（交通运输工程专业论文）沥青混合料厂拌热再生综合技术研究.pdf

摘要 摘要 本论文主要是对旧沥青路面进行厂拌热再生技术的研究，该技术与传统的 沥青路面维修方式相比，具有显著的经济效益和社会、环境效益。在所有的再 生方式中，厂拌热再生技术是目前世界上应用最为广泛的沥青路面再生方法。 论文结合改造后满足厂拌热再生需要的拌和楼进行试验研究，通过对厂拌 热再牛沥青路面再牛原材料技术要求、新旧沥青混合后的性能的分析、再生沥 青混合料的性能研究及厂拌热再生沥青混合料配合比设计方法研究、间歇式拌 和楼厂拌热再生施工技术及质量控制方法、质量评价技术的研究等项内容的研 究，提出了再生技术各环节中关键技术和难点的解决方案，并成功应用于实体 工程，回收料的掺量最高达到了5 0 ，同时提出了回收沥青6 0 动力粘度的控 制指标应满足1 8 0 - - 7 0 0 p a s 的范围要求。通过系统总结提出了再牛沥青混合料 的成套施工工艺。 论文成果为沥青路面厂拌热再生技术的推广应用奠定了基础。 关键词：厂拌热再生；旧沥青混合料；旧沥青用量；旧沥青混合料用量；马歇 尔设计方法；s u p e r p a v e 设计方法；浸渍毛体积密度；试验路；经济效益 a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e so nt e c h n o l o g yo ft h eh o t - i n p l a n tr e c y c l i n g ，c o m p a r e t ot h eh o ta s p h a l tm i x t u r e ，i t se c o n o m i c ，s o c i a la n de n v i r o n m e n t sb e n e f i t a r e n o t a b l e i na l lm e t h o d so ft h er e c y c l i n g ，h o t - i n p l a n tr e c y c l i n gi su s e dm o s tp o p u l a r i nt h ew o r dp r e s e n t l y c o m b i n e dt h e p l a n tw h i c hh a sb e e n r e f o r m e d t o s a t i s f y t h e r e c y c l i n g ， t e c h n o l o g yo ft h eh o t - i n - - p l a n tr e c y c l i n gi s s t u d i e di nt h i sp a p e r m a i n l ya b o u t r e q u e s t sf o rm a t e r i a lu s e di nr e c y c l i n g ，s t u d i n go nt h em i x e da s p h a l tc o m b i n e dw i t h o l da n dn e wa s p h a l t ，a n a n l y s i sa b o u tp e r f o r m a n c ea n dm i c r os t r u c t u r eo ft h e r e c y c l e da s p h a l t m i s t u r e ，d e s i g n m e t h o do ft h e r e c y c l i n g m i x t u r e ，c o n s t r u c t i o n ，q u a n l i t yc o n t r o l ，q u a n l i t ye s t i m a t i o na n ds oo n b r i n gf o r w a r d t h es e t t l em e t h o d so ft h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g ya n dd i f f i c u l t yd u r i n gt h ew h o l e c o n s t r u c t i o n ，f u r t h e r m o r er e c y c l e i n gt e c h n o l o g yi s u s e di np r o j e c t s r a pm i x e d h i g h l yt o5 0 ，s h o w i n gt h ei n d e xo ft h ed y n a m i cv i s c o s i t yo fm i x e da s p h a l ti n 6 0 。