冀 欢

（朔州路桥建设有限责任公司，山西 朔州 036002）

道路是目前国内外陆路交通的主要形式之一，在我国二级以上的高等级的道路（包括已在运行中的高速公路）的保有量已达53.2×104km以上。虽然，这些道路仅占全国等级道路通车总里程中的14%，却承担着全国道路交通客（货）运输总量的83%左右。显然，高等级道路的通车里程及其质量的优劣是衡量道路运输能力的主要指标之一。我国是一个经济快速发展的大国，但高等级道路的发展历史较短。如高速公路在我国大陆的运行历史只有不到30年（1986年通车的沪嘉高速是大陆第一条现代意义的高速公路）。依照高速公路的使用寿命约为30年估算，我国的所有高速均尚未达到一个完整的寿命周期。有鉴于此，涉及高等级道路的结构设计、日常管理、养护工程及道路材料的再生利用方面均有很多关键项目需要技术攻关和逐步突破，这也是我国道路健康发展、更好地服务国民经济快速进步的必然。在这些主要项目中，由于涉及节能减排问题，道路材料的再生利用显得越来越重要，除了减少污染和排放已被人们所共识外，道路材料再生利用的经济意义亦不可小视（道路建设中，材料费占工程中造价的60%左右[1]）。众所周知，高等级道路路面形式的主体是沥青混凝土路面，水泥混凝土路面所占比例较小。因此，道路养护工程及其路面材料的再生利用的主要对象是沥青混凝土路面。为了实现沥青混凝土路面的高品质再生利用，对其再生过程中的经济价值进行分析并对再生过程中涉及的主要技术指标进行研究和优化是十分重要的。

1 沥青混凝土路面旧材料再生利用的经济价值

我国的高等级公路，特别是高速公路已逐步进入频繁保养期和大修期。图1反映了高等级道路产生的各种路面病害的数量随使用年限增长呈指数增加的基本规律[2]（以太旧高速和笔者所在大运高速朔州段长期实地观测和统计数据做出）。

图1 路面病害数量与道路通车年限的关系

我国高等级沥青路面养护规程明确规定，道路维护项目包括日常维护保养、路面升级改造和翻新工程，这些工程施工往往都离不开路面的挖切。而路面的挖切必然会产生相当数量的路面废旧材料。如果施工对象是高速公路的重铺，则由于高速路面为双向全封闭单向行驶设计（中部为隔离带设置），则其重铺工程中产生的路面旧材料数量Wg能够进行下述量化：

式中：Wg为旧材料数量，t；λ0为沥青混凝土路面材料的比重（1.9～2.1），t/m3；L为单幅路面重铺的长度，m；B为路面的重铺宽度，m；H为路面面层的挖切厚度，m.

显然，路面重铺工程中产生的路面旧材料的实际数量与挖切路面的原有长度、宽度和厚度成正比。由于路面长度较大，旧材料的产生数量往往具有相当大的数字。如上所述，我国高速公路虽然起步较晚，但依照其设计寿命、工程施工质量和实际使用情况，不少早期建设（如20世纪90年代之前）的高速公路已开始逐渐进入大修维护期，而后期通车的高速公路也有相当部分进入了路面病害的高发期而需要加强日常养护。考虑到我国现有高速公路通车里程已超过10万km，若每年大修工程量占通车总里程3%～5%，路面宽度和厚度分别为10 m和0.06 m，材料比重取平均值2.0计算，则每年仅高速公路路面大修工程可产生路面旧材料900万t左右。长期以来，由于再生工艺技术的相对落后，这些材料的大部分难以再生利用，很多旧材料被丢弃而造成了严重的环境污染，若作为新铺道路的基层，其再生利用的经济意义则受到很大的影响。这些材料若以新铺面层的一部分（或作为新混合料制作过程中的添加材料）而得到再生利用，则以原材料的现行价格计，每年即可获得直接经济效益40亿元以上。

新世纪以来，受整个世界能源危机的影响，沥青及路用石料的价格也呈现日趋上升的态势。与20世纪后期相较，沥青和石料的现行采购价格已分别上升了一倍和30%以上。虽然近年来，石油及其制成品的价格有所回落，但作为沥青混凝土中的黏结剂，路用沥青的市场价格波动不大。显然，沥青路面材料的再生利用具有明显的且越来越突出的经济价值。

