（机械设计及理论专业论文）沥青路面厂拌热再生及其设备关键技术研究.pdf

摘要 我国已建成高等级公路9 0 以上为沥青路面，再过5 年大部分高速公路将进入大 修期，高速公路大修导致大量沥青路面废料的闲置堆放，不仅浪费资源，而且造成严重 的环保问题。沥青路面回收料的再生利用有利于处理废料，节约能源，保护环境，具有 显著的经济效益和社会、环保效益。 论文研究的目的在于寻找适合我国国情的热再生技术，通过对沥青再生和混合料再 生的研究，确定回收沥青混合料的掺配比例；对厂拌热再生拌和设备关键技术进行研究， 力求形成实用的厂拌热再生拌和设备的设计方法。论文采用理论分析与试验研究相结 合，材料科学与机械工程相结合的研究方法，主要得出如下的结论。 在对回收沥青性能分析的基础上提出了两种沥青再生的方法，即添加新沥青再生和 添加再生剂再生，采用新沥青再生时旧沥青的掺配比例小于3 0 ；采用再生剂再生时， 再生剂的最佳用量是旧沥青含量的4 - - 5 。 通过对旧沥青混合料的级配进行分析，认为旧沥青混合料的集料有细化的趋势，需 要添加新集料改善级配。研究了不同r a p 掺配比例下的马歇尔试验结果，发现不同r a p 掺配率下，添加再生剂时的最佳油石比比较均匀，r a p 的掺配率可以提高到5 0 。提 出了再生混合料性能的评价体系，包括对再生混合料最大理论密度计算的修正公式和对 再生混合料性能的评价指标，可为实际生产中再生混合料的配合比设计提供了依据。 对厂拌热再生设备关键技术进行了研究，提出了第二烘干筒采用四段式的设计方 案，针对不同的区段设计了不同的叶片结构，给出了第二烘干筒热平衡计算的方法及其 控制系统设计要求；并提出了第二烘干筒厂拌热再生设备性能的评价方法，可为厂拌热 再生设备的设计提供参考。通过试验研究提出了厂拌再生设备使用和施工工艺参数，如 热气加热安全温度、r a p 加热温度、再生混合料加热时间、混合料出料温度等控制指 标，为生产出合格的再生混合料提供了保证。 最后总结了厂拌热再生施工工艺，进行了实体工程的试验段铺筑，试验段的各项检 测结果表明，再生路面性能与普通沥青路面相比没有明显的差距，研究证明，按本文提 出的方法、设备和工艺对旧沥青混合料进行再生是行之有效的，经合理设计的再生混合 料的各项性能指标与普通沥青混合料的性能无明显差异，可以满足使用要求。 关键词：旧沥青混合料，厂拌热再生，旧料掺配率，再生设备，第二烘干筒 a b s t r a c t a b o u t9 0p e r c e n to ft h eh i g h w a yb u i l ti no u rc o u n t r yi sa s p h a l tp a v e m e n t ，a n da l m o s t w o u l db ei nh e a v y r e p a i rp e r i o da b o u t5y e a r sl a t e r , w h i c hw o u l dl e a v eag r e a td e a lr e c l a i m e d a s p h a l tu n u s e d ，n o to n l yw a s t er e s o u r c eb u ta l s ol e a df e a r f u le n v i r o n m e n tq u e s t i o n s t h e r e u s e dr a pc a nh e l pu ss a v e e n e r g ys o u r c e s ，p r o t e c te n v i r o n m e n t ，a n di t i sb e n e f i tt o e c o n o m y , s o c i e t ya n de n v i r o n m e n t t h eo b j e c t i v eo ft h et h e s i si st or e s e a r c ht h eh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n gt e c h n o l o g yo f w a s t ea s p h a l tm i x t u r e s t u d y i n gr e u s e da s p h a l ta n dr a p , c o n f i r mt h ec o m p o u n dp r o p o r t i o n o fr a p s t u d yo nt h ek e yt e c h n o l o g i e so fh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n