低温环境下大比例掺量废旧沥青混合料再生技术研究

摘要：该技术是将回收的沥青路面材料（RAP）运送至沥青拌和厂（站），经破碎、筛分，通过抽提试验，测试分析再生沥青及其混合料骨料的基本性能，通过添加再生剂、抗剥落剂等材料满足在低温环境下的施工要求，掺加温拌剂以提供更长的碾压时间，防止再生料离析，进而开展相应的再生沥青混合料设计及路用性能试验。沥青路面再生技术通过对旧料的再生利用，可以有效减缓因大量使用新集料、开采矿石所造成的森林植被减少、水土流失、气候异常等严重且较难恢复的生态破坏，并减少材料运输过程中的排放污染。同时，沥青路面再生技术还可缩短工期，缓解交通紧张，在获得可观经济效益的情况下能产生出较大的社会综合效益。关键词：道路工程；路面材料；再生技术；再生材料；节能环保1.技术概况随着沥青道路使用期的延长，我国的高等级公路大量进入维修养护期，翻修重建的任务越来越重，旧沥青路面再生利用的技术要求和条件受到原有沥青路面情况、设计要求以及交通荷载、气候条件等因素的综合影响，因此沥青路面再生技术需要因地制宜，结合当地具体情况，探索沥青路面再生的最佳效果。结合我国地方情况开展沥青路面再生技术研究工作，为沥青路面再生的工程应用和推广提供技术支持。大比例厂拌热再生沥青路面工程技术在项目实施中，既保证施工进度，又降低施工成本。技术本身对环境没有任何影响，还能减少废旧沥青混合料对环境的污染。该技术成果是公路建设资源节约型、环境友好型的真实体现，符合公路和谐发展、绿色可持续发展理念。该技术积极响应国家和行业建设发展需求，响应国家发展循环经济、促进资源再生利用、保护和改善生态环境的公路建设精神。在保证路面使用性能的前提下，显著节约了生产成本，有效节约了沥青、集料资源，减少了碳排放，具有重大的经济效益、环境效益和社会效益。2.技术原理该技术是将回收的沥青路面材料（RAP）运送至沥青拌和厂（站），经破碎、筛分、通过抽提试验，测试分析再生沥青及其混合料骨料的基本性能，通过添加再生剂、抗剥落剂等材料满足在低温环境下的施工要求，掺加温拌剂以提供更长的碾压时间，防止再生料离析，进而开展相应的再生沥青混合料设计及路用性能试验。厂拌热再生沥青混合料生产工艺流程：回收沥青路面材料（RAP）→回收沥青路面材料（RAP）的预处理和堆放→再生混合料配合比设计→再生混合料拌制、运输→再生混合料摊铺→再生混合料压实→开放交通。具体流程如图1所示。图1厂拌热再生沥青混合料生产工艺流程图本研究建立在国内外广泛调研的基础上且与区外单位紧密合作，借助室内材料指标试验和现场试验段的实施基础，对参加不同比例厂拌热再生混合料的配合比设计、混合料高温性能和低温性能等进行对比分析。研究采用室内试验、道路试验与理论分析相结合的方法，开展室内大比例掺量热再生沥青混合料试验研究，在常规技术指标满足的同时，以低温性能指标作为关键控制指标进行研究，比选其配合比设计方法，选取适合低温环境下大比例掺量厂拌热再生的配合比设计方法，开展适合低温环境下大比例掺量厂拌热再生关键施工工艺研究及现场检测方法研究。总体技术思路为：通过资料收集与调研、理论分析、试验研究、工程应用验证和归纳总结的研究途径，采取科学合理的研究方法，合理项目技术路线，主要技术路线见图2。图2技术路线图3.技术创新点（1）建立了低温环境下大比例掺量厂拌热再生原材料质量标准体系通过对再生剂、纤维和温拌剂等外掺剂与废旧沥青混合料配伍性系统的研究，针对低温环境下大比例废旧沥青用量需求，结合路用耐久性指标，构建了相关再生原材料关键质量标准体系。（2）建立了低温大比例掺量沥青混合料再生路面配方设计关键参数指标针对低温大比例专项施工条件，通过对回收的废旧沥青混合料进行油石比级配分析，对旧路面的资料进行调查分析，在系统研究废旧沥青混合料的铣刨回收、贮存方式、预筛分技术及施工和易性等关键特性的基础上，提出再生路面关键配方参数，并建立相关废旧沥青再生混合料的选材标准。（3）建立了低温环境下大比例掺量厂拌热再生沥青路面施工成套关键技术及施工质量控制标准通过试验段的铺筑与项目产业化的推广，结合工程施工特点及关键参数控制，从混合料拌和、运输、摊铺、碾压、养生等全过程进行工艺精细化梳理及成套关键技术创建，并构建了相关质量控制标准体系。4.技术可靠性（1）对适用于间歇式沥青混合料拌和楼进行改造，配套与之生产率相符的专用再生设备，使之能适用于寒区0~10℃低温气候环境下，大比例掺量（大于35%沥青铣刨料RAP）厂拌热再生沥青混合料拌和生产。（2）对于沥青混合料拌和楼的改造不仅使热能利用效率更高，二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等的排放也大大减少，而且实现了不同掺量热再生沥青混合料配合比设计、再生剂掺量、温拌剂掺量以及使用质量的精准控制。（3）通过温拌剂的掺入有效防止再生料温度散失造成的摊铺离析现象，实现了低温寒区沥青混合料摊铺施工。废旧沥青混合料的研究在西方国家的起步较早，在开始阶段，再生沥青混合料主要用于轻型交通的路面和基层，再后来才逐渐往重交通道路上应用。