2 沥青路面材料再生利用关键技术指标的控制

2.1 骨料级配的合理性

为了使沥青混凝土路面达到设计的承载能力和使用寿命，其骨料（矿料）的级配必须合理。通过对山西省太旧和大运等高速公路大修工程中铲挖的沥青路面旧材料中级配骨料的检测数据分析，发现采用不同的作业工艺挖切的材料级配存在较大的差异。目前，大修过程中的铲挖工序基本采用机械铣刨或镐（风镐、电镐人工镐挖）挖完成。研究表明，除了路面在长期的外来荷载及自然光候作用下产生的正常变化（试验数据表明，这种变化对骨料级配的影响小于5%）外，以铣刨方法得到的材料级配与原来初始设计级配出现较大的变化，而通过各种镐挖方式获得的路面材料则因破碎较少而与初始级配反映的各项指标的差异明显较小。

随着道路机械技术水平的不断进步，采用各种不同规格的路面铣刨设备完成旧路面的挖切工序已非常普遍，笔者所在的山西朔州高速亦大量保有国产和进口——以德产维特根（Wirtgen Co.）型号为代表的沥青路面铣刨机械以完成上述挖切工程。这种机械化作业方式不仅能够快速完成挖切作业，亦可使挖切料（即铣刨料）呈现较为均匀的颗粒；而镐挖方式获得的路面材料则虽破碎较少，但作业效率低下，只能用于道路日常养护时的局部小面积铲挖作业。

因此，鉴于机械挖切已是目前高等级道路大修重铺（包括较大面积的局部重铺）的主要作业手段，其产生的铣刨料是材料再生利用的主要研究对象，而合理的矿料级配是保证再生沥青混合料路用性能的必要条件之一，因此必须根据其矿料级配的变化进行必要的新骨料掺配以达到（恢复）道路的原始骨料级配指标，从而保证再生沥青混合料达到所要求的设计应力强度指标。

2.2 再生料中沥青路用指标的合理性

沥青是混合料中的主要黏结剂，而沥青的高分子特性使其对温度、气候和以车辆为主要荷载的外界作用呈现更为（相对于其他级配材料）敏感的影响，因此其材料的老化（主要表现为针入度、软化点和延度等3项路用指标的变化）较为严重，如沥青的黏稠度是其外在物理特性的直观反映，其指标随道路的使用年限而增大，并呈现下述基本规律[3]：

式中：τ为沥青的黏稠度；λ为系数，其数值为沥青的初始黏度；t为老化时间（相对于道路的使用年限）；m为老化系数（因化学组分不同，不同标号的沥青表现为不同的m值，因此，指数m可定量反映沥青材料的老化速度）。

为了使再生材料的物化指标得到恢复，保证再生材料的路用性能，应对再生旧材料进行沥青老化程度的检验。由于高等级道路，特别是高速公路的大修往往伴随路面的重铺，这种检验是十分必要的。但若是路面的局部修复和二级以下的普通道路养护作业（试验条件较差）时，这种检验会因过于频繁而难以做到，此时可以通过下述经验数据进行估算，即可将以下新沥青添加比例（以混合料的总重为100%作基准值）作为参考：

a）路面使用已5～10年：添加比例1%～1.5%。

b）路面使用已达10年以上：添加比例1.5%～2%。

2.3 旧沥青混合料在新料中的添加比例

考虑到高等级道路必须保证严格的质量指标以及沥青混合料再生利用的技术现状，目前国内外尚难以做到完全以再生混合料铺筑高等级沥青路面。其原因不仅在于再生材料试验手段有待完善，而且由于旧料的加热难以进行（加热中的黏结和沥青的老化）往往只能以常温材料与新拌沥青混合料直接混合，其结果很容易造成新材料的加热温度难以达到设定的使用温度。因此，目前旧料的掺配比例通常不高于20%。近年来，很多道路研究和工程施工单位在沥青混合料再生利用方面进行了不懈的努力并取得了阶段成果，如山西省交通科学研究院研发的热风循环间接加热、长治玉通机械开发的立式热风加热和北京永朋金诺开发的加热滚筒双向加热工艺等技术对于解决沥青混合料的预热问题取得了很多技术进步并已获得国家专利授权，这些新工艺的逐步完善和推广对于提高沥青旧料的掺配比例和提高材料的再生质量具有重要意义。

3 总结

基于我国道路交通事业的快速发展，特别是以石油为代表的不可再生能源供应的日益紧张和遏制环境污染的严格要求，沥青路面材料的再生利用将呈现更为重要的意义，但其再生技术仍有很多瓶颈需要突破，特别是以改性沥青、乳化改性沥青为代表的道路工程新材料的规模应用和高承载力长寿命复合路面为主要代表的新型道路结构的研究和铺筑[4]亦必将会对道路材料再生利用的相关技术和工程应用工艺不断赋予新的内容。