郭木強(qiáng)，申鐵軍

(1.山西路橋第四工程有限公司，山西 大同 037000；2.山西路橋集團(tuán)晉南項(xiàng)目管理有限公司,山西 太原 030006)

0 前 言

我國公路建設(shè)高峰期已過，早期建成的等級道路陸續(xù)進(jìn)入大中修期，維修養(yǎng)護(hù)、翻修、升級改造的任務(wù)越來越重。傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修過程中，挖補(bǔ)和銃刨重鋪的傳統(tǒng)工藝使得瀝青混合料不能回收利用，由此帶來廢料遺棄、堆放占用土地、污染環(huán)境，另一方面，大量舊瀝青、舊集料不予利用，造成資源浪費(fèi)。隨著我國瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，傳統(tǒng)道路養(yǎng)護(hù)方式已經(jīng)不能滿足社會(huì)的現(xiàn)實(shí)需要，瀝青路面再生技術(shù)作為一種綠色、環(huán)保、高質(zhì)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。

1 瀝青混合料再生利用技術(shù)

瀝青混合料再生利用技術(shù)是將需要翻修改造的舊瀝青路面，經(jīng)過翻挖、回收、破碎、篩分后，再和再生劑、添加劑、新礦料、新瀝青混合，重新拌和成滿足道路建設(shè)需要的再生瀝青混合料的整套生產(chǎn)技術(shù)。針對瀝青路面材料，無論是從材料性狀角度視其為不可調(diào)和的多相平衡體系的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，還是具有溶解、沉淀等熱力學(xué)可逆過程的高分子聚合物，瀝青老化并未改變其結(jié)構(gòu)特征本質(zhì)。因此，舊瀝青材料是一種可以進(jìn)行再生設(shè)計(jì)與利用的材料資源，完全可以再生利用[1]。

1.1 瀝青老化

瀝青老化是由于輕質(zhì)油分的揮發(fā)、聚合、脫氫等作用造成的，其中主要是瀝青中的各種成分發(fā)生了氧化。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青老化過程中組分變化都是以芳香分的減少和瀝青質(zhì)的增加最為顯著。為此，可通過補(bǔ)充芳香分等輕質(zhì)組分、溶解和分散瀝青質(zhì)實(shí)現(xiàn)對舊瀝青的再生。橡膠理論認(rèn)為，對于老化瀝青的再生實(shí)際上就是在發(fā)達(dá)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中加入適量的油料，以補(bǔ)充瀝青隨著老化而失去的油相，恢復(fù)油相對瀝青中大分子的潤滑作用。為此富含芳香族油類物質(zhì)理論上可實(shí)現(xiàn)對舊瀝青的再生恢復(fù)[2]。

1.2 廢棄油脂

廢棄油脂是指失去原有使用價(jià)值或物理化學(xué)性能不達(dá)標(biāo)的各種油脂，常見的有廢食用油和廢工業(yè)用油，前者主要指煎炸老油、地溝油等，后者主要指廢機(jī)油、廢液壓油等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年產(chǎn)生的廢食用油約600萬～750萬t，每年因汽車保養(yǎng)而產(chǎn)生的廢機(jī)油約1 800萬t。每千克廢棄油脂會(huì)造成15 000 m2水面污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京市內(nèi)的飯館一天就可產(chǎn)生20 t廢油脂，年產(chǎn)超過7 000 t；南京市每年可產(chǎn)生近5 000 t廢油脂。由此可見，我國每年產(chǎn)生的廢棄油脂數(shù)量驚人，如此大量的廢棄油脂若不經(jīng)處理直接排放或流入市場，必將威脅到自然環(huán)境和人們身體健康[3]。

2 推廣瀝青路面再生技術(shù)的必要性

2.1 經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值

全國僅高速公路維修，平均每年將產(chǎn)生接近400萬t的廢舊瀝青混合料，若不加以利用不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且也會(huì)污染環(huán)境。如能將這些廢舊瀝青混合料加以利用，則每年可節(jié)省材料費(fèi)25億元以上，而且這個(gè)數(shù)字每年還將以15%的速度增長。瀝青路面再生技術(shù)能最大限度地利用廢舊瀝青混合料，直接節(jié)省大量的礦料和瀝青資源。廢舊瀝青混合料的再生利用提上議事日程。為此，根據(jù)國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，應(yīng)用和推廣瀝青路面再生技術(shù)具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)用價(jià)值。

