新型的环氧沥青再生路面的研究和实践
摘 要
沥青路面经过一段时间使用之后会发生破损，影响道路的安全，需要不断地维修更换。道路维修更换面层产生了大量的旧路面废料，如何再生利用这些旧料是一项难题，世界各国都在大力研究，但实际应用效果还不够理想。
关键词
沥青路面 | 再生 | 研究
概述
目前的再生研究领域的一种共识是：“沥青胶结料的老化”是沥青路面破坏的主要原因。因此，如何判别沥青的老化程度并补偿老化的沥青损失的轻质馏分则成为旧料再生研究的重点。其研究的技术路径和方法大致如下：
(1)对回收的旧沥青混合料进行抽提筛分，分析旧混合料的级配组成和油石比；
(2)采用阿布森法对抽提回收的溶液进行蒸发获取旧沥青胶结料，通过对旧沥青进行三大指标试验判别旧沥青的老化程度；
(3)选择再生剂与老化的旧沥青进行掺配混溶，使“恢复后的沥青”满足三大指标的技术要求；
(4)调整旧沥青混合料的矿料级配曲线，用“再生”后的沥青胶结料与重新级配的旧料一起加热搅拌，形成“再生”的沥青混合料，并用常规的沥青混合料的试验方法判定再生混合料是否满足道路使用要求。
以上是一种遵循传统的沥青混凝土理论的思路，其再生目标是试图恢复原有的沥青混凝土。但这种再生思路遇到了以下两个方面的障碍。
(1)旧料中的油团颗粒问题。
旧料中的沥青以油团颗粒的形态存在，微小的矿料颗粒外皮上包裹了一层厚厚的沥青胶浆，其中有些颗粒是由细粉和沥青组成的胶状泥团。这些油团颗粒的形态很顽固，即使加热并用机械搅拌也不能实现有效的油石分离。向旧料中添加的再生剂仅仅裹在“油团颗粒”的外层，与颗粒相融的深度较难确定，这与通过室内试验获得的再生沥青是完全不同的。
当用三氯乙烯作溶剂进行旧沥青混合料抽提时，这些旧料中的沥青和矿粉在总数量上是“真实存在”的，但因油团颗粒不能完全打开，这些旧沥青和矿粉并不能理想地分散在再生混合料中，成为“有用的组成成分”。因此，以抽提结果和最佳油石比为依据配置的再生混合料，在“颗粒间”可能缺少有效的沥青胶泥，再生混合料真实的孔隙率可能偏大，增加了再生沥青路面发生水损坏的机率。相反，若顾忌“有效沥青”偏少而刻意增加油石比，则路面在高温状态长期运行时，沥青油团因变软而挤出多余的沥青，致使再生混合料中的自由沥青总量超标，沥青混合料出现饱和，路面因此会出现严重的车辙及推拥病害。
传统的沥青路面孔隙率的控制存在高温稳定与水损害的两难问题，“最佳油石比”对于级配和油石比都变化多端的再生旧料而言，油石比和孔隙率的精细控制几乎不可能实现。这是传统沥青路面再生不容易做好的重要原因之一，沥青旧料微观见图1。
(2)旧料的再加热问题。
沥青常温下具有很大的黏度，热拌沥青混合料必须要具有一定的温度才能进行施工。旧料的颗粒表面包裹有沥青胶质，所以旧料的加热比较困难。
就地热再生是利用专用设备对旧路的表面进行强力的烘烤，使旧料获得热量，然后通过铣刨翻松将这种烘烤加热的旧料收拢起来，再新添加沥青和再生剂等重新拌和混合料，最后用摊铺机等设备就地铺筑碾压，形成翻新的沥青路面。由加热方式决定，就地再生只能对表面层进行再生。超过一定深度，就地热再生则无能为力。
厂拌再生的办法是在拌和站基础上另外再配置一个再生干燥筒，专门用来加热含有沥青的旧料，旧料的加热温度通常不能超过130℃。若大幅提高旧料加热温度，则旧料沥青会加速老化，而且还会大量释放出被称之为“蓝烟”的有毒有害气体。不得已，只能将旧料通过与新拌制的沥青混合料进行掺配混合，来弥补旧料加热达不到施工温度的缺陷，因此，旧料的掺配量一般不能超过25%。
分析当前热再生的困难可知，因石油沥青材料的黏度特性，传统的沥青混合料方法很难同时兼顾沥青路面的路用性能和施工性能两方面的需求，再生的沥青路面则更加不容易做好。由此，旧料的再生利用归纳出如下两大要点。
