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循环经济中的沥青路面回收材料再利用研究

发布时间： 2021-09-15   点击次数： 280次   来源：建筑机械杂志   作者：宛耀飞

［摘要］文章就旧沥青路面重修、再生翻修中的沥青路面回收材料循环再利用进行了经济性研究，力图从工艺、设备、质量角度结合材料成本变化关系，从经济性分析方面，促进该工艺的更大范围推广应用。

［关键词］旧沥青路面再生技术；回收材料再利用；循环经济

［中图分类号］TE626.8+6          ［文献标识码］B          ［文章编号］1001-554X（2020）07-0013-03

改革开放40年中国经济的腾飞史，也是中国公路建设爆发式增长的发展史，全国范围在“要想富先修路”政策的引导下，工程规模越做越大，工程质量越做越高，工程技术越做越先进。到2019年末，中国公路总里程已达484.65万km，其中高速公路达14.26万km，国道、省道超过73.5万km，县乡以下公路超过400万km。而对于沥青路面的设计使用年限，一般沿用的设计标准是高速公路的使用年限15年、 二级公路12年、三级公路10年、四级公路8年。目前，新建与改扩建已经形成了庞大的筑路市场规模，筑路事业迅猛发展的同时，人地相争、开矿取石等也为自然环境保护造成了巨大的压力。在国家实施保护环境、实现可持续发展的大背景下，筑路事业如何在既能取得长足发展、为国民经济发展保驾护航的前提下，践行保护绿水青山就是保护金山银山，发展公路修筑材料的再回收循环利用显得尤为重要。

施工企业的发展也逐渐从粗放型管理向精益管理转变，通过精细化管理，不断提高施工技术和工艺研究，不断挖掘成本潜力。在企业生存发展的新阶段，公路沥青修筑材料的再回收循环利用技术发展情况也必然成为公路施工企业的关注重点之一。

以2020年以后中国公路总里程将达到500万km为标志，已建成的在运营沥青路面的养护、翻建、改扩建的规模和公路增量建设规模相比，已经处于市场主体地位。而在旧有公路的沥青面层翻新重铺施工中，铣刨出的废旧路面材料的合理利用与无害化处理已经成为每一个公路施工企业必须面对的重大课题。中交西安筑路机械有限公司通过旗下路面工程分公司的大量施工实践，对沥青拌合设备和施工工艺不断进行改良、试验研究，针对不同设计要求的旧路面沥青材料回收再利用中质量把控的难点和目前很多施工企业在进行回收再利用施工中出现的失误，提出了系统解决问题的思路。

1  沥青路面回收材料再利用的现状和存在的问题

中国的可持续发展战略实施和循环经济概念从提出到全面推广也就短短的20多年。在筑机行业，中交西安筑路机械有限公司早在20世纪90年代以交通部引进吸收德国边宁荷夫沥青搅拌站技术为契机，就开始了旧沥青路面材料的回收利用工艺及装备研究。公司调研考察了西欧和美国就地冷再生的施工工艺与装备，针对旧路铣刨、沥青、添加剂等新材料添加、就地拌合、铺筑碾压等联合作业的“铣刨再生摊铺列车”概念性施工工艺和设备进行了跟踪引进和开发等工作。但因为国内道路的特殊性和再生施工后路面质量等级降低等问题，该工艺没有大面积推广，只有零星的几条道路采取了此工艺。但该工艺进入中国市场却打开了国内沥青路面回收材料再利用研究的大门，就地冷再生、厂拌热再生、泡沫沥青、改性沥青、各种添加剂层出不穷，中国沥青路面再生循环利用研究得到迅速发展。

十八大以后，国家把环境保护提升到战略高度，“绿水青山就是金山银山”的提出，终结了路面筑路材料取之不尽、用之不竭的神话，筑路地材价格普遍快速上涨。虽然增加了筑路成本，但客观上却起到了倒逼旧路面回收材料再利用的作用。所以，最近5年也是中国路面材料回收再利用技术应用加速推广的5年。

