沥青路面再生技术研究进展

摘 要：沥青路面再生技术是一项新的沥青路面修筑技术，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，同时有利于处理废料、保护环境，是一种 经济、绿色环保施工技术。本文介绍了国内处再生沥青的研究进展，阐述了废旧沥青混合料的再生机理及再生沥青混合料的路用性能的评价指标。

关键词：沥青路面；就地冷再生；就地热再生

0 前言

随着我国国民经济的快速增长，我国的公路基础设施建设也得到了较大的发展。在已建成的高级和次高级路面中，沥青路面的数量占了很大的比例。然而由于在各种因素及交通荷载的共同作用下，沥青路面在使用一定的年限后，会出现一些病害如：车辙、沉陷、龟裂、拥包等。这些病害的出现严重的影响了路面的使用性能。以往处理这些病害的方法是对出现病害的路段进行铣刨，然后重新铺筑新路面。这样进行路面修复时，一般都要将旧沥青混合料废弃掉。废旧沥青混合料不可用于其他工程，如果进行深埋处理，由于沥青混合料是不可降解的有机物，深埋处理将会对浅层地下水资源造成严重污染。如果能对其回收再利用，既可以保护环境又可以节约自然资源。因此，沥青路面的再生技术成为当今世界的一大课题。

1 废旧沥青混合料再生技术的研究现状

1.1 国外研究现状

国外在这方面早在上世纪初已经开始研究，近年来已有很大的发展，涉及的范围较为广泛，再生技术装备和施工工艺已经达到了较高的水平，并且已经形成了一整套比较成熟和完整的再生技术。

美国最早于1915年开始进行沥青路面再生利用技术的试验研究，但由于以后大规模新路建设而忽视了对该技术的研究。1973年由于石油危机、严格的不保法制以及砂石材料供应紧张，美国对该项技术引起重视，并且迅速在全国范围进行研究、推广和应用。至上世纪80年代末美国再生沥青混合料用量几乎占全部路用沥青混合料的一半，并且再生剂开发、再生混合料设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面的再生利用在美国已是常规技术，其重复利用率高达80%，节约成本10%-30%。之后相继颁布了一系列的技术手册和指南，如1981年美国交通运输研究委员会编制的《路面旧料再生指南》，美国沥青协会出版的》沥青路面热再生技术手册》等。

20世纪70年代中期德国、荷兰、荷兰等西欧国家相继进行了小规模试验研究，并迅速推广应用。德国沥青路面再生利用技术发展较快，1978年旧料利用率达100%，并最先将再生料应用于高速公路。法国几乎所有的城镇都组织废旧路面材料的收集和储存工作，近年来沥青路面再生技术从轻型交通的面层和基层向高速公路和一些重交通道路的修复工程中开始推广和应用。

前苏联在1966年就出版了《沥青混凝土旧料再生利用技术的建议》，但实际应用甚少，1979年出版了《旧沥青混凝土再生混合料技术准则》，提出了适用于各种条件下的沥青路面材料再生利用方法，1984年以出版了《再生路用沥青混凝土》一书，该书详细地阐述了路拌再生和厂拌再生的方法。

日本从1976年开始进行沥青路面再生利用技术的研究，到80年代沥青路面旧料再生利用的数量已经超过50%。1984年7月日本道路协会出版了《路面旧料再生利用技术指南》，并且就有关厂拌再生利用技术编制成了手册。

综上所述，欧、美、日等发达国家目前在再生沥青混合料的生产工艺以及与之配套的各种挖掘、铣刨、破碎、拌和等机具的研制与开发方面均取得了显著的成就，经过近30年的大规模生产实践，己证明了沥青再生利用在技术上的可行性，并形成了系统的成套沥青再生技术，且达到了规范化与标准化的成熟程度。