(1)要研究更加优质的再生用沥青胶结材料，兼顾沥青混合料高温稳定性和水稳定性两方面的需求并显著提高沥青混合料的性能。同时还要淡化矿料级配和油石比对再生混合料品质的影响，来适应铣刨旧料变化不定的实际情况。
(2)要设法降低再生混合料的施工温度，规避旧料再加热遇到的困难，才能大幅提高旧料的利用率。
解决问题的思路和方法
新型环氧沥青材料在钢桥面铺装的应用实践颠覆了许多传统沥青混凝土的观念，沥青再生的研究人员从中获得启发。沥青混合料的路用性能十分优秀，传统的沥青混凝土无法与之相比。特别是环氧沥青交联固化后不可逆转的固体形态，彻底解决了沥青混合料的高温饱和蠕变问题，颠覆了沥青混凝土必须要保持一定空隙的传统观念。同时，因为环氧树脂和固化剂材料被引进了石油沥青体系，改变了沥青的黏度与温度的对应关系，在120℃左右的温度条件下，环氧沥青的黏度通常只有0.3~0.5Pa.s，其混合料具有良好的施工蠕动性，不再需要160~180℃的施工温度。环氧沥青的这些特性与旧料再生的关键需求高度契合，利用环氧沥青作为旧料再生的胶结料，有望使再生沥青路面获得重大技术突破。
用环氧沥青进行再生的基本理念是：利用性能更加优良的环氧沥青将旧料颗粒连接起来，不仅能大幅提高再生混合料的性能，同时还可有效地降低旧料级配和油石比变化对再生料性能的影响，也规避了旧料加热和油团颗粒等问题。
环氧沥青胶结料国产化后，原材料价格大幅降低，环氧沥青热再生的研究也相对简化，主要聚焦于解决旧料再生的混合料配合比设计、性能检测验证以及如何在施工现场具体实施等相关问题。
再生用环氧沥青材料和混合料的基本性能
再生用环氧沥青由A、B组分和外加的基质沥青以及固化促进剂等几个部分组成。其中Ａ组分的主要成分是环氧树脂等，B组分的主要成分是固化剂和少量石油沥青。A、B组分由工厂生产合成，70~90号基质沥青和固化促进剂则在施工现场另外混合添加。通常，基质沥青的掺加量是A+B合计重量的50%~70%。
评价环氧沥青材料的性能，通常采用哑铃状薄膜试件的拉伸试验方法，检测胶膜的断裂强度和断裂伸长率，见图2。结果见表1。
研究人员以1225-50环氧沥青为基本型进行了相关测试研究，试验结果显示，由环氧沥青+100%旧料得到的全再生混合料的综合性能非常好，甚至超过了新的改性沥青SMA混合料。通过对旧料级配和油石比以及外加环氧沥青数量等因素变化的对比试验研究发现，环氧再生混合料的容错率很大，旧料级配、油石比、矿料材质等因素对环氧再生混合料最终品质影响的敏感度明显降低，通过适当增加外加环氧沥青的比例都可以得到较好的兼顾，见表2~表4。
环氧沥青再生路面的试验段情况
宁波的环氧沥青再生路面试验段选在杭州湾跨海大桥南岸连接线(G15)的第三车道上进行。该路段车流量较大，重载车数量也较多，具有较好的代表性。试验路段长度120m，宽7m，铺装分4cm+6cm上下两层进行，总厚度10cm。
旧料由拌和机进行加热，运输、摊铺碾压与常规的沥青混凝土施工无明显差异，仅仅是施工温度降低至110~130℃，施工时间控制在2h内完成。
该试验路段2018年9月完成。G15车流量约40000辆/d，重载车较多。试验路段实际运行约一年半，未见任何坑槽、开裂和车辙病害，路面粗糙状况良好，甚至钻芯取样孔的边缘也未见崩塌，证实环氧沥青再生混合料的优良，见图3。
结语
采用环氧沥青新材料对旧料进行再生研究在方向上是正确的，技术上是可行的。这一试验研究跳出了传统观念的约束，提高了再生路面的行车安全等综合路用性能，旧料100%的再生利用对节省资源改善环境均有重大现实意义。