ci s18 0 p a s , - 一7 0 0 p a s s u m m a r i z et h i ss t u d y , a n ds h o was e t t l eo fc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yo ft h eh o t i n - p l a n tr e c y c l i n g t h er e s u l t so ft h i sp a p e ra r eb e n e f i c i a lt ot h ea p p l i c a t i o no ft h et e c h n o l o g yo f t h eh o t i n - p l a n tr e c y c l i n g k e yw o r d s ：h o t - i n - p l a n tr e c y c l i n g ；r a p ；c o n t e n to fo l da s p h a l t ；c o n t e n to fr a p ； m a r s h e l ld e s i g nm e t h o d ；s u p e r p a v ed e s i g nm e t h o d ；b u l ki m p r e g n a t e ds p e c i f i c g r a v i t y ；t e s tr o a d ；e c o n o m i cb e n e f i t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 哔嗍： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 导师签名：弛期7 1 篆二兰莎 第一章绪论 1 1 论文研究目的 第一章绪论 随着交通基础设施建设的大力投入，我国公路建设事业得到了大规模发展，与水泥混 凝土刚性路面相比，沥青路面具有平整度好、噪音低、易于维修等优点，已经成为江苏省 及我国公路建设的主要路面结构形式。我省公路经过十多年的迅速发展，将有大量的沥青 路面进入大、中修期。 沥青路面在服务几年后，其破坏速度会大大加快，但及时的维修，如重新罩面或循环 利用等方法可以保持路面的质景并延长道路的使用寿命。世界银行的调查表明，在路面破 坏变得很严重之前，沥青路面再生利用是一种特别经济的方法。 沥青路面再生与传统的沥青路面维修方式相比，能够节约大量的沥青、砂石等原材料， 节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，冈而具有显著的经济效益和社会、环境 效益。随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，沥青路面再生利用技术越来 越受到人们的重视。 沥青路面的再生利用，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分等方法处理后， 与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，能够满足一定的路用性 能并重新铺筑于路面的一整套工艺。由于对旧材料进行重复利用，在施工过程中，路面的 几何线形及厚度能得到很好地保持。与其它沥青路面修复技术相比，沥青路面再生还能在 一定程度上减少连续交通中断的现象。总结起来，沥青路面材料的循环利用有下列优点： 降低施工成本；节约集料和沥青胶结料：保持原路面的几何特性；保护环境； 节约能源；减少用户的延误。更重要的是再生后的沥青路面与新铺沥青路面性能基本相 当，而厂拌热再生的沥青路面甚至比新铺路面的性能更好 1 】。 根据世界银行的调查，路面质量下降4 0 时需花费1 美元进行修复，若因为修复不及 时而导致路面质量丧失了8 0 ，此时就得花费4 5 美元进行修复。为了使路面保持在一 定的使用状态，必须进行修复。对于沥青路面而言，再生是修复方法中较为有效的一种。 修复方法的选择应根据路面破坏状况，对已有材料的分析以及设计参数而定。为了保证路 面尤其是下穿通道的几何特性和高程，应选择恰当的修复方法。与其它修复方法相比，路 面再生有其独特的优点。根据路面特定的破坏情况和结构需要可选择不一的再生方法。 无论路面在建成初期质量有多好，当经过交通荷载和环境因素( 光、雨、雪、空气等) 作用一段时间后，路面都会有不同程度的破坏。为了使路面保持一定的使用状况，必须选 择适用的修复方案。沥青路面的维修方案多种多样，回收再生也是其中之一。大量工程经 验表明，回收再生已逐渐成为最有吸引力的沥青路面修复方案之一。随着性能数据的不断 积累，再生混合料现场及试验室分析和实用性能指南的发展，再生将会成为最具吸引力的 修复技术。 在所有的再生方式中，厂拌热再生技术是目前世界上应用最为广泛的沥青路面再生方 法，已经是一种成熟的技术。据统计美国公路部门每年回收超过5 0 0 0 万吨的混合料，其中 3 3 用于厂拌热再生。而且，厂拌热再生技术的适用性较广，可以再生层位较高的沥青面 层。经过正确的设计和施工，厂拌热再生混合料的性能通常能够相当于甚至优于传统的热 拌沥青混合料。 在我国，目前公路尚处于大规模的建设期间，对公路的养护及再生利用方面的关注程 度相对比较薄弱。厂拌热再生虽然在个别省市进行了一定的研究，部分设备制造商也开发 了厂拌热再生的设备。但总的来说，厂拌热再生技术在国内缺乏系统综合的研究。 第l 页共6 3 页 东南人学工程硕士学位论文 1 2 国内外研究概况 全球每年完成的铺面道路超过1 0 0 0 万公里，其中有几十万公里的道路需要大修。