gt of o r mt h ed e s i g n m e t h o do fh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g b yt h em e a n so ft h e o r ya n a l y z e sa n de x p e r i m e n t r e s e a r c h ，m a t e r i a ls c i e n c ea n dm e c h a n i c a le n g i n e e r i n g ，t h ep a p e rd r e waf e wc o n c l u s i o n sa s f o l l o w i n g ： t h ep a p e ra d v a n c e dt w om e t h o d sf o rt h er e u s e d a s p h a l tb a s e d o na n a l y z i n gt h e c a p a b i l i t yo f 呲t h e ya lea d d i n gn e wa s p h a l tr e g e n e r a t i o na n da d d i n gr e c y c l i n ga g e n t r e g e n e r a t i o n w h e nw eu s et h en e wa s p h a l t ，t h ep r o p o r t i o no fr a pw a sl e s st h a n3 0 w h e n w eu s et h er e c y c l i n ga g e n t ，t h eb e s td o s a g eo fr e c y c l i n ga g e n tw a sa b o u t4 - - - 5 o fo l d a s p h a l t a n a l y z i n gt h ea g g r e g a t eg r a d a t i o no fr a pt h ep a p e rf i g u r eo u tt h a ta g g r e g a t eo fr a p w a sb e c o m i n gt h i na n dw en e e da d dn e w a g g r e g a t et o , i m p r o v et h eg r a d a t i o n i ts t u d i e dt h e m a r s h a l le x p e r i m e n t sr e s u l ti nd i f f e r e n tp r o p o r t i o no fr a p , f o u n dt h a tt h ep r o p o r t i o no fr a p c o u l db ei n c r e a s e dt o5 0 w h e nu s e dt h er e c y c l i n ga g e n t t h ep a p e ra d v a n c e dt h ee s t i m a t e s y s t e mo fr e u s e dm i x t u r ep e r f o r m a n c e ，i n c l u d i n gt h ec o r r e c t i n gf o r m u l ao fc a l c u l a t i n g t h e o r e t i c a lm a x i m u md e n s i t ya n de s t i m a t e g u i d e l i n e ，w h i c hw o u l df o u n db a s i sf o rt h e c o m p o u n dp r o p o r t i o no fr e u s e dm i x t u r ei np r a c t i c e t h ep a p e rs t u d i e do nt h ek e y t e c h n o l o g yo fh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g ，a n da d v a n c e dt h e f o u rs e g m e n td e s i g nm e t h o do fp a r a l l e l f l o wd r y e rd r u m ，d e p e n d i n go nd i f f e r e n tl a m i n a s t r u c t u r