1.2 国内研究现状

我国早在上世纪50-70年代期间就时行了旧沥青路面再生利用的尝试，但都将其作为旧料利用考虑。如山西、湖北、河北等省公路部门曾经通过在旧渣油中加入新沥青和新集料，经过重新加热拌和后铺筑了试验路段，一般只用于轻交通道路、人行道或高等级公路的基层。在国家“七五”和“八五”科技攻关中，对沥青路面的热再生机理、热再生设计方法和热再生施工工艺实用技术进行了比较系统的研究。研究工作从化学、热力学和沥青流变学的原理出发，研究沥青在老化过程中其流变行为的变化规律，还研究了再生剂的作用和再生剂的质量技术指标，此外对热再生沥青混合料的物理力学性能也进行了系统的评价性试验。通过理论和试验研究，对沥青路面热再生技术的本质有了一定的认识，探明了沥青路面热再生的科学途径，并在此基础上初步建立了沥青路面热再生的设计方法。

我国还没有研制出合适的再生剂以及沥青路面再生机械设备，也没有建立再生沥青混合料性能评价方法和指标体系等，这些都是旧沥青混合料再生需要解决的关键技术，也是我国真正推广旧料再生技术的一个重要前提，这些都说明了我国对旧沥青混合料再生技术的研究是很有必要的。

2 废旧沥青再生机理

沥青老化后，在物理-力学性质方面，表现为针入度减小，延度降低，软化点升高，绝对粘度提高，脆点降低等等。沥青老化机理的主要理论有组分迁移理论，认为沥青老化主要是由于其组分上在逐渐发生变化，总的趋势是小分子量的化合物向大分子量的化合物转化，高活性、高能级的组分向低活性、低能级的组分转移。

沥青中的油分主要包括芳香分和饱和族，其中芳香族的分子量最小，也最不稳定，它在自然条件下极易挥发，同时芳香烃的分子结构由于存在不饱和键，很多是以单体的形式存在，所以在光、热、氧等自然因素的长期作用下芳香烃分子间发生了极其复杂的氧化、缩合、共聚等反应，组分上看就是向胶质的转化。而油分中的饱和族分子结构上以饱和键占优势，自然条件下一般不参与反应，所以其结构不发生变化。胶质相对于沥青质来讲，其能级和活性要高，自然状态下胶质也会向沥青质转化，而沥青质分子则会向更大分子量转化。沥青老化的整个过程也就是芳香分胶质沥青质的转化进程，此化学反应是不可逆的

沥青的物理-力学性质与化学组成有密切的关系，不同化学组分表现为不同的路用性能。但是，由于沥青化学组分是一种较为粗略的化学组成分组，即使是相同化学组分含量的沥青，可以表现的物理-力学性质也不一定是一样的。产生这一现象的原因，是由于同一化学组分中含有不同化学结构的化合物，要真正了解沥青化学组成与沥青路用性能的关系，就必须研究沥青及其组分的化学结构。沥青老化的实质，亦即为沥青及其各化学组分中各化合物结构变化过程。

沥青再生就是沥青老化的逆过程，也就是通过再生恢复旧沥青的物理-力学性质。沥青再生机理的主要理论是相容性理论，认为沥青是由数千种乃至上万种化合物组成的混合物，它是一种高分子浓溶液，沥青质为溶质，软沥青包括胶质和油分，为溶剂。沥青再生就是采用一定的措施和途径减少沥青质与软沥青质之间的溶度参数差，最终使老化沥青的路用性能得到改善。沥青相容性降低的原因，主要有二点：沥青老化使得沥青质含量增高，超过软沥青质的溶解度；沥青质的溶度参数较软沥青的溶度参数增加得快，使得沥青质与软沥青质的溶度参数差值增大，超过相容性要求标准。因此，为改善旧沥青的相容性，通常采用掺加新沥青和再生剂方法。一方面可使得沥青质相对含量减少；同时并能使得软沥青质的溶度参数提高，使得软沥青质与沥青质的溶度参数差值减少，从而达到改善相容性的目的。目前，石油沥青的制备方法主要有减压深拔工艺制取直馏沥青、氧化法制取氧化沥青、调和法生产调和沥青等。由于前两种方法工艺繁琐且设备复杂，考虑沥青混合料再生的特殊性，即旧沥青的再生必须与道路的铺筑同时进行，需要方便快捷、操作简单灵活的再生方法，因此优先选择调和法。