为了 使道路保持应有的功能和安全性，政府和有关部门每年约花费7 5 亿美元。由于交通财政紧 张和常规养护方法的费用太高，越来越多必要的维修工作没有及时进行。因此，全球未得 到及时维修的病害道路的数量是惊人的。 沥青路面在服务几年后，其破坏速度会大大加快，但及时的维修，如：重新罩面或循 环利用，可以保持路面的质罱并延长道路的使用寿命。世界银行调查表明，在路面破坏变 得很严重之前，沥青路面再生利用是一种特别划算的方法。 国外对沥青路面再生利用研究，最早是从1 9 1 5 年在美国开始的，但由于以后大规模的 公路建设，对这方面的研究投入较少。1 9 7 3 年石油危机爆发后美国对这项技术才引起足够 的重视，并且迅速在全国范同内进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果。到八十年代底美 国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半，并且在再生剂开发、再生混 合料设计、施- t 设备等方面的研究也日趋深入。先后出版了沥青路面热拌再生技术手册、 路面废料再生指南、沥青路面冷拌再生技术手册等书瞄】。 1 9 9 1 年，美国g e l m a nr o s e n b e r g & f r e e d m a n 专业会计公司对包括8 7 家沥青再生和回 收协会( a r r a ) 承包商在内的企业进行调查，得出：全深式再生沥青混合料约1 2 7 0 万吨， 冷铣刨磨面沥青混合料约1 1 7 5 万吨，厂拌热再生沥青混合料约4 2 0 万吨，冷现场再生沥青 混合料约3 5 0 万吨，热现场再生沥青混合料约1 9 6 万吨。1 9 9 1 年后的调查结果表明，所有 这些数据都有了很大增长，但很难绘出增长的趋势，冈为被调查企业的数量是原来的两倍。 沥青路面在美国是最大的再生产品，根据美国联邦公路局报道，在重新罩面式拓宽项 目中每年要运走9 1 0 0 万吨中的7 3 0 0 万吨沥青路面( r a p ) ，重复利用率达8 0 ，而废金 属为6 3 0 0 万吨，重复利用率6 4 ，其它材料：纸31 4 0 万吨，混凝土路面3 3 0 万吨，玻璃 2 9 0 万吨，塑料1 1 0 万吨。市政固体废料利用率仅占2 8 。 据美国联邦环境署的估计，1 9 9 7 年整个固体废料为1 9 5 0 0 吨，而回收利用了3 5 5 2 吨， 从体积来说，沥青路面废料占同体废料的l 3 多。沥青路面的再生利用在美国已是常规实 践，一般来说使用1 5 - 2 5 的回收路面材料( r a p ) 的沥青混合料性能都很好。 再生沥青混合料因其中掺加了一定比例的旧料和再生剂，故其配合比设计与普通的新 拌沥青配合比设计有所不同。美国现在有的州已在利用s u p e r p a v e 的方法来设计再生混合 料。 日本由于其能源匮乏，一直很重视再生技术的研究，从1 9 7 6 年到现在路面废料再生利 用率已超过7 0 。并且对再生沥青混合料马歇尔试验提出了有别于普通沥青混合料的很具 体的技术指标。 两欧国家也十分重视这项技术，联邦德国是最早将再生料应用于高速公路路面养护的 国家，该国1 9 7 8 年就已将全部废弃沥青路面材料加以同收利用，芬兰几乎所有的城镇都组 织旧路面材料的收集和储存工作。过去再生材料主要用于低等级公路的路面和基层，近几 年已开始应用于重交通道路上。法国现在对再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一 些重交通道路的路面修复工程中开始逐步推广应用这项技术。 前苏联对沥青路面再生技术研究较早，先后出版了沥青混凝土废料再生利用技术、 旧沥青混凝土再生混合料技术准则等规范，提出了适于各种条件下再生利用的方法， 规定再生沥青混合料只可以用于高等级路面的基层或低等级路面的面层。 从欧美等发达国家沥青路面再生利用技术研究发展的状况来看，这些国家都特别重视 再生实用性的研究，他们在再生剂的开发以及实际工程应用中的各种挖掘、铣刨、破碎、 拌和等机械设备的研制方面都取得了很大的成就，正逐步形成一套比较完整的再生实用技 第2 页共6 3 页 第一章绪论 术，并且达到了规范化和标准化的程度。国外对沥青再生机理的理论研究较少，但在再生 剂的再生效果、再生沥青混合料的路用性能等方面积累了丰富的数据，进行了深入的研究， 为沥青路面再生技术的实用可操作性提供了科学依据 3 1 。 我国在五十到七十年代，曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路，但均作为废 物利用考虑，所得的成品一般只用于轻交通道路、人行道或道路的垫层。山西、湖北、河 北等省的公路养护单位，是国内较早同收利用旧油面的部门，他们在七十年代初期就将开 挖的废旧油面层用于维修养护时铺作基层。到8 2 年山两省结合油路的大中修工程共铺筑重 点试验段8 0 余公里，湖北省公路局发动全省各公路养护单位进行广泛系统的再生利用试验 研究，对各种等级的路面、各种交通最、各种地形气候条件、各种路面结构类型的旧油面 层的再生利用进行了相关试验研究，共铺筑各种类型的试验路8 8 公里。