沥青再生技术与公路建设的可持续发展

沥青再生技术与公路建设的可持续发展

王玉泉  孔莉

(山东省泰安市公路局,山东泰安271000)

  要:本文以公路建设的可持续发展观念,讨论了发展沥青再生技术对保护环境和节约资源的重要意义,介绍国外主要发达国家的建设环保理念和沥青再生技术发展现状,分析沥青再生利用的技术和经济可行性,探讨如何实现其社会效益和经济效益的必要条件。

关键词:可持续发展  沥青再生  政策环境

 

2010年,我国高速公路规划里程将达3.5万公里。到2007年底,山东省高速公路通车里程将达到4000km,从建成第一条高速公路以来,在不到20a的时间里,跨越了西方发达国家经过40~60a的高速公路发展历程。在这些公路的高级路面中,沥青混凝土路面所占的比例约为80%。而且,随着沥青混凝土路面技术的发展,所占的比重将越来越大。沥青混凝土路面一般设计年限为15a,实际上,随着交通量的增加,大吨位车辆超载现象严重,在不到设计年限的情况下,沥青混凝土路面就需要大修。

因此,如何处置每年数千万吨沥青混凝土路面废料将成为必须面对和解决的问题。同时,重新铺筑沥青混凝土路面所需的大量沥青和砂石料也将使我们面临巨大的资源压力。采用沥青再生技术,重复利用沥青混凝土路面废料,是从根本上解决上述问题的有效途径。

 

1 发展沥青再生技术的重要意义

20世纪70~80年代以来,沥青再生技术在国外获得广泛应用,已经形成比较完整的成套技术,且达到了规范化与标准化的成熟程度。沥青再生技术是通过重复利用沥青混合料(主要为砂石料和沥青材料),再与新集料、新沥青、再生剂(必要时)重新混合,形成具有预期路用性能的混合料,并重新铺筑成路面的各种结构层(包括面层或基层),达到节约资源和保护生态环境的目的。国外的应用实践证明,沥青再生技术是公路建设可持续发展战略的重要组成部分,在我国现阶段应引起足够的重视。

 

1.1保护环境

沥青再生技术通过重复利用沥青混合料,防止沥青混凝土废料对弃置场所及其周边环境的污染,同时通过减少石料的开采,能有效的保护林地,维护自然景观和生态环境。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。虽然有关资料显示石油沥青不含致癌物质,但其化学惰性使其难于降解,长期影响堆填区及其周边的生态和居民食物和饮水健康。因此,不妥善解决沥青混凝土废料的处置问题,就无法满足环保要求。

 

1.2节约资源

沥青再生技术能最大限度利用废旧混合料,直接节省大量的砂石料和沥青资源;同时有效节约开采砂石料和废弃IEI料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、安山岩等石料也是非常稀缺的资源,为保证工程质量,有时不得不到数百公里以外开采,远途运输大大提高了石料单价。同样我省的河砂资源也非常有限,根据有关单位的调查资料显示,大汶河流域的砂储存量不到2亿立方米,如果不重复利用这些砂石料,每次翻修路面将带来沉重的经济负担。

另外随着人们对资源和生态认识的提高,各地政府也相继出台各种政策,限制砂石料的开采,以防止破坏环境并以此来保护资源。在欧、美、日等发达国家,对环保的要求已超越鼓励、倡导的层面,而上升到强制性的法律、法规上,例如,日本的《再生资源利用促进法》、美国的《矿山开采法》等。我国虽属发展中国家,但事实上,在经济发展的同时带来的生态环境破坏己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。

 

2 发展沥青再生利用的技术和经济可行性

 