在近十几年里,各国广泛进行了沥青路面再生利用的实验研究。技术从完成试验验证到中试再到工程规模应用，工艺路线成熟、设备与系统集成完善，具有成熟应用的基础。新疆交建集团在国内小比例掺配废旧沥青混合料再利用技术已比较成熟的基础上，进行大比例掺配废旧沥青混合料应用尝试，已经掌握并推广示范了该技术方法，废旧混合料厂拌热再生已得到应用且效果良好，其为低温环境下大比例废旧沥青混合料的再利用奠定前期基础。技术实施中没有发生二次污染，无易燃、易爆、高毒性物质泄露等危险环节，无上游资源限制的风险，配套设施完善，设备易购，维修与保养成本低廉，市场接受度高，安全可靠。5.技术应用情况路面旧料的循环利用是公路交通行业节能减排工作的重点之一，也是转变公路交通发展方式的重要内容。按照国家和自治区发展循环经济和节能减排工作要求，新疆将建设资源节约型、环境友好型行业作为加快转变交通运输发展方式的重点，力求在“两型”行业建设和节能减排方面发挥积极作用。而公路路面材料循环利用是潜力巨大、效果突出的建设养护环保技术之一。因此，该技术适用于公路建设养护领域。低温环境下大比例（35%）废旧料的掺配技术在G30乌苏至赛里木湖高速公路项目（一级改高速）WS-1标段、G30乌赛高速公路项目WS-2标段以及国道312线昌吉过境公路工程第CJGJ-2项目三个项目上进行了推广及应用，铺筑的路段路面通过现场监测，各项指标均符合要求，当前未出现任何路段病害，路用性能良好。项目累计铺筑50余公里，共计利用废旧料51221吨，节约直接效益约1500万元，CO2减排量共计约2400tCO2，产生间接经济效益约3亿元。6.技术效益分析6.1节能低碳效益（1）节能改造前能耗情况对应于不同的工程，沥青混合料拌和生产环节的能源消耗项目也不尽相同。根据是否使用回收旧料，分为再生和非再生技术。对于完全采用新料的非再生建设养护工程技术，其混合料拌和生产环节的能耗主要包括沥青加热设备所消耗的燃料油和维持拌和楼各组成部分正常运行所消耗的电能；对于使用回收旧料的养护工程技术，其拌和生产环节需要有独立的旧料筛分和加热设备，对旧料进行处理后输送至主拌和楼进行生产。详情见表1所示。表1普通沥青混合料与废旧料RAP掺加（2）节能改造产生的节能效果分析在不改变原有路面结构形式、不增加路面工程造价、不降低成型后路面设计标准的前提下，在G30乌苏至赛里木湖一级改高速WS-2标段中、下面层进行大比例厂拌热再生铺筑，实施段落单幅累计达18km，添加旧沥青路面铣刨料近2万多吨。具体节能改造产生的节能效果，将其消耗转化为标准煤的形式，通过比较普通沥青混合料和废旧料RAP掺加比例35%的热再生沥青混合料生产来说明：工程技术的能耗主要表现在原材料生产和混合料生产（加热Heating）环节，合占总能耗的85%以上，铺装与运输的能耗较小；混合料生产环节能源消耗主要是对原材料的加热，拌和过程能耗较小。表2与基准情景相比的单位节能量投资额其中，按照煤炭价格为449.07元/t，将其定性为标准煤的价格即：1kg标准煤的价格为449.07÷1000=0.45元/kg，1t热再生沥青混合料可节约6.13kg标准煤，可以节约标准煤6.13×0.45=2.758元，故1t热再生沥青混合燃料可以节约标准煤2.758元。6.2经济效益在国内目前的厂拌热再生掺加比例基础上，在新疆地区提高旧料的掺配比例，形成的经济效益越明显，旧料比例掺量越大，新的碎石和沥青材料需求量相对越小，节省的投资成本越大。依据G30线乌-赛高速公路项目试验段铺筑情况，结合已签订合同价格、公路工程机械台班以及实际测算不同比例热再生沥青混合料节约情况，如表3所示。表3不同比例热再生沥青混合料节约情况通过上述结果可以明显看出，在未考虑拌和楼安拆的情况下，若不添加再生剂，RAP废旧料添加的比例越大，节约成本则越大。与此同时，与传统的维修工艺相比，厂拌热再生技术除了以上算出的直接经济效益外，还包括间接经济效益，如节省废弃场地占用费、废料处理运费等。因此，若将这些间接效益都考虑进去，最终厂拌热再生的经济效益将更为显著。6.3社会效益传统的堆积、填埋、焚烧等废旧沥青混合料处置方法不仅是对资源的一种浪费，更会造成严重的生态环境破坏。而沥青路面再生技术通过对旧料的再生利用，可以有效减缓因大量使用新集料、开采矿石所造成的生态破坏，并减少材料运输过程中燃油排放污染。同时，沥青路面再生技术还能缩短工期，缓解交通紧张，在获得可观经济效益的情况下能产生出较大的社会综合效益，从某种意义上讲，这比直接效益更具有更深远的意义。新疆高速公路通车里程已达5000余公里，按照每10年左右翻修一次，高速公路和一级公路路面平均宽度22m、翻修厚度10cm计算，二级公路平均宽度12m、翻修厚度6cm计算，三级公路平均宽度7.5m、翻修厚度4cm计算，截至2025年将产生约4635.2万吨沥青混合料。平均每年可利用的沥青混合料约为454.6万吨，每年可节约经济成本14.5亿元。将本项目研究技术推广应用到与新疆气候特点相似的西北五省，据推算截至2025年平均每年可利用的沥青混合料约1508.5万吨，