1 9 8 3 年建设部下 达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目。由上海市政工程研究所、武汉市市政工程 设计研究院、天津市市政工程研究所等单位承担，当时的主攻方向是把旧渣汕路面加入适 当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料，铺筑层次是解决用量较多的面层下层，拌和 设备方面则应用现有设备作适当改装，经过三年的努力，在苏州、武汉、天津、南京四个 城市铺筑了三万多平方米的试验路。经路用效果观测证明，再生路面的综合使用品质不低 于常j | ! i ! 热拌沥青混凝十路面。湖南省将乳化沥青加入到旧渣汕表处的面层混合料中，并分 别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路，也证明了其技术可行性和经济性【1 0 】。 其他省份如山东、河北、辽宁、广东、安徽等在八十年代初也曾先后进行过旧渣油路 面的再生利用研究。 我国从八十年代中后期开始进行大规模的公路建设，人力、物力的不足及对沥青再生 技术不够重视，致使我国对这方面研究的深化与延伸基本处于停滞状态。近十年来我国修 筑的高等级路面大多为沥青路面，而且所用沥青进口的占很大比例，价格昂贵。许多地方 石料匮乏，单价也日趋上升，原材料成本在整个路面工程中的比例也越来越大。大量的使 用新石料、开采石矿也造成森林植被减少、水土流失等严重的生态环境破坏。到现在我国 很多路面，特别是高等级路面已经或即将进入维修或改建期，大量的翻挖、铣刨沥青混合 料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏的国家来说是 一种资源的极大浪费。近几年一些公路养护单位尝试着将旧料简单再生后用于低等级公路 或道路基层，如9 7 年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面，取得了一定 效果。但由于缺乏必要的理论指导及科学的设计方法和机械设备的支持，目前在我国再生 旧料并没有在实际工程中得到大量应用。随着我国高等级沥青路面维修养护量的不断增加， 对沥青路面旧料再生技术有必要进行深入、系统的研究。 1 3 主要内容及关键技术 结合厂拌热再生技术的研究及应用实际，本文的主要研究内容如下： ( 1 ) 厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 论文对沥青路面再生原材料的技术要求进行研究，提出适合厂拌热再生技术的原材料 技术要求。这部分的研究内容主要包括： 旧沥青路面路用性能的评价 旧沥青性能的分析研究 旧沥青的性能对沥青路面再生，特别是对厂拌热再生技术是非常关键的，直接关系到 厂拌热再生沥青混合料的性能。对旧沥青性能的分析研究主要包括以下主要内容： a 旧沥青的同收以及性能评价 采用阿布森或旋转蒸发的工艺提取老化的沥青，并采用针入度分级体系以及s u p e r p a v e 第3 页共6 3 页 东南大学工程硕上学位论文 的p g 分级体系分别进行分析研究，比较老化沥青和新鲜沥青的性能差异。 b 根据回收旧沥青的性能选择合适的再生剂及再生剂用量，使再生后的沥青达到较好 的路用性能。 ( 2 ) 厂拌热再生沥青混合料性能及设计方法研究 我国目前没有再生沥青混合料的设计规范，因此，提出适合我国现阶段国情的再生沥 青混合料设计方法很有必要。 本部分将着重从s u p e r p a v e 设计方法、马歇尔设计方法两方面对上述两种类型的再生 方式的各个方面进行对比研究，提出适合的再生沥青混合料设计方法。通过研究将确定再 生混合料的配合比设计步骤、配合比设计的体积参数指标要求、以及混合料各项性能的检 验指标。 针对厂拌热再生混合料的高温稳定性试验、低温抗裂性试验、水稳定性检验以及疲劳 试验，充分研究厂拌热再生混合料的路用性能。主要内窖包括： 旧沥青混合料的添加比例对厂拌热再生沥青混合料性能的影响研究； 厂拌热再生沥青混合料的室内性能试验研究； 厂拌热再生沥青混合料与新拌沥青混合料性能的对比研究。 ( 3 ) 厂拌热再生施技术工及质量控制方法和质罩评价技术研究 我国目前还缺乏沥青路面再生利用的施工规范，也没有这方面的实践和经验。本部分 重点研究间歇式拌和楼厂拌热再生沥青路面的施工工艺，在研究的基础上形成间歇式拌和 楼厂拌热再生沥青路面施工指南，主要包括以下内容： 铣刨旧沥青混合料( r a p ) 的破碎、筛分工艺及级配要求。 r a p 材料的堆放和存储要求。 沥青路面再生的材料要求( 旧料、沥青、添加剂等) ； 沥青路面再生施工技术要求( 准备、施工、验收等) 。 ( 4 ) 沥青路面再生试验段及经济性分析研究 在间歇式拌和楼厂拌热再生技术的原材料技术要求研究、配合比设计研究、再生混合 料性能研究以及再生施工技术、质量控制和评价要求等研究的基础上，结合依托工程的实 际情况，开展间歇式拌和楼厂拌热再生技术的试验段施t 研究。 试验段施工研究完成后，定期对再生前后的路面状况进行长期观测，并与同期新建沥 青路面的使用情况作对比，研究再生路面的长期路用性能。 