et od i f f e r e n ts e c t i o n ，a n da d v a n c e dt h ec a l c u l a t i o nm e t h o df o rt h eh e a tb a l a n c ea n d t h er e q u i r e m e n tt ot h ec o n t r o ls y s t e m ，a n db r i n gf o r w a r de s t i m a t es t a n d a r df o rt h eh o tc e n t r a l p l a n tr e c y c l i n gw h i c hp r o v i d ed e s i g nb a s i sf o rp l a n tr e c y c l i n g b ye x p e r i m e n tr e s e a r c ht h e p a p e rp r o v i d e ds o m eu s i n ga n dt e c h n i c sp a r a m e t e rf o rt h eh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g ，s u c ha s t h eh o tg a ss a f et e m p e r a t u r e ，t h er a ph o tu pt e m p e r a t u r e ，t h er a ph o tu pt i m e ，m i x t u r e e x c e e d i n gt e m p e r a t u r e ，e t c t h e yc o u l do f f e rw a r r a n tf o rp r o d u c i n ge l i g i b l em i x t u r e s u mu pc o n s t r u c t i o nt e c h n i c so fh o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n ga tl a s t ，a n dc o n s t r u c t e x p e r i m e n ts e g m e n ti np r a c t i c e ，a l le x a m i n er e s u l ti n d i c a t e dt h e r ei sn oo b v i o u sd i f f e r e n c e b e t w e e nr e c y c l i n ga n dc o m m o na s p h a l tp a v e m e n t s t u d i e sp r o v et h a ti ti se f f e c t i v ea c c o r d i n g t ot h em e t h o d ，f a c i l i t y , a n dt e c h n i c sp r o v i d ei nt h ep a p e rf o rr e c y c l i n go fr a pi nl o g i c a l d e s i g n ，w h i c hi si nc o m m o nt oa s p h a l tm i x t u r ea n dc a ns a t i s f yd e m a n di np r a c t i c e k e y w o r d s ：呲h o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g ，p r o p o r t i o no f 啪p l a n tr e c y c l i n g ， p a r a l l e l f l o wd r y e rd r u m 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 彳砂粒糯孔州孑年陟月j 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文拓者魏，f 砂梳鹩翮g 年年月棚 导师签名：膨妣赫年牛月2 - 日 长安大学博士学位论文 第一章绪论弟一早珀y 匕 1 1 论文研究的背景及其意义 1 。1 1 论文研究的背景 我国高速公路开始修建于2 0 世纪8 0 年代，9 0 年代以后陆续建成的高速公路已进 入大、中修期，按照沥青路面的设计寿命( 1 5 - - 2 0 年) ，从现在起，每年约有1 2 的沥 青路面需要翻修。