[J].中外公路.2005(18).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：废旧 沥青混合料 再利用
一、前言
由于交通荷载及自然气候因素的综合作用，沥青在长期使用过程中的使用性能会出现衰减。因此，现在已经修筑好的高等级道路路面必须定期进行路网的养护和改造。废旧沥青混合料的再生利用从经济和环保角度上考虑都是一种非常有效的方法。
经过半个世纪的实践，已经证明废旧沥青混合料不但可以再生利用，而且可以获得良好的使用效果，现在已得到世界各国的普遍重视。比起全部使用新料铺筑的路面，掺配了废旧沥青混合料铺筑的路面具有更好的稳定性能。因此，这项变废为宝的技术，为社会带来了极大的社会效益和显著的经济效益。其优点在于:重复利用沥青和集料资源，从而大大节约能源，降低成本；另外重复利用旧料避免了处理旧料对周围环境的二次污染，既节省了资金也达到了环保的目的。所以再生沥青路面具有重要的现实意义。
二、废旧沥青混合料的再利用过程
1.沥青再生机理
现代胶体理论认为，固态微粒的沥青质是分散相的，液态的油分为分散介质，胶质会使沥青质很好地胶溶在分散介质中。沥青质是胶核，胶质吸附在其表面，逐渐向外扩散，使沥青质胶体溶于油分介质中。大多数沥青都是由相对分子质量相当大、芳香性很高、含有极性杂原子的沥青质分子分散在较低相对分子质量的可溶质中组成的胶体溶液。沥青中的各个成分在沥青中可形成不同的胶体结构，不同种类的胶体结构的化学特性及流变学特性均不同。大量的实验事实说明，沥青的理化性质及使用性质不仅与沥青质、可溶质的相对含量或化学组成有关，而且在很大程度上决定于沥青质在可溶质中所形成胶体溶液的状态，即在可溶质中的胶溶度或分散度。因此，沥青的老化及再生都可以从这一特殊胶体溶液中胶体的稳定性机制得到解释。
废旧沥青之所以失去使用性能，正是因为在交通荷载与自然因素的综合作用下，沥青胶结料发生氧化、缩合、脱氢等反应，致使沥青化学组成失去了原有的配伍性，沥青稳定的胶体结构被破坏，最终导致沥青性能恶化。因此，废旧沥青的再生就是根据沥青的老化程度，添加一定量的富含芳香分且有一定胶质含量而沥青质含量很低的再生剂，通过再生剂调节沥青组分，使旧沥青的化学组分重新恢复到一个较好的匹配范围之内，从而使沥青性能得到较好改善的目的。
一般沥青在10~15年左右即老化变形损坏。经铣刨机破碎的沥青混凝土路面材料作为基层中的石料重新利用，原路中的沥青已存在，形成含有不同粒径骨料及部分基层材料如石灰土、二灰碎石、水泥稳定级配碎石等材料的混合料。这些材料掺入适量的水泥，加水均匀拌和后，经碾压成型、养生后形成与水泥土、水泥稳定级配粒料基层类似的基层材料。将沥青混凝土旧路面再生基层视为半刚性基层对待，其技术要求及检验指标可参照水泥稳定粒料基层内容酌情拟定。
2.再生沥青混合料的组成成分
沥青路面经一定年限的使用后，除沥青发生老化外，混合料的级配一般都细化了，因此，废旧沥青混合料的再生利用一般需加入一定量的新集料、新沥青和再生剂，通过合适的拌和工艺重新拌制沥青混合料，然后进行铺筑。
由于旧沥青混凝土路面使用年限和面层结构不同，在铣刨材料中，粒径和粒料含量差别很大，因此设定一个固定标准是不现实的。如果硬性要求满足级配要求，势必要在铣刨的材料中添加或去除某种粒径的材料，这就失去了沥青混凝土旧路利用的意义。再生基层材料最大粒径为40cm，应拣除超大粒径或人工破碎后使用。建议以粒料含量作为指标分档，当粗骨料含量在70%~80%时，可视为水泥稳定粒料基层材料；当骨料含量在20%左右时可视为水泥稳定土基层材料。同时建议水泥用量5%~6%，水泥用量过高反而造成缩裂。水泥标号可先用325#或425#，建议水泥初凝时间不宜小于5h，否则不利于施工。在最大干密度及最佳含水量确定后，可计算水泥用量和检验施工压实度和含水量。压实度要求98%为宜，施工含水量比实地测量含水量高2%，否则达不到压实度要求。
3.再生沥青混合料的拌制工艺
沥青路面经一定年限的使用后，除沥青发生老化外，混合料的级配一般都细化了，因此，废旧沥青混合料的再生利用一般需加入一定量的新集料、新沥青和再生剂，通过合适的拌和工艺重新拌制沥青混合料，然后进行铺筑。
废旧沥青混合料的热再生工艺如图1所示：