由于沥青路面再生节约了大量的建设资金，减少了资源的浪费和环境的破坏，具有巨 大的经济效益和社会效益，但沥青路面再生在我国毕竟是全新的尝试和实践，比较分析在 我们现有的技术发展条件下采用沥青路面再生技术与沥青路面传统维修技术比较，对再生 路面的材料、人员、机械台班等进行分析，进行再生沥青路面的与常规沥青路面的造价比 较分析。 第4 页共6 3 页 第一二章厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 第二章厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 2 1 概述 沥青路面经过几年的服务后，沥青在各种环境冈素的作用下，性能发生了一定的变化， 主要表现为粘度和脆性增大；旧路的集料在交通荷载及环境的作用下，性能也会有一定程 度的衰减。冈此，为了使旧路沥青混合料再生后能达到较好的路用性能，对沥青路面再生 原材料的技术要求进行研究，提出适合厂拌热再生技术的原材料技术要求，关键是再生后 沥青的指标要求，是非常有必要的。 目前有多种方法可以确定再生沥青中新沥青胶结料或再生剂的种类及掺晕。如经验法、 计算法、图示确定法、试验分析法等等。经验法中具有代表性的是美国n c h r p9 1 2 研究 报告提出的方法，报告认为再生沥青混合料中r a p 含量小于1 5 时，选择的新加胶结料 等级不变：当r a p 含量在1 6 - 2 5 时，高低温等级均低一个等级，例如原来使用p g 6 4 2 2 ， 现在加了r a p ，胶结料则选用p g 5 8 2 8 ；当r a p 含晕大于2 5 时，使用专门的混合图来 确定高低温等级。另外还有一些和针入度、粘度相关的公式可以确定新加胶结料或再生剂 的用量，或者通过专用的粘度混合图来确定新加胶结料或再生剂的用量。这几种方法都是 在一定的应用经验的基础上总结提出的，对于特定的热再生工程，可以通过这些方法近似 地确定新加胶结料或再生剂的用量。但是每个工程中旧沥青老化程度都不尽相同，为了更 精确地确定新加胶结料或再生剂的用量，最根本的方法还是通过不i 一掺配比例的混合沥青 的性能试验来分析新加胶结料或再生剂的掺量。 这部分的研究内容主要包括对沥青老化与再生机理分析、试验室沥青回收过程的评价、 r a p 材料中的回收沥青与新沥青在不同比例掺量下的针入度、粘度等项指标的评价和对 r a p 材料回收沥青中掺加不同类型及不同比例再生剂后调和沥青的针入度、粘度等项指标 的评价。 本章研究选用的材料，包括r a p 材料、新加沥青胶结料、再生剂等，均取自论文依托 的实体工程。本论文研究采用的铣刨料为机场高速公路沥青路面混合料( 原结构为道路石 油沥青s u p 2 5 + s u p 2 0 沥青混合料) ，该路1 9 9 7 年6 月正式竣工通车，在运行1 0 年左右后 现场铣刨取样。 2 2 沥青老化与再生机理分析 现在，对于沥青溶液的认识基本上有三种观点。一种观点认为，沥青溶液表现为一系 列的胶体性质，沥青溶液中存在着三种成分：憎液的沥青质颗粒；包围着憎液颗粒避免其发 生聚合的亲液颗粒，即是胶质，胶质包围着沥青质形成胶团；悬浮胶团的油相。当它们的 相对含量和性质相配伍时，就形成了相对稳定的胶体溶液。按照沥青胶体状态的不同，沥 青可以分为三种胶体结构：溶胶型、凝胶型以及溶一凝胶型。这是在沥青结构研究中早期提 出来的沥青胶体结构理论。第二种观点认为，沥青是以沥青质为溶质，而以软沥青质( 沥青 中除沥青质以外组分的总称，按三组分分析法，即为油分与树脂之和) 为溶剂的高分子浓溶 液。随着采用的溶剂不同，可以将沥青分离为多层结构，并可以用近代化学热力学理论， 对沥青的各种物理化学现象进行数学描述和求解。这是近年来在沥青结构研究中出现的溶 液理论。第三种观点认为，沥青是两性沥青质型网状分子结构。在网状分子结构中含一种 油相。沥青最为重要的化学性质是由构成网状结构分子的极性及油相的分子大小分布状态 所决定的。由于沥青的这种结构与橡胶十分相似( 橡胶也是一种网状聚合物，在网状结构 第5 页共6 3 页 东南 学t 程碰十学论空 中含有增鼍油) ，所以有人将此理论称为“橡胶理论”。 为了弄清楚沥青再生的机理，下面将分别从沥青腔体结构理论、高分子溶液理论和橡 胶理论出发，研究沥青在老化过程中其性质的变化规律，从而为老化沥青的再生找到适宜 的逢径和 挂。 2 3 沥青回收过程评价 为了验证沥青回收过程对铣刨科中老化沥青的影响，首先对沥青回收的试验方法进1 i 亍 验证，组织有经验的试验人员严格按照现行规范的要求进行沥青同收。沥青抽提参照现行 规范t 0 7 2 2 1 9 9 3 中的离心分离法，将沥青由混台料分离至。i 业用二氯乙烯溶剂中，静置 2 4 小时，让溶液中的大部分矿粉自然沉淀，然后参照现行规范t 0 7 2 7 - 1 9 9 3 中的旋转蒸发 器法对溶液中的沥青进行同收。具体操作方法是：将上层的沥青抽提液置丁离心分离器的 旋转烧瓶中在7 7 0 g 以上的离心加速度下高速旋转3 0 分钟以上，沉淀山抽提液中剩余的 矿粉，再将溶 馥置_ 旋转蒸发器中，在66 7 k p a 的绝对负豫下，以5 0 5 c 的滩度对溶剂 进行蒸发，井在最后3 0 m i n 时问以1 5 5 2 c 进行蒸发，然后在此状态下以1 0 0 0 m l m i n 通入c 0 2 气体2 m l n ，以清除同流的三氯乙烯蒸汽，此时，旋转烧瓶中的残留物即为回收 完成的沥青胶结料。