2.1国外沥青再生技术发展状况

沥青再生技术早在20世纪30年代便已开始应用,但发展一直比较缓慢。1973年的石油危机导致石油沥青价格飞涨,促进了沥青再生技术的发展。其后,随着铣刨机械与鼓筒式拌和装置等筑路机械制造水平的不断提高,沥青再生技术研究与应用发展很快,国外开始大规模推广应用沥青再生技术。至20世纪80年代,沥青混凝土路面再生技术己趋于成熟,美、德、日、英等国相继颁发了一系列的技术手册、指南和规范,并出版了大量研究成果。20世纪90年代后,沥青再生技术进一步发展,在亚太地区也得到普遍应用。

对于沥青再生技术的可靠性问题,美国在20世纪80年代中后期到90年代发表的系列研究报告表明,再生沥青混凝土路面与全新料沥青混凝土路面比较,路用性能和使用寿命并没有明显的区别。日本道路协会的《厂拌再生沥青铺装技术指南》也认为:将热拌再生沥青混合料应用于条件苛刻的重交通道路路面的调查结果表明,只要对热拌再生沥青混合料进行恰当的质量控制管理,铺装后的性能与只用新料铺装的路面性能没有区别。

目前国外一些发达国家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30a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。

 

2.2国内沥青混凝土路面再生技术研究应用概况

我国在20世纪70年代,一些公路养护部门就已开始进行废弃沥青混凝土路面材料再生利用的尝试。在80年代初,开始重视研究沥青混合料再生技术;90年代,我国进入高速公路建设高峰时期,沥青混凝土路面再生技术的研究与推广被暂时搁置。近年来,一批早期建成的高速公路路面陆续进入大修或改建阶段,沥青混凝土路面再生技术重新引起广泛重视。一些大学和科研机构已着手进行再生路面混合料路用性能、再生机理、再生剂开发、施工技术等方面的研究,一些单位也在积极筹备或已试铺沥青混凝土再生路面,并取得了一定的成果。但这些研究主要侧重于现场热再生技术,对工厂热再生技术的研究还十分薄弱,不能满足高级路面再生技术要求。

 

2.3沥青再生技术难点和针对性措施

2.3.1技术难点

大量国内外研究资料和实践表明,沥青再生技术主要难点包括:

(1)废料的变异性问题。废料的沥青含量、沥青老化程度以及集料级配的变异性较大,直接影响再生沥青混合料的质量控制。

(2)再生沥青混合料的拌和工艺。在不烧伤旧沥青的前提下,保证拌和温度并使新旧沥青均匀混合是技术关键。

(3)再生沥青混合料的配合比设计及其抗裂性能和耐久性能评价。再生沥青混合料的抗裂性和耐久性是确保其性能不低于普通沥青混合料的关键。

(4)再生剂的研制和使用。专门的再生剂研制需要在掌握沥青化学理论和再生机理的基础上进行,并且需要长期的试验、检测和评价,才能应用于实际生产。但美国不鼓励应用专门的再生剂,而建议在控制RAP(沥青混凝土路面回收料)用量的前提下用软一级的新沥青直接调和使用。

2.3.2针对性措施

(1)以科学、有效和可操作性强的统计方法评价废料的重要技术指标,同时建立质量即时监测和快速反应系统,进行细致而严格的管理控制,解决好废料变异性大的问题。

(2)借鉴国外先进的再生沥青混合料拌和工艺,确保拌和设备和质量控制满足要求,下一步再开展设备的研发工作。

(3)配备必用的试验设备,解决混合料抗裂性能和耐久性能评价问题。事实上,国内一些机构已具备相应的试验能力。

(4)借鉴美国的实践经验,先期采用较低含量的RAP,采用新旧沥青调和的方法。下一步再进行再生剂的开发和应用研究。

 

2.4发展沥青再生技术的经济可行性

沥青再生技术的直接经济效益主要体现在两个方面:节约砂、石、沥青材料费和废料的运输费、堆弃费。以某工程单价为例计算利用1t废料节约的费用:

砂:35元t×0.2t=7.0元;

碎石:45元/t×0.8t=36元;

沥青:2600元t×0.03t=78元;

运输距离10km:0.8元km×10km=8元;

堆弃费:3元;