由于我国目前还没有完全掌握旧沥青混合料的再生技术，旧沥青混合 料废弃量将达到2 2 0 万吨之多，如能加以利用，每年可节省材料费用3 亿元以上，而且 这个数字是以每年1 5 的速度增长的n 】。1 0 年以后，沥青路面的大、中修产生的旧沥 青混合料将达到1 0 0 0 万吨，届时再生利用每年可节约材料费达1 5 亿元。因此，旧沥青 混合料的再生技术及沥青再生专用设备的研究和开发，已是迫在眉睫。同时，这项技术 也是保护环境、重复利用资源的“可持续发展”战略在公路建设中的具体体现。： 从2 0 世纪5 0 年代开始，美国等发达国家开始大力发展高速公路建设，公路运输远 远超过铁路、水运和航空运输，成为国家经济发展的大动脉。在世界范围内，修建成千 上万公里的新路以满足日益增加的交通量的需要。但是，由于高速公路设计年限为1 5 2 0 年，每年需要投入大量维护资金以保持其应有的通行能力。而且，随着交通量的增加， 承载负荷的加重，均加速了沥青路面病害的产生，有时达不到设计年限就要大修。 大多数国家的公路网都面临着类似的问题，与道路建设初期大量资金的投入相比， 人们往往忽略了对在建道路养护方面的考虑，从而导致路况的迅速恶化并导致最终不得 不采取较昂贵的修复措施以便恢复道路的性能。在旧路修复过程中人们常把旧路面材料 当作垃圾处理，这样将产生复杂的经济和环境问题，如必须将废料运到专门有害垃圾的 倾卸场地进行处理，以避免造成环境污染。在这种情况下，人们开始认识到对旧沥青路 面再生利用的重要性，许多国家开始对旧路面材料进行了研究。 随着我国改革开放的不断深入和国民经济的飞速发展，公路建设近十几年来得到了 长足的发展。到2 0 0 6 年底全国高速公路达4 5 3 万公里，居世界第二。由于沥青路面具 有足够的力学强度和一定的弹性、塑性变形能力，有高度的减振性，行车平稳舒适、噪 声低，不扬尘等特点，所以已修和待建的高等级公路大部分为沥青路面，特别是高速 公路，9 0 以上为沥青路面瞳1 。如何管好、养好现有路面已是目前我国公路部门面临的 重要课题。据长安大学孙祖望教授预测。”，再过5 年，全国大部分高速公路将进入大修 第一章绪论 期。他认为，大修高速公路，大量沥青路面废料的闲置堆放使废料存放的场地及环保等 问题越来越突出，沥青路面废料的再生利用将不单单是技术问题，而是一个社会问题。 沥青混合料的再生利用有利于处理废料，节约能源，保护环境。由于旧沥青混合料 得以利用，节约了大量的沥青和砂石材料，减少了新材料的开采，可解决旧沥青混合料 的运输和废料堆弃的问题。因此沥青混合料的再生利用，具有显著的经济效益和社会、 环保效益，在公路建设中，被人们称之为“绿色 施工技术。 多年来，世界各国广泛进行沥青混合料再生利用的试验研究，并开发了相应的再生 设备，已在实践中大面积推广应用。当前，根据我国可持续发展的战略方针，沥青路面 再生技术的研究与沥青再生专用设备的开发、推广与应用已被提上重要的议事只程，成 为我国高等级公路建设的一个热点。 1 1 2 课题研究的意义 一、有利于创建和谐、节约型社会，具有重大的经济效益 近年来，我国修筑的高等级路面大多为沥青路面，而且进口沥青占很大比例，价格 昂贵，路用石料价格也日趋上升，原材料成本在整个路面工程中所占的比例越来越大， 对旧沥青混合料再生技术的研究利用显得尤为迫切。过去再生材料主要用于低等级公路 的路面和基层，现在随着沥青混合料再生技术的发展，一些发达国家在高速公路和一些 重交通道路的路面修复工程中已开始逐步推广应用这项技术。 在我国，一些地方也开始对沥青路面再生技术进行了定的试验和实践，对沥青路 面材料再生的技术、工艺、设各等方面进行了探索研究。如在2 0 0 0 年，东南大学和常 州市化工研究所合作，研制出了针对高等级沥青路面的新型再生剂；在2 0 0 3 年，广州 佛山高速公路沥青路面大修工艺采用了厂拌热再生技术。 沥青路面再生技术能最大限度利用废旧混合料，直接节省大量的砂石料和沥青资 源；同时有效节约开采砂石料和废弃旧料占用的大量土地资源。我国石油沥青人均产量 很低，而且利用国产原油炼制的沥青普遍存在沥青质低、蜡含量高、胶质多、芳香分少、 饱和分多的特点，大多满足不了重交通石油沥青的路用性能技术要求。因此，适用于高 级路面的国产沥青的缺口很大，需大量进口沥青和适宜炼制沥青的原油，而且价格居高 不下，进口沥青价格达到国际市场的两倍以上。在我国许多地区，适用于铺设高级沥青 混凝土路面的玄武岩、辉绿岩、安山岩等石料也是非常稀缺的资源，为保证工程质量， 有时不得不到数百公里以外开采，远途运输大大提高了石料单价，如果不重复利用这些 2 长安大学博士学位论文 昂贵的石料，每次翻修路面将带来沉重的经济负担。沥青路面再生技术在节约土地资源 方面的作用也不容忽视。