( 下面对老路沥青铣刨料中沥青的抽提同收方法皆与本次试验相同) 且体试验装置见图2 3 1 。 图23 - 1 旋转蒸发嚣回收装置 为验证回收过程对沥青胶结料试验指标的影响，首先进行了空白比对试验，试验采用 再生工程中使用的7 0 号道路石油沥青，选择3 0 0 0 9 试样，并分成三等份，一份作为对比试 样直接进行沥青常规试验、烧火最试验及p g 分级试验，另一份在常温下溶解jq - 业用 三三氧乙烯溶剂中，静置2 4 小时，然后将溶液采用旋转蒸发器法同收其中沥青，并对【石l 收的 沥青进行常规试验、烧先吊试验及p g 分级试验，第二份采用烘莉将沥青加热至流动状态， 掺加4 0 0 的矿粉搅拌均匀后冷却至常温再将沥青混台物 ；莩解十工业用二三氯乙烯浒剂中， 静置2 4 小时，然后将溶液采用旋转蒸发器法同收其中沥青，j r 对同收的沥青进行常规试验 及p g 分级试验。 通过对道路石汕沥青三份试样的试验结果进行对比分析，了解回收过程对道路石油沥 青相关指标的影响。对比试验结果可见表2 3 - 1 。 表2 3 - 1 道路石油沥青常规试验结果对比 指标 l ：；嚣引茹，l 。淼，r 嚣度 第6 页弛6 3 更 第二章厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 原样沥青 6 9 04 8 22 6 42 4 8 掺二氯乙烯后的同收沥青 7 1 24 9 02 8 62 3 7 变化情况 3 2 0 8 8 3 4 4 掺矿粉的回收沥青 6 6 54 9 1 2 4 2 2 5 8 变化情况 3 60 9 8 3 4 0 规范重复性误差要求 4 牛1 2 0 3 5 由上表可以看出，掺三氯乙烯回收前后道路石油沥青常规试验的各项指标的变化较小， 基本上均处于规范规定的重复性误差范围以内，掺矿粉的回收前后道路石油沥青常规试验 的各项指标的变化亦较小，同样处于规范规定的重复性误差范围以内。因此可以认为回收 过程对于沥青各项常规试验指标基本不产生影响。 同样的，室内采用旋转蒸发器对新沥青、掺三氯乙烯同收的道路石油沥青及掺矿粉回 收的道路石油沥青分别进行了s h r pp g 等级的试验分析。试验数据见表2 3 2 和表2 3 3 。 表2 3 - 2 掺三氯乙烯回收沥青p g 分级试验结果对比 试验值 试验 掺三氯乙 试验项目试验指标变化率技术要求 温度 原样沥青烯回收沥 青 原 r v r l a ( - p a s 1 1 3 5 0 3 8 7 5 0 3 8 7 5 0 r l a _ _ _ 1 o k 沥 d s r 青 7 0 0 5 4 8 30 5 6 5 73 2 p a g + s i n 5 ( k p a ) 残驾 g 幸s i n a i ( k p a ) 6 4 2 2 0 8 82 3 0 7 54 4 留天 g 幸s i n 篷= 2 2 0 k 沥写 d s r p a 青后g 幸s i n 5 ( k p a ) 7 0 1 0 2 6 61 0 8 8 l6 o s ( m p a ) 2 0 42 1 13 4 1 2 蓬 m0 3 3 40 3 3 01 2 s 3 0 0 m p a 后 b b r 残 s ( m p a ) 4 9 75 0 82 2 m 2 0 3 0 0 1 8 留 m0 2 3 60 2 3 02 5 沥 青 g 宰s i n 6 s 5 0 0 0 k d s rg 木s i n 5 ( k p a )2 5 3 7 6 33 8 7 03 1 p a 表2 3 - 3 掺矿粉回收沥青p g 分级试验结果对比 试验 试验值 试验项目试验指标 掺矿粉回 变化率技术要求 温度 原样沥青 收沥青 原 r v t 1 a( p a s ) 1 3 5 0 3 8 7 50 3 8 9 00 4 r l a _ 1 o k 沥 d s r 青 7 0 0 5 4 8 30 5 6 8 23 6 p a g 幸s i n 6 ( k g a ) 第7 页共6 3 页 东南大学工程硕士学位论文 残驾g s i n a i ( k p a ) 6 4 2 2 0 8 82 3 1 2 84 7 留天 d s r g s i n 6 兰2 2 0 k 沥与 p a 青后g s i n 6 ( k p a ) 7 0 1 0 2 6 61 0 9 9 5 7 1 s ( m p a ) 2 0 4 2 1 4 4 9 1 2 罨 m0 3 3 40 3 2 8 1 8 s s 3 0 0 m a 后 b b r 残 s ( m p a ) 4 9 75 2 0 4 6 m 却3 0 0 1 8 留 m0 2 3 60 2 2 45 1 沥 青 g 木s i n s 5 0 0 0 k d s r g 木s i n i 5 ( k p a ) 2 5 3 7 6 33 9 2 04 2 p a 由表2 3 2 和表2 3 3 可以看出，掺三氯乙烯回收前后道路石油沥青和掺矿粉的回收沥 青前后道路石油沥青p g 分级试验的各项指标几乎没有发生变化，冈此可以认为沥青回收 过程对于沥青p g 分级试验指标不产生影响。 