总体而言，我国沥青路面材料回收利用的实践走过了3个阶段：

第1阶段，以就地冷再生工艺的试应用阶段为代表。这个阶段的特点是不加区分的全部利用了旧路面铣刨材料，虽然也尝试了添加新沥青和新集料，但施工结果存在的普遍问题是再生路面达不到设计要求。原因有3个方面：（1）原有老旧路面本身施工质量不佳，材料控制不严格。例如早期沥青公路普遍使用了回收粉，当时的采石场普遍质量意识淡漠，对表土清理不干净，造成早期路面材料中含泥量控制不达标，这样的旧路面材料用做再生路面的质量指标根本难以保证。（2）就地铣刨材料把原有路面的下面层、中面层、磨耗层等不同功能的混合料层拌合在一起。这种类似于不分规格的通料，不管是添加新沥青还是增加新骨料，都无法有效地控制其变化，使路面的混合料级配不可控，路面的孔隙率、承载力都不可控，所以导致路面使用等级达不到原有标准。（3）就地冷再生设备本身集合了铣刨、添加、拌和、铺压等工序，施工组织中各设备配合衔接难度较大，对设备稳定性要求也同样很高，施工局限较大。

第2阶段，为了保证新筑路面质量不降低，随着再生料厂拌设备和工艺的不断优化，回收材料添加比例从15%逐步提高到了30%，甚至更高。这个阶段最鲜明的特征就是开始不同程度地对回收路面材料进行筛分或分类，通过控制回收料添加比率来保证新铺筑路面质量。理论界也对回收的路面材料再利用有了进一步的细分研究。例如重庆交大郭小宏教授经过大量的现场调研以及与中交西筑公司等单位的长期交流，逐步完善了路面材料回收再利用的细节管理理论，分层铣刨，分类分仓存放，筛分后分类存放，新旧料再按试验比例添加使用的方法，旧料新用，从理论上仍然坚持沿袭新材料配合比的控制方法和理论。虽然提高了管理要求，但确实解决了回收材料再利用中的可控性问题。长安大学焦生杰教授、刘洪海教授长期研究沥青搅拌设备和沥青摊铺工艺，对未来筑机机械的发展提出了智能辨识、智能操控、更利于实现材料粒径、温度均匀分布控制的原理，将来回收材料的添加率可能达到60%或80%。正是基于中国公路沥青路面的回收再利用技术已经取得的长足进步，交通部新版本的JTGT5521-2019《公路沥青路面再生技术规范》，已经于2019年11月1日正式执行，JTGF41-2008版本同时废止。

第3阶段，以近年来路面回收材料多途径被利用为特征。

第1个途径是从高等级路面上回收的铣刨材料降级使用到较低等级的道路上。部分高速路在改扩建中，设计阶段已经考虑到了回收的铣刨沥青面层材料应用问题，将其场地热再生后用于铺筑便民生产路，百分之百得到了利用。

第2个途径是将回收材料经过筛分按配比添加到新材料中，用于铺筑各个等级的公路沥青路面，并且随着技术、工艺、设备的不断改进，回收材料参配率也在不断提高。西筑、铁拓、玛连尼等装备公司的再生设备都在激烈的竞争中不断改进。随着回收料使用比例的提高和新材料添加比例的减少，2016年以后，西筑为克服回收料加热后粘性大、侧向输入拌缸不畅的问题，已经将主楼设计为再生的回收料系统，侧楼为新料添加系统，有效解决了设备工艺上的瓶颈，促进了路面材料的回收利用，使工作效率得到提升。

第3个途径是针对沥青路面的不同功能区块，采取不同的设计标准进行利用施工。例如2018年动工的京哈高速改扩建工程，设计方案中就将旧路铣刨料用于铺筑应急停车带的中粒式泡沫沥青冷再生柔性基层，采用了发泡沥青场地冷搅拌工艺，以不低于150°的沥青，发泡加注2.8%的水，沥青体积膨胀8~10倍，形成体积半衰期12s以上的发泡沥青进行冷拌和。经检测对比发现，拌合成品料含水率控制在5.1%时，取芯效果最好。回收材料参用比率达到了82.2%。其中回收材料筛分为0~9.5、9.5~33.5两档，具体级配见表1。