显然，经济发达地区的公路密度大，交通量也较大，因此沥青 混凝土路面翻修的频率较高，产生的废料相对较多，如果不利用再生技术重复利用沥青 混合料，废弃旧料和新开采砂石料将占用经济发达地区大量“寸土寸金的土地。i 沥青再生技术的直接经济效益主要体现在两个方面：节约了集料、沥青材料费以及 废料的运输费、堆弃费。 每吨再生沥青混合料节约的材料成本“： t = y r ( i x 尺皿c + x 矗么c r 只j 】+ x a c ( 1 1 ) 式中：匕一掺入再生废料的百分比( ) ： x 詹一再生料中沥青的含量( ) ； 尺c 一每吨集料的单价( 元t ) ； 4 一每吨沥青的单价( 元t ) ； ，解一处理每吨再生废料的单价，包括铣刨、运输、破碎、拌和、贮存等( 元t ) ； 。 x 一混合料设计中由于加入废料而可减少的沥青含量( ) 。 每吨新沥青混合料的材料成本： 胆( 1 一x 矿皿c + x y a c ( 卜2 ) 式中：b 一新混合料中的沥青含量( ) 。 假设y r = 5 0 、x 足= 5 、a c = 2 3 0 0 元t 、r c = 5 5 元t 、r p c = 2 0n t 、x e = 0 、以= 5 ，则每吨再生混合料节约的材料成本： 。 t = 0 。5 【( 1 - - 0 0 5 ) 5 5 + o 0 5 x 2 3 0 0 - - 2 0 + 0 - - 7 3 6 元t 每吨新沥青混合料的材料成本： w = ( 1 一x r 皿c + x r - c = ( 1 - - 0 0 5 ) x 5 5 + 0 0 5x2 3 0 0 = 1 6 7 3 元t 从上面的计算可知，采用5 0 的旧沥青面层的回收料可以节省约4 4 左右的材料 费用，即当旧料掺配率为5 0 时，生产1 t 再生沥青混合料，可节省费用7 3 。6 元。以每 年生产1 0 0 万吨再生沥青混合料计，则可节省费用7 3 6 0 万元，这是一个十分可观的数 目。根据美国a s t e c 公司提供的资料，如在混合料中掺入：3 0 破碎混凝土、1 0 矿 第一章绪论 渣、3 粉煤灰、3 0 i e l 沥青路面再生料、5 沥青，则每吨混合料的单价可从$ 1 0 7 0 t ( 新混合料) 降低至$ 2 3 3 t ( 再生混合料) ，节省材料费用的百分比为8 6 。 以广东省为例，至2 0 0 5 年，广东省高速公路通车里程达2 5 0 0 k m 。以新建高速公路 中沥青混凝土路面一般设计年限为1 5 年计算( 实际上通常使用年限仅为1 0 年左右) ， 全省高速公路平均每年产生的旧沥青混合料将超过1 5 万吨；如再考虑其他等级公路以 及市政道路( 其中广州市2 0 0 0 年道路总面积2 8 0 5 万平方米，按8 0 为沥青混凝土路 面，平均厚度8 c m ，翻修年限1 0 年计算，平均每年产生的旧沥青混合料约4 0 万吨；而 东莞、番禺等珠江三角洲城镇也正加快道路黑色化进程) ，估计全省每年产生的旧沥青 混合料将超过2 0 0 万吨。而全国市场是广东省市场的l o 倍以上，因此，沥青再生将具 有不可估量的市场前景。如果重视沥青再生技术带来的社会效益，辅以适当的政策向导， 技术开发企业将获得可观的经济效益【5 1 。以上仅是节省工程费用的直接经济效益，由于 旧沥青路面材料的再利用，有效的减缓使用新沥青、新石料、开采矿石造成的森林植被 减少、水土流失等严重的生态破坏，由此带来的环境效益、社会效益价值更大。 二、利于环境保护 随着环保要求日趋提高，沥青再生具有广阔的市场空间。厂拌热再生技术除了具有 一定的经济效益外，还间接具有良好的社会和环境效益，而这方面的效益是无法用货币 来衡量的。 沥青路面再生技术通过重复利用沥青混合料，能防止沥青混凝土废料对弃置场所及 其周边环境的污染，同时通过减少石料的开采，能有效保护林地，维护自然景观和生态 环境。目前普遍用于路面工程的石油沥青是利用原油炼制的碳氢化合物，具有优良的粘 附性、防水性和耐久性，其主要元素除碳和氢外，硫的含量占第三位。虽然有关资料显 示石油沥青不含致癌物质，但其化学惰性使其难于降解，长期影响堆填区及其周边的生 态和居民食物和饮水健康。因此，不妥善解决沥青混凝土废料的处置问题，就无法满足 环保要求。在经济发达地区，随着环保要求的提高，石料开采场被陆续关闭，以防止破 坏环境，如果不发展沥青路面再生技术，重复利用石料，上述措施将难以奏效。在欧、 美、日等发达国家，对环保的要求已超越鼓励、倡导的层面，而上升到强制性的法律、 法规上，例如，日本的再生资源利用促进法、美国的矿山丌采法等。我国虽属 发展中国家，但也应有未雨绸缪的环保意识。事实上，在经济发展的同时带来的生态环 境破坏已引起了社会各界的高度关注，环保和可持续发展已成为我国的重要国策之一。 