通过对新沥青、掺三氯乙烯回收的沥青以及掺矿粉的同收沥青的常规指标以及p g 等 级的试验分析，结果表明采用的沥青同收分离技术是可行的。 综合以上试验分析结果，对于道路石油沥青，无论是常规试验还是p g 分级试验，回 收前后各指标基本没有发生变化，因此可以认为采用旋转蒸发器法的回收能够排除三氯乙 烯和矿料等的影响，得到具有代表性的回收沥青，回收过程对道路石油沥青各指标不会产 生影响，这与国内相关试验结论相同。 本论文拟采用的r a p 材料的沥青胶结料均为7 0 号道路石油沥青，因此，采用旋转蒸 发器法对沥青进行回收和评价是合适的。 2 4 旧沥青掺量对再生沥青性能的影响研究 为了确定新加沥青对老化沥青的影响，结合工程情况，选用工程中常用的7 0 号道路石 油沥青作为新加沥青( 条件许可时亦可增加沥青标号进行试验) ，新旧沥青的技术指标见表 2 5 2 所示。回收沥青通过室内对铣刨料进行抽提，采用旋转蒸发器法对原路面老化沥青进 行回收获得。 将回收沥青按不同比例掺加新沥青后进行试验，试验内容有针入度、延度、软化点和 动力粘度试验，结果分别见图2 4 1 2 _ 4 _ 4 所示，p g 试验结果汇总于表2 4 2 所示，采用 7 0 号道路石油沥青作为评价标准，详见表2 4 1 。 表2 4 - 1 新沥青的试验指标要求 针入度2 5 软化点 延度( 1 0 。c ) 动力粘度运搬 标注名称p g 分级 0 1 m mr & b c m6 0 p a s1 3 5 p a s 7 0 号标准6 0 8 0不小予4 6不小于1 5不小于1 8 0p g 6 4 2 2 表2 4 - 2 回收沥青和新沥青不同掺加比例下的试验结果 回收沥青和新沥青掺加比例 回收沥青：新沥青 o ：1 0 0 1 0 ：9 02 0 ：8 03 0 ：7 04 0 ：6 05 0 ：5 0 名称定义 h x o h x lh x 2h x 3h x 4h x 5 p g 分级 p g 6 4 2 2 p g 6 4 2 2p g 6 4 2 2p g 6 4 2 2p c ；7 0 2 2p g 7 0 2 2 第8 页共6 3 页 第二章厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 石u 7 5 7 0 售6 5研孵释“嗍甥 纱垮 瞪料7 ”7 ”研 j 三6 0 二5 5 囊 l委鏊l 一型5 0 鬯 藩i 磬 7 鬟 茎4 5 卜i 脚 融 一一_ 丽 4 0 3 5 缓施缓 j u h x lh x2h x3h x4i i x5 不同新沥青比例 图2 4 - l 针入度试验结果 z a 2 0 黪黝锈 同 罄秀 暑 1 5 趔 黪l 团 圆囝1 日 餐1 0 li 5 爹 臻 瞄 釜名 酝测 u h x lh x2h x3h x4h x5 不同新沥青比例 图2 4 - 2 延度试验结果 图2 4 - 3 软化点试验结果 第9 页共6 3 页 东南大学工程硕士学位论文 f0 u 6 5 0 啊 鼍5 5 0 日 同 山 醚4 5 0 雕 缀； 摆 曩 豳 墨3 5 0 秘 固 豳 2 5 0 一罔一 靠硪 b ，i 虢i 瓣“，庸， j - j u h x lh x2h x3h x4 h x5 不同新沥青比例 图2 4 - 4 动力粘度试验结果 从试验结果可见，当旧沥青掺量高于3 0 以后，混合的沥青针入度、延度等指标明显 下降，且不能满足7 0 号道路石油沥青的标准。每种比例掺量下沥青软化点试验、动力粘度 试验和p g 分级试验指标均能满足道路石油沥青7 0 号标准，运动粘度指标随着r a p 材料 中老沥青掺量的增加早现逐渐增大的趋势。综合分析得出，若不掺加再生剂，从混合沥青 性厶匕r , l 山_ l _ l 发，旧沥青用量不得大于3 0 。若默认r a p 沥青含量和新沥青混合料沥青用量相 同，则r a p 的掺加比例应不大于3 0 。 2 5 再生剂对再生沥青性能的影响研究 再生剂是一些有机材料，通过化学和物理的作用将已老化的沥青恢复到想要的水平。 使用再生剂有四个目的：恢复已老化沥青胶结料的性能，使之满足施工和混合料的最终 使用要求；恢复再生混合料的最佳性能，保持耐久性；提供足够的沥青胶结料以裹覆 再生混合料中加入的新鲜集料；提供足够的沥青胶结料以满足混合料设计的需要。 再生剂选择时，老化沥青与再生剂混合物的粘度特性是决定因素。再生剂的种类主要 有：软化剂、还原剂、改性剂、稀释油、芳香油、增量油、抽出油、润滑油，某些植物油 等。也有人将再生剂定义为一种碳氢化合物产品，通过物理作用将已老化的沥青性能恢复， 达到规范要求。根据这个定义，较软的沥青和一些特殊产品也可以作为再生剂。当再生混 合料中总沥青用量增加时可使用沥青胶结料作为再生剂，选用特定等级的沥青与r a p 中已 老化的沥青混合后达到规范要求。 一般a c 1 0 ，a c 一5 或a c 2 5 ( 相当于针入度8 5 1 0 0 、1 2 0 1 5 0 或2 0 0 3 0 0 ) 的沥青常 用于此。在美国，软等级的沥青作为再生剂使用比化学再生剂更普遍。如果老化沥青的粘 度特别高( 或针入度特别低) 或者是再生混合料中r a p 的用量远大于5 0 ，可少量添加 一些化学再生剂用于改善已老化的沥青胶结料，而无需改变沥青用量。 