在再生沥青混合料的拌和上主要应考虑再生剂加入方式，以使再生剂与旧料中的沥青充分混熔，达到良好的再生效果。旧料中的沥青由于老化严重，表面坚硬，软化点高，要使其熔融需要加热到较高的温度，然而温度过高可能会使沥青在热、氧的作用下进一步老化，造成性能的劣化。因此，在拌和时旧料的预热温度需通过试验寻求一个合适的温度，以获得最佳的再生效果。另外，再生混合料的拌和温度和时间与普通混合料稍有不同，应调整拌和温度与拌和时间，使再生剂能充分溶解、渗透到旧沥青中，并能与新沥青良好混熔。
4.再生沥青性能介绍
大多数需要维修的路面其沥青已经老化，且石油沥青的老化不仅是轻质油分的挥发，也包括沥青组成的老化，一般是油分转为沥青树脂，再由沥青树脂转化为沥青质。因此，要恢复老化沥青的性能，不仅要掺入适量的油分，而且还要搀入适量的沥青树脂。具体步骤如下：
第一步，摻入油分与较低分子量的沥青树脂混和液即再生剂，使其充分渗入已老化的旧沥青块中，并使其软化、分解。
第二步，掺入含有较多高分子石油沥青，用热拌法使它与已软化的旧沥青充分融合、拌匀，成为再生沥青。这样再生沥青组分接近于新沥青，从而恢复了它的路用性能。
经过再生剂软化处理的旧沥青与适量的新石油沥青充分拌匀后的主要性能见表1：
由于我国国产的道路石油沥青中的沥青质偏少，含蜡量偏多，而老化沥青经过再生以后，沥青质含量有所提高，而含蜡量有所降低，因此，再生沥青的低温性能优于目前常用的胜利沥青。由此表明，再生沥青的材料性能有时反而优于新沥青材料的性能。
三、废旧沥青混合料的再利用的重要意义
沥青再生技术是指对已不能满足使用要求的沥青混凝土路面通过各种措施进行处理后重新利用的技术，包括对旧沥青混凝土路面进行翻挖、破碎、筛分，再与新集料、新沥青、再生剂重新级配，混合，形成具有预期效果的沥青混合料，并重新铺筑成路面的各种结构层。
采用沥青再生技术能最大限度的利用废旧沥青混合料，节省大量的石料和沥青，同时也能有效地节约废弃旧料所占用的大量土地资源。在我国许多地区，适用于铺设高级沥青混凝土路面的玄武岩、辉绿岩和安山岩等石料也非常稀缺。为保证工程质量，有时不得不到数百公里以外开采，路途遥远，大大提高了石料单价，矿山开采又将造成植被的破坏和水土流失。而沥青混凝土废料对弃置场所及其周边环境的污染也十分严重。目前普遍用于路面工程的石油沥青是利用原油炼制的碳氢化合物，具有优良的粘附性、防水性和耐久性，其主要元素除碳和氢外，硫的含量占第三位。其化学惰性导致其难于降解，长期影响堆放区及周边地区的生态和居民食物及饮用水的安全。经济发展带来的生态环境破坏已引起了社会各界的高度关注，环保和可持续发展已成为我国的重要国策之一。
我国沥青产量远远不能满足日益增长的需求，而且利用国产原油炼制的沥青普遍存在沥青质低、蜡含量高、胶质多、芳香酚少以及饱和酚多的特点，满足不了重载交通沥青的路用性能技术要求。因此，适用于高等级路面的国产沥青的缺口很大，需大量进口沥青和适宜炼制沥青的原油，由于需求量的大量增加，导致了沥青价格的成倍增高，使得公路建设及维修成本大幅提高。发展和推广沥青再生技术已是摆在我们面前十分紧迫和十分必要的问题。
四、总结
废旧沥青材料的回收再生利用在节约能源，节约原材料，降低成本和环境保护方面有着十分重要的意义。因此，国内外市政行业对沥青旧料的再生研究和推广都十分重视。西方国家于70年代就已经开始了这方面的研制工作，我国在80年代中期加强了这个课题的研究，并且在上海、南京、天津、武汉等城市进行试验，取得了成功，积累了一定经验，同时也在大量推广中获得了巨大的经济效益。
全面实施沥青再生技术，大规模使用废旧沥青资源，这必将成为我国的基本国策。各级政府部门十分重视这项技术的推广，国家税务总局出台了相应的鼓励优惠政策，北京、上海也相继颁布了强制回收利用废旧沥青混合料的地方性法规，交通部也将“沥青路面再生利用关键技术研究”列入西部交通建设科技项目。利用沥青再生技术，使用再生沥青混合料，必将取得很好的社会和经济效益。
参考文献：
[1]黄晓明,赵永利,江臣.沥青路面再生利用试验分析[J].岩土工程学报.2001(3).
[2]翁大庆,蔡萍,李从光等.旧沥青混合料再生利用技术的探索与实践[J].公路.2002(8).
[3]侯睿,李海军,黄晓明等.高等级路面旧沥青混合料热再生分析[J].中外公路.2005(18).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文