3 再生沥青的评价

无论是通过加入新沥青还是加入再生剂或者是其它外参剂使沥青再生，最终目的是使再生沥青恢复较好的性能，那么沥青是否获得了再生或者说达到了良好的性能与否，这需要一个标准，通过此标准去评价沥青的再生效果，对于沥青再生效果的评价方法目前主要有两种：

3.1 宏观评价方法

宏观评价方法，即对再生后的沥青进行路用性能评价，其评价指标为软化点、针入度、粘度以及延度等。一般来说，通过加入再生剂后沥青的针入度会增大、延度会变大、软化点会下降，粘度也会下降，即能有效地改善老化沥青的路用性能。通过与老化前的原样沥青进行对比，分析再生沥青的性能指标有多少程度的恢复，进而对再生剂的再生效果进行评价。一些研究人员认为：再生效果，是指旧沥青添加再生剂后恢复原沥青性能的能力，最敏感的就是沥青延度恢复的程度，故再生效果以再生沥青的延度与原沥青延度的比k表示。但是对于我国的一些普通沥青来说，可能含蜡量较高，导致某些物理指标变化不大而没达到预期的再生效果，这点在试验和生产应用时应注意些。

3.2 微观评价方法

微观评价方法，即对再生沥青的组分进行分析，分析再生后的沥青各组分含量如何变化，是否能恢复到原样沥青的组分含量，根据组分含量的恢复情况对再生剂的再生效果进行评价，其评价指标为各组分的相对含量，一般来讲，沥青老化后其化学组分发生了变化，饱和分变化不大，沥青质的含量升高，而胶质、芳香分含量有所下降。所以，通过加入再生剂，我们希望重新调整老化沥青的化学组分，添加较高含量芳香分、低含量沥青质的再生剂，使其化学组分尽量与原沥青相差不大。但是值得注意的是：国产沥青所含沥青质较少，即使是老化后的沥青其沥青的含量也可能不是很高，所以在加再生剂再生时，要注意再生剂芳香分的含量，在老化沥青质的含量较低的情况下，低芳香分含量的再生剂与含芳香分再生剂可能具有同样的再生效果。不过国外的沥青其沥青质的含量一般较高，所以当加入不同芳香分含量的再生剂时，其再生效果会有较明显的差异。

再生剂再生效果的评价方法（宏观和微观方法）在实际应用时有着各自的优点和缺点。目前，使用较多的方法还是宏观方法。这主要是由于试验条件决定的，在大多数公路部门都有进行宏观评价方法试验的仪器，而缺少微观方法所需要的仪器。而且，对于宏观方法所评价的性能指标（针入度、软化点、粘度以及延度等）是直接与沥青路用性能联系在一起的，而微观方法所进行的沥青组分分析与沥青的路用性能的关系是间接的。此外，对于微观评价所需的技术含量也要高些，试验设备也要复杂，自然其试验费也要得多，一般在科研时才考虑使用此方法，而在实际工程中使用的不多。

4 结语

沥青路面再生技术己经是一项比较系统的科学技术。尽管如此，在包括再生沥青混合料路用性能在内，仍然有许多问题有待于进一步深入研究：

a：再生混合料的物理力学性的评价试验方法有待进一步完善及规范化；

b：再生剂的规范化与系列化。过去我国道路沥青路面维修使用再生剂少，甚至不用，再生剂的市场小。然而，随着我国公路建设的发展，今后沥青路面再生利用对再生剂的需求量必将大大增加。为此，扩大再生剂的料源和品种，使之规范化、系列化，将是石化部门和公路部门的共同研究课题。

c：再生机械设备的研制。铺筑再生沥青路面，工序多，工艺复杂。因此，如何提高施工机械化水平，是沥青路面再生技术能否大面积推广的关键。大面积铺筑再生沥青路面，迫切需要路面翻挖机械，旧料破碎、筛分机械，混合料拌和机械等。既要有适合集中厂拌的大型机械，又要有适合于养路部门使用的各种小型机具。所以各种再生机械的研制和生产，是一项紧迫的任务。

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