乳化再生剂具有一定优点：增进流动性及和易性，控制温度以防止混合料在拌和简中 被过度加热。而且可以调整乳化液的配方以保证再生混合料中沥青胶结料的最终设计粘度。 缺点是必须加热使乳化液中3 0 3 5 的水分去除。为了保证再生剂发挥作用，建议其性能 要求如下： 在再生混合料中易于分散； 能改变r a p 中已老化沥青的粘度，使其达到要求的水平； 第l o 页共6 3 页 第二章厂拌热再生沥青路面再生原材料技术研究 与已老化的沥青相容，不会发生脱水收缩反应( 蜡从沥青中析出) ； 能重新分布已老化沥青胶结料中的沥青质； 能延长再生沥青混合料的寿命： 性质均匀； 不易冒烟和着火。 为了分析再生剂的性能，一些单位做了各种不同试验。表2 5 1 列出了a s t md 4 5 5 2 再生剂分类中包含的物理特性，比较重要的性能如下： 6 0 粘度，测定沥青胶结料的一致性； 闪点，评价再生剂中有机挥发物的存在，这也是运输、施工和储存时的安全要求； 饱和重鼍百分率，确保兼窖性； 重量损失，减少施工中烟尘产生和挥发物损失； 老化试验，减少热拌时再生剂的过度老化，确保耐久性。 再生剂( r a ) 等级的选择依据旧路面中沥青的含量和硬度而定。一般地，低粘度的再 生剂用于老化沥青粘度较高的情况，反之亦然。 表2 5 - 1 s t _ id 4 5 5 2 热拌混合料再生剂规范 r a lr a 5r a 2 5r a 7 5r a 2 5 0r a 5 0 0 试验试验方法 最最最最最最最最 最小最大 最 最大 小大小大小大小大小 6 0 粘度， d 2 1 7 0 或 5 01 7 51 7 69 0 09 0 l4 铷4 1l 西0 d1 2 l姗3 7 卯l6 0 0 0 0 c s td 2 1 7 l 闪点，c o c ， d 9 24 2 54 2 54 2 54 2 54 2 54 2 5 饱和，w t d 2 0 0 73 03 03 03 03 03 0 r t f 0 或 d 2 8 7 2 或 t f o 残留物 d 1 7 5 4 试验，1 6 3 粘度比33333 3 重量变化，4 - 44 3333 d 7 0 或报报报 报 报 密度报告 d 1 2 9 8 出 告告告告口 根据前一节的试验分析得知，采用相同标号的新沥青进行性能恢复时，r a p 材料中老 沥青的掺量不应大于沥青总量的3 0 ，即当掺量大于3 0 时，混合沥青的物理性质明显降 低，老沥青性能恢复幅度较小。本节将结合不同品种的再生剂对老沥青进行性能恢复，以 分析再生剂对老沥青各项指标参数性能恢复的情况，评价的标准i 一样应满足规范中的沥青 指标要求。 进行再生剂对老沥青性能恢复的情况时再生剂用量选择需综合考虑以下因素：沥青的 软化点、延度、针入度、粘度等，其中延度是一个重要指标，被用于判断沥青的老化程度、 添加再生剂后的恢复程度等。故本节拟选用不同品牌的再生剂进行研究，分析再生剂对老 沥青物理指标的影响规律，进一步引出再生剂用量的确定方法。 室内选用了a 品牌再生剂和b 品牌再生剂进行研究，主要针对老沥青中掺加不同比例 的再生剂后的沥青软化点、延度、针入度、粘度等指标进行实验分析。a 品牌再生剂和b 第l l 页共6 3 页 东南大学工程硕士学位论文 品牌的再生剂软化点、延度、针入度、动力粘度试验分别见图2 5 1 2 5 4 ，运动粘度及 p g 分级汇总于表2 5 2 ，标准参见表2 4 _ l 。 表2 5 - 2 回收沥青和再生剂试验结果 再生剂掺量( ) 再生剂 试验项目 类型 o 571 01 5 动力粘度6 0 p a s3 8 6 01 4 0 05 4 83 1 61 2 4 a 品牌运动牯良1 3 5 p a s1 5 0 00 9 5 00 7 0 00 4 5 00 3 0 0 p g 分级8 2 2 27 6 2 27 0 2 27 0 2 25 8 2 2 动力粘度6 0 。c p a s3 8 6 02 0 7 0 l1 4 5 6 9 52 6 0 b 品牌运动粘良1 3 5 p a s1 5 0 01 0 5 00 9 5 00 7 0 00 4 5 0 p g 分级 8 2 2 2 7 6 2 27 0 2 2 7 0 2 2 6 4 2 2 1 6 0 1 4 0 。 1 2 0 + a 品牌再生剂 量 - - - - i - - - b 品牌再生剂 = 1 0 0 o p 8 0 、 越6 0 一 4 7 5 r a m 4 7 5 m m 4 7 5 r a m6 为了更好保证生产的质量，每天生产结束后，要求用拌和楼打印的各料数量，进行总 量控制。以各仓用最及各仓筛分结果，在线抽查矿料级配；计算平均施工级配和油石比， 与设计结果进行校核；以每天产量计算平均厚度，与路面设计厚度进行校核。 第4 l 页共6 3 页 东南大学工程硕上学位论文 4 5 5 沥青混合料的运输、摊铺 厂拌热再生沥青混合料的运输过程应严格按照部颁公路工程沥青路面施工技术规范 ( f 4 0 2 0 0 4 ) 要求，控制沥青混合料的出厂温度和运到现场的温度，一般可比道路石油沥 青混合料高5 1 5 ，正常的出料温度在1 5 5 1 7 0 。拌和机向