铺筑再生路面充分利用了旧沥青混合料，解决了沥青路面翻修所产生大量废料对坏 4 长安大学博士学位论文 境污染问题，保护了人类生存的环境，符合我国可持续发展战略中废物资源化的要求； 节约沥青和砂石材料，减少了对材料的需求量，又有助于自然环境资源的保护，缓和沥 青材料供求的紧张状态：节省了投资，降低了工程造价，使某些原来不能及时翻修的l e l 沥青路面得以修复，从而改善了道路状况，提高了公路的运输能力，减少了轮胎的磨损， 降低运输成本，减少可能发生的交通事故，保证行车安全、舒适。 铺筑再生沥青路面间接的社会经济效益，有些环境专家认为甚至比直接经济效益更 有意义。 1 2 沥青路面再生技术及其设备发展现状 1 2 1 沥青路面再生技术分类 沥青路面再生技术是将需要翻修或者废弃的旧沥青路面，经过翻挖、回收、破碎、 筛分，再和新集料、新沥青材料适当配合，重新拌和，形成具有一定路用性能的再生沥 青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。沥青路面再生利用技术按施工温 度分为热拌再生法和冷拌再生法；按废旧料拌和场地不同可分为集中厂拌再生法和就地 再生法。所以沥青路面再生利用技术可分为b 一隋1 ：就地冷再生、就地热再生、厂拌冷再 生、厂拌热再生四种施工方法。 一、就地冷再生法 就地冷再生法是用大功率路面铣刨拌和机将旧沥青层就地铣刨、翻挖、破碎后，再 加入稳定剂、水泥、水( 或乳化沥青) 和骨料后就地拌和，利用平地机摊平、压路机碾 压为成型路面的施工方法。 该方法主要用于冷法施工中，且新添加的结合料是乳化沥青、泡沫沥青和水泥，这 种方法对设备要求较低，生产成本不高，主要用于等级低的道路或铺筑基层使用，以及 乡村道路的翻修。 二、就地热再生法 就地热再生法：是_ 种就地修复破损路面的过程，一般用一套大型“沥青路面热再 生联合机组 ，先把沥青路面加热到要求的深度，翻松路面后，再将旧沥青层收集起来 输送到该机组中的双卧轴连续搅拌机上，通过添加新骨料、补充新沥青，搅拌后送到机 组的摊铺器上，摊铺、捣实、熨平，再用压路机碾压而成路面的施工方法。 这种方法虽然将旧沥青层全部利用，但它仅适用于路面功能性病害，路面使用功能 降级，当无中下面层病害和基层病害时有较理想的处理效果。在国外就地热再生法多用 5 第一章绪论 于基层承载能力良好、面层因疲劳而龟裂的路段，特别适用于老化不太严重，但平整度 较差的路面。 三、厂拌冷再生法 厂拌冷再生法是用乳化沥青或泡沫沥青与常温的废旧沥青混合料、新集料拌和成再 生混合料，运到工地后，经摊铺、压实而成型路面的施工方法。 这种方法用粘度较低的沥青材料和常温的旧料、新集料拌和成混合料，即冷料热油 的再生施工方法，由于旧集料不加热，再生沥青混合料只能用作路面基层和底基层以及 乡村道路。 四、厂拌热再生法 厂拌热再生法是将旧沥青路面经过铣刨、翻挖后运回拌和厂，再集中破碎，根据路 面不同层次的质量要求，进行配比设计，确定旧沥青混合料、再生剂、新沥青材料、新 集料等材料的比例，然后在拌和机中搅拌形成新的混合料，用以铺筑成沥青路面的施工 方法。这种方法适用于路面冷铣刨热摊铺施工工艺，不仅可用于维修沥青路面的上、 中、下面层，而且可以对基层、路基进行补强。 1 2 2 国外研究成果综述 一、沥青路面再生技术 欧美等西方发达国家早已开始了旧沥青混合料再生技术的研究，开始时再生沥青混 合料主要用于轻型交通的路面和基层，后来逐渐在重交通道路上开始应用。近二十年来， 世界各国广泛进行沥青路面再生利用的试验和研究。美国、加拿大、德国、日本和前苏 联等国家都十分重视并迅速发展了再生技术的研究和应用。现在美国、加拿大、德国、 意大利等国生产的热再生设备在许多国家已得到了广泛应用，并取得了良好的效果。 1 9 1 5 年美国首先开始了该项技术的研究工作，但由于各种原因，这项技术没有得 到足够的重视。直到1 9 7 3 年石油危机爆发后，1 9 7 4 年美国又开始研究这项技术，并且 迅速在全国推广应用。据美国联邦公路管理局的统计m ，1 9 8 0 年2 5 个州共使用了2 0 0 万吨的熟拌再生沥青混凝土；1 9 8 1 年4 0 个州使用的数量就达到3 5 0 万吨。到1 9 8 5 年 再生沥青混合料的用量就猛增到近2 亿吨，差不多为全部路用沥青混合料的一半。 由于沥青路面再生利用大有可为，美国积极推动再生技术的研究和应用且得到美国 联邦公路局的大力资助。1 9 8 1 年美国交通运输研究委员会编制出版了路面废料再生 指南：同年美国沥青协会出版了沥青路面热拌再生利用手册；1 9 8 3 年又出版了沥 6 长安大学博士学位论文 青路面冷拌再生技术手册。这表明美国的沥青路面再生技术已经达到相当成熟的地步。 现在美国仍在继续进行研究，如全厚式沥青路面的再生利用。 日本从1 9 7 6 年开始进行沥青路面再生技术的研究。1 9 8 0 年厂拌再生的热拌混合料 累计已达5 0 万吨。