伴随国内道路大规模建设成长起来的众多施工单位、设备制造单位和老牌的各科研院所在新工艺新设备研究方面不断创新，不断深化，使得路面回收材料再利用的方法和途径得到了全面拓展。同时，市场主体的多元化也使得从改扩建项目单一应用向回收材料市场化流转，回收材料被多数固定沥青拌合站所回收利用，每吨回收价格在20~60元不等。他们通过对回收沥青路面材料的筛分、精细化利用，结合面对的市场服务对象不同，将适量参比、满足试验标准的沥青混凝土推广应用到了市政道路、县村道等路面上，既有效利用了回收路面材料，又有效降低了新石场的采挖需求，减轻了环境压力。

2  沥青路面回收材料循环利用的精细化管理、系统性解决方案及其经济价值

沥青路面回收材料再利用的主流趋势是最大程度地利用旧路面回收材料，减少废旧料污染环境同步减少路面材料的新增需求量，实现路面材料的循环经济模式。在碎石集料、机制砂等地材生产、石油沥青各类化工添加剂、筑路施工工艺管理等全要素、全过程都要不断加大认知程度，通过精细化、科学化的方法措施，提供系统性的工艺解决方案和系统性的质量管理、组织管理。

按照循环经济的特点，可以从一个循环的开始来解析沥青路面材料循环再利用的过程和其带来的综合社会经济价值。

方案（1）：对于病害到一定程度的旧沥青路面翻新重修，要基于原有路面材料本身无质量问题，基于水害、路基塌陷、车辙、磨耗层损坏等不同原因，结合计划利用的方式途径不同，确定不同的铣刨方案。比如降级使用到村道的，就可以将可利用沥青层厚度1次铣刨，回收材料厂拌再生后直接利用，再生材料铺筑的村道每吨材料直接成本在100元以下，降低材料成本60%以上，6m宽6cm厚村道材料成本仅8万余元/km。

方案（2）：对于计划利用到新建较高等级公路上的沥青面层回收材料，则需要分层铣刨，然后分类筛分，得出不同的材质、粒径规格的材料，在试验检测的基础上确定回收利用时各类面层的级配和添加比例，旧料中的骨料重复利用，沥青等胶凝材料通过添加改性剂等恢复其物理性能指标，在新路面中予以利用。每重复利用1t回收料，在不计运费，粗集料100元/t、沥青3000元/t的情况下，减去加工费可节约新路面材料费约200元。按照全国每年500万km县乡以上道路，保守估算每平均15年重修一次计，每年重修路面30万km以上，按照道宽10.5m、均厚0.12m估算，每年循环利用沥青路面约9亿t，按照200元/t成本差价计算，节约材料费用1800亿元。可见，循环利用避免污染的同时，节约的废旧沥青筑路材料处置费也相当可观。

3   结束语

综上所述，推动沥青路面材料的循环利用是符合我国发展环保经济、可持续性发展的重要内容、在确保沥青路面建设质量的前提下，不仅能保护自然环境，有效降低矿山开采需求，同时也能够减少废弃物排放堆积，变废为宝节约工程成本。因此，从新建路面的设计施工阶段就应充分考虑将来路面材料循环再利用的客观要求，并采取积极地措施为将来的路面材料回收循环利用创造条件。在现有路面改造或重修设计中，也应充分考虑旧路面材料的再利用方案。总之，随着现阶段理论研究及施工技术工艺、施工设备的不断改进，我国已经初步具备了系统性的推进沥青路面材料循环利用的技术和设备基础，这种循环利用技术的全面应用和推广必将促进我国公路建设事业的更好发展。

［参考文献］

［1］中研普华. 2019-2025年中国高速公路行业全景调研与发展战略研究咨询报告[R].

［2］朱勇. 浅谈公路工程沥青路面施工技术与质量控制[J]. 黑龙江交通科技, 2017(10): 103-104.