合计:132元/t。

各地区材料、运输和土地使用费用不同,因此,再生1t废料直接节约的费用在100~200元之间。

随着对资源的保护和对环保要求日趋提高,沥青再生具有广阔的市场空间。今年山东省高速公路建设计划投资118亿元,新开工建设高速公路9个路段,新增高速公路1000多公里。到目前为止高速公路通车里程己突破3000km。新建高速公路沥青混凝土路面一般设计年限为15a计算(实际上通常使用年限仅为10a左右),全省高速公路平均每年产生的旧沥青混合料超过150万吨;如再考虑其他等级公路以及市政道路,估计全省每年产生的旧沥青混合料将超过200万吨。而且,全国市场是山东省市场的10倍以上。因此,沥青再生将具有不可估量的市场前景。如果重视沥青再生技术带来的社会效益,辅以适当的政策导向,技术开发企业将能获得可观的经济效益。

 

3沥青再生方式的选择

 

3.1沥青再生技术分类及其特点与适用范围

沥青再生技术主要分4大类:即厂拌热再生、厂拌冷再生、现场热再生和现场冷再生。

3.1.1厂拌热再生            

厂拌热再生技术先将旧沥青混凝土路面铣刨后运回工厂,通过破碎、筛分(必要时),并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标,掺入一定数量的新集料、沥青和再生剂(必要时)进行拌和,使混合料达到规范规定的各项指标,按照与新建沥青混凝土路面完全相同的方法重新铺筑。国外多年的实践证明,厂拌再生沥青混合料路面能够达到并保持所要求的各项路用性能指标,并且具有更好的抗车辙性能。这种再生方式属于结构性再生,能有效地用于各种条件旧沥青混凝土路面的再生利用。

3.1.2厂拌冷再生

厂拌冷再生混合料主要用作基层或底基层。先将旧沥青混凝土路面材料运回稳定土搅拌厂,经过破碎作为稳定土骨料,加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化沥青等一种或多种稳定剂和新料(必要时)进行搅拌,然后铺筑于基层或底基层:这项技术不但未充分利用废弃材料中的旧沥青,而且旧沥青还在一定程度上影响混合料的抗压强度,但其生产过程几乎不需要专用设备就可实现。对于不能热再生回收的旧料(如改性沥青混合料、老化严重难于再生的混合料),可以有效解决旧料废弃和环境污染等问题,在国外被普遍采用,实践证明具有相当重要的应用价值。

3.1.3现场热再生

现场热再生技术也称为表层再生技术。该技术通过现场加热、翻耕、混拌、摊铺碾压等工序,一次性实现就地旧沥青混凝土路面再生,具有无须运输废旧沥青混合料,工效高,对公路运营影响程度低等优点。现场热再生技术可处理路面最大深度为5~6cm。现场再生机组主要包括加热系统、路面翻耙系统、再生搅拌系统、摊铺系统和压实系统等。近来有些厂商也将摊铺和压实系统分离出来单独使用,但是,现场热再生技术也存在诸多局限性,主要表现在: (1)处理厚度小,适合处理车辙、泛油、麻面和磨光等表面缺陷,但对需进行结构性再生(中、下层以至基层损坏的情况)的路面大修无能为力。

(2)由于不加入或加入很少新集料,无法有效调整配合比,对表面层集料级配不满足的路面不适用。

(3)由于不加入或加入很少新沥青,必须利用专门的再生剂恢复沥青的性能,难以保障路面的耐久性。

(4)无法处理采用改性沥青铺筑的表面层。

(5)对路面层厚不均匀或质量状况变化大的路面难以保证质量要求。

3.1.4现场冷再生

现场冷再生技术主要有两种方式。

一种是利用专用再生机械在现场铣刨、破碎、加入新料(包括乳化沥青或其他再生剂、稳定剂和集料)拌和、摊铺和预压,再由压路机进一步压实。这种再生路面主要用于低等级公路路面和高等级公路路面基层,不适用于高级路面的面层,一般用于二级以下的公路。