2.2 環(huán)境效益和社會(huì)效益

廢棄油脂中富含脂肪酸等輕質(zhì)油分，軟化點(diǎn)高于220°C,性能穩(wěn)定，粘度適宜，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充老化瀝青缺失組分和對老化瀝青增溶分散的雙重效果，使再生瀝青體系重新協(xié)調(diào)。令人頭痛的廢棄油脂卻能有助于老化后的瀝青“恢復(fù)原貌”。如能實(shí)現(xiàn)油脂類固廢在道路領(lǐng)域的資源化應(yīng)用將具有顯著的環(huán)境效益和社會(huì)效益。

3 油脂類固廢資源化利用研究內(nèi)容

3.1 研究背景

從促進(jìn)舊瀝青有效恢復(fù)、新舊瀝青高效融合的角度，形成廢棄油脂資源化應(yīng)用于熱再生技術(shù)中的處理改性工藝，實(shí)現(xiàn)緩釋和持續(xù)再生的有益效果。建立不同服役年限老化瀝青、廢棄油脂調(diào)和劑、再生瀝青、重復(fù)再生瀝青以及再生瀝青混合料性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)。針對目前我國瀝青路面熱再生技術(shù)領(lǐng)域宏觀指標(biāo)與微觀性能關(guān)聯(lián)性不佳及再生瀝青混合料耐久性及抗疲勞性評價(jià)缺乏，長期評價(jià)體系不健全的問題，從施工工藝、再生路面路用性能與油脂調(diào)和劑綜合利用情況等方面建立起瀝青再生效果及再生瀝青混合料長期性能評價(jià)體系項(xiàng)目，研究成果可為油脂類固廢資源化應(yīng)用于道路領(lǐng)域以及完善熱再生技術(shù)水平提供借鑒和指導(dǎo)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

從油脂類固廢的來源、性能指標(biāo)與微觀結(jié)構(gòu)入手，通過對不同類型廢棄油脂的主要性能參數(shù)進(jìn)行測試分析，建立廢棄油脂性能指標(biāo)與再生效果間的關(guān)聯(lián)，提出廢棄油脂資源化應(yīng)用于瀝青路面熱再生技術(shù)的把控指標(biāo)。從提高熱再生技術(shù)性能、延長道路使用壽命的角度，確定油脂類固廢處理與調(diào)和工藝，形成廢棄油脂調(diào)和劑實(shí)施方案。建立不同服役環(huán)境和年限老化瀝青、廢棄油脂調(diào)和劑、再生瀝青、重復(fù)再生瀝青以及再生瀝青混合料性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)。針對再生效果有待提升的應(yīng)用現(xiàn)狀，確定實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)劑在老化瀝青與集料界面有效擴(kuò)散、路面老化瀝青和調(diào)和劑品質(zhì)關(guān)聯(lián)、再生瀝青路面耐久性、抗疲勞性能等關(guān)鍵施工工藝。建立施工工藝、再生路面應(yīng)用效果與廢棄油脂綜合利用情況之間的關(guān)聯(lián)，為油脂類固廢品質(zhì)優(yōu)化和資源化應(yīng)用于瀝青路面再生奠定基礎(chǔ)。

3.3 創(chuàng)新點(diǎn)

鑒于廢棄油脂中富含脂肪酸、芳炷等輕質(zhì)油分，能夠?qū)崿F(xiàn)補(bǔ)充老化瀝青缺失組分和對老化瀝青增溶分散，從而使老化瀝青性能得以恢復(fù)的特點(diǎn)。本項(xiàng)目旨在促進(jìn)油脂類固廢資源化應(yīng)用于瀝青路面熱再生技術(shù)領(lǐng)域。提出廢棄油脂用于熱再生技術(shù)的把控指標(biāo)，建立油脂類固廢資源化應(yīng)用于熱再生技術(shù)的處置及調(diào)和工藝，以實(shí)現(xiàn)舊瀝青有效恢復(fù)、新舊瀝青高效融合的有益效果。建立基于新舊瀝青融合滲透效果檢驗(yàn)的界面評價(jià)體系，提供不同老化狀態(tài)下廢棄油脂調(diào)和劑的建議摻量，解決傳統(tǒng)再生添加劑用量盲目依靠經(jīng)驗(yàn)的弊端。分別采用TFOT老化和PAV老化模擬瀝青在施工和服役過程中的老化。對不同老化狀態(tài)下的基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青進(jìn)行再生，系統(tǒng)測試體系基本指標(biāo)、分子結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、流變性能、組成含量、體系極性以及水穩(wěn)性能等指標(biāo)，建立瀝青種類及老化齡期與再生調(diào)和劑類型、摻量及再生效果之間的關(guān)聯(lián)。研究老化瀝青與廢棄油脂調(diào)和劑之間的作用關(guān)系，分析再生機(jī)理，探索宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，建立瀝青再生效果及再生瀝青混合料耐久性、抗疲勞性評價(jià)體系。