另一种方式是在旧路面上洒布再生剂封层,再生剂能渗入路面5~6mm,恢复表层被氧化沥青的活性,并形成抵抗燃油泄漏的封层,延长路面的使用寿命2~3a。这种再生方式其实属于预防性养护范畴。适用范围窄,并且应充分考虑其对路面抗滑性能的影响。

 

3.2沥青再生方式的选择

根据全省的沥青混凝土路面病害调查结果,半刚性基层沥青混凝土路面的病害主要是坑洞、裂缝等结构性破坏,车辙、泛油、磨光、掉粒等表层病害较轻微。而且考虑到早期施工的沥青混凝土路面病害状况和程度离散性大,现场热再生和现场冷再生方式均难以满足大面积高等级路面的路用性能要求。采用厂拌再生方式,合理调整集料级配和结合料的含量及其性能,是适合国情的稳妥的沥青再生方法:

厂拌冷再生技术虽然能保证工程质量,但仅能用于基层或底基层,经济性不理想;目前市场空间很小。

厂拌热再生技术具有较好的适应性,适用于各类破坏路面,经过严格的配合比调整,再生沥青混合料能确保技术指标不低于使用全部新料拌制的沥青混合料,路用性能满足高级路面的使用要求;而且,既可利用原路废弃材料重新铺筑路面,也可以将回收材料再生后用于其他工程,能最大限度地发挥沥青混凝土路面废料的作用。因此,应将厂拌热再生技术确定为我国现阶段的发展重点。在技术条件成熟后,再根据市场需求选择发展其他类型的再生技术。

 

4政策环境对发展沥青再生技术的影响

沥青再生技术的积极意义主要集中在节约资源和环境保护方面,能创造巨大的社会效益;同时,如果以大规模生产为前提,也具有一定的经济效益。因此,良好的政策环境是推动沥青再生技术发展的重要基础。

 

4.1沥青再生技术的研发项目

沥青再生技术研发项目必须依托一定规模的工程施工项目,进行大量的试验、施工工艺、检测等方面的研究和总结工作,形成成套的施工技术,使厂拌热再生沥青混凝土路面能确保工程质量标准不低于普通沥青混凝土路面,可直接套用原有验收标准,但也应解决好施工过程中再生沥青混凝土路面特有的技术和质量指标问题,如沥青回收料的评价指标,再生沥青评价指标等。而且沥青再生路面毕竟在国内是新生事物,验收标准尚没有明确的规定,因此工程验收工作应得到政府质量监督部门的理解和政策支持。

 

4.2环保和节约资源方面的政策导向

目前山东省还处在高速公路建设高潮时期,但可以预见,2008年后,新建高速公路将迅速减少,而高速公路大、中修以至翻修任务将大量增加。沥青再生技术研究开发在我省才刚刚起步,国内各地也都在摸索试验阶段,预测的市场空间很大,但如果没有环保和节约资源方面积极的政策导向,实际的回收利用率会很低,环境保护将面临巨大压力,并大量浪费沥青、石料和土地资源,而且严重影响技术研发企业的经济效益,沥青再生技术就没有发展的动力。因此,建议政府结合地区发展的需要,突出环境保护和重复利用资源的重要地位,出台相关的限制性政策(主要包括限制环境污染政策、限制破坏自然景观政策等)和鼓励性政策(包括科研经费补贴、技术装备改造项目补贴、环境保护补贴、税收优惠等政策),营造公路建设可持续发展所必须的政策环境。

 

5结语

随着人们对生态环境重视程度的提高,对维护自然生态环境的愿望也越来越高,在多年的高速公路建设实践、探索过程中,希望“可持续的”、“科学的”发展观能促进沥青再生技术健康发展和广泛应用,充分发挥其社会效益,为公路建设的可持续发展创造必要条件。

                                                                            

                                                       摘自《公路与自然》2005年第4期
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