3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1)提出油脂類固廢應(yīng)用于瀝青路面熱再生的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，建立基于界面融合理論的再生效果評價(jià)體系。

2)建立再生瀝青及重復(fù)再生瀝青性能與油脂類固廢指標(biāo)的關(guān)聯(lián)，確立油脂類固廢調(diào)和處理工藝。

3)形成廢棄油脂、再生瀝青、重復(fù)再生瀝青以及再生瀝青混合料性能指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完善再生瀝青混合料耐久性、抗疲勞性評價(jià)指標(biāo)。

3.5 質(zhì)量控制

實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+交通基礎(chǔ)設(shè)施”發(fā)展新思路，立足項(xiàng)目開展智慧建設(shè)，推廣應(yīng)用“工程質(zhì)量管控平臺”，充分應(yīng)用信息化手段，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)即時(shí)共享，推進(jìn)大數(shù)據(jù)與項(xiàng)目管理系統(tǒng)深度融合，達(dá)到施工管理可感知、可預(yù)測、可決策，提高施工現(xiàn)場質(zhì)量管控的科學(xué)性和及時(shí)性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精細(xì)化和智慧化的施工管理。工程質(zhì)量信息化管控工作主要包括原材料管理、試驗(yàn)機(jī)監(jiān)控、拌合站生產(chǎn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量巡檢、質(zhì)量驗(yàn)收等內(nèi)容，通過數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)上傳、超標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)警和閉合管理等功能，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目質(zhì)量信息化、智能化管理，確保工程質(zhì)量可控。

4 應(yīng)用前景、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

4.1 應(yīng)用前景

瀝青路面熱再生工程作為一項(xiàng)節(jié)省社會(huì)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的技術(shù)，為可持續(xù)發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。本項(xiàng)目研究成果有助于促進(jìn)油脂類固廢規(guī)模化應(yīng)用于瀝青路面熱再生技術(shù)領(lǐng)域，深入分析不同服役狀態(tài)下瀝青老化與再生機(jī)理，建立廢棄油脂、再生瀝青、重復(fù)再生瀝青及再生瀝青混合料性能間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及評價(jià)體系，為促進(jìn)可消納油脂類固廢的高RAP料摻量的瀝青路面熱再生技術(shù)廣泛應(yīng)用提供指導(dǎo)與借鑒。

4.2 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

我國對瀝青路面再生技術(shù)的重視程度逐漸提高，公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要中將瀝青路面的再生利用列為公路養(yǎng)護(hù)與管理的基本原則。據(jù)測算，我國僅干線公路大中修工程，每年產(chǎn)生瀝青路面舊料達(dá)1.6億t，水泥路面舊料達(dá)3 000萬t。本研究成果有望促進(jìn)油脂類固廢資源化應(yīng)用于瀝青路面熱再生領(lǐng)域。提出油脂類固廢用于瀝青再生的核心技術(shù)指標(biāo)，建立油脂類固廢處理工藝，考察油脂類固廢對再生瀝青及再生瀝青混合料的性能評價(jià)。以解決目前瀝青路面熱再生領(lǐng)域再生劑指標(biāo)不健全、瀝青老化與再生機(jī)理分析不深入，宏觀指標(biāo)與微觀性能關(guān)聯(lián)性不佳及再生瀝青混合料耐久性評價(jià)缺乏，長期評價(jià)體系不健全的問題。本文研究成果可使瀝青路面熱再生技術(shù)更高效地應(yīng)用道路建設(shè)。該技術(shù)可最大限度地利用油脂類固廢。

5 結(jié)束語

目前我國公路路面材料循環(huán)利用率不到30%,遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家90%以上利用率的水平。加快推進(jìn)公路路面材料循環(huán)利用工作，對促進(jìn)公路交通可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約資源、降低排放及保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

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