当时日本高速公路多数经历的时间不长，需要翻修的数量不多，1 9 8 0 年路面废料总产生量约为2 6 0 万吨，与同年该国沥青混合料总需求量7 0 0 0 万吨相比， 仅占3 5 。尽管如此，路面废料再生利用的数量已超过5 0 。1 9 8 4 年7 月，日本道路 协会出版了路面废料再生利用技术指南，并且就有关厂拌再生技术编成了手册。 前苏联对沥青路面再生技术的研究进行得很早，而且1 9 6 6 年就出版了沥青混凝 土废料再生利用技术的建议一书，但实际应用甚少。1 9 7 9 年又出版了旧沥青混凝 土再生混合料技术准则，提出了适于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青 混合料只可用于高级路面的基层和低级路面的面层。1 9 8 4 年苏联又出版了再生路用 沥青混凝土书。近年来俄罗斯在生产中广为应用该项技术。仅圣彼德堡市因推广沥 青路面再生技术每年就可节约沥青材料达1 4 0 0 吨之多。 欧洲一些国家对再生技术的研究开展于上世纪7 0 年代中期，联邦德国、法国、荷 兰、芬兰等国家相继进行小规模试验，并迅速推广应用。目前，欧洲的e a p a 在互联网 上公布，其成员国的废旧沥青混凝土路面材料1 0 0 通过再生方式得以重复利用。1 9 9 7 年国际经合组织对1 4 个国家的路面材料再生利用情况进行了调查，发表了道路工程 再生利用战略白皮书嘲，其中沥青混凝土路面再生技术应用状况反映了发达国家在这 个领域的基本情况： 1 、旧沥青混凝土路面的再生利用率为7 5 - 1 0 0 ： 2 、厂拌热再生技术应用最为普遍，再生材料主要用于路面结构，极少用作回填材 料和其他用途： 3 、不管是厂拌还是路拌，冷再生技术一般应用于基层和底基层： 4 、就地热再生技术虽得到较多国家采用，但只能解决路面功能性病害，结构性病 害无法解决。 在欧洲、美国、日本以及其它发达国家和地区，都大力推广和应用再生技术，根据 欧洲e a p a 的调查并在互联网上公布的信息，其成员国的废旧沥青路面材料1 0 0 通过 再生方式得以重复利用，其中沥青路面再生技术应用状况反映了发达国家在这个领域的 基本情况，如表1 - 1 ，可见沥青再生技术应用相当广泛。 第一章绪论 表1 - 1 沥青路面再生技术在各国的应用 项目澳大利亚奥地利 比利时加拿大丹麦芬兰 利用率， 8 08 01 0 0 9 09 09 5 厂拌热再生 ppp ppp 就地热再生 xx xpp 厂拌冷再生 x x 就地冷再生 xx pp 基层沥青 xx x 基层水泥 ppp 底基层p pxx 填料 p x 项目法国日本荷兰瑞典英国美国 利用率 8 01 0 0 7 59 08 0 厂拌热再生ppp pp 就地热再生 p ppxx 厂拌冷再生p pxx 就地冷再生 x x 基层沥青 px x 基层水泥 ppp p 底基层 ppp xp 填料 px 注：p 表示普遍采用，x 表示有限采刖 二、再生沥青路面及再生沥青耐久性的研究 国外对再生沥青路面及再生沥青耐久性进行了研究，美国n c a t ( 国家沥青技术中 心) 于1 9 9 7 年编写的国家和地方政府路面再生指南指出，j 下确设计的荐生沥青路 面具有普通沥青路面( 采用全部新材料) 相当或在某些方面更好的路面性能。澳洲 a u s t r o a d s 在其1 9 9 7 年的沥青路面再生指南中指出，利用6 0 r a p 的沥青路面 使用寿命与传统沥青路面相同，而抗车辙能力却得到增强。日本道路协会的厂拌再生 沥青铺装技术指南也认为，将热拌再生沥青混合料应用于条件苛刻的重交通道路( d 交通) 的路面，如果对再生热拌沥青混合料进行恰当的质量控制与管理，铺装后的性能 与只用新料铺装的各种性能没有区别嘲，上述结论是基于系统的研究和多年实践得出 的。 美国路易斯安那州对1 9 7 8 1 9 8 2 年通车的l o 个项目，自1 9 8 3 年起进行了再生沥青 8 长安大学博士学位论文 路面和普通沥青路面的性能变化规律的研究，这些项目通车6 - 9 年后，得出下列结果， 见表卜2 、表卜3 、表卜4 、表卜5 引。 表l - 2 路面现有耐用性指数p s i v 评估年序再生沥青路面普通沥青路面 14 14 0 24 14 1 34 14 0 4 3 43 6 53 94 o 表1 - 3 路面病害等级p d r 评估年序 再生沥青路面普通沥青路面 12 3 5 2 3 8 22 2 72 2 9 3 2 2 4 2 2 6。 4 2 1 。92 2 2 52 1 5 2 1 9 表1 - 4 路面状况等级p c r 评估年序再生沥青路面普通沥青路面 l4 4 24 3 9 2 4 3 0 4 3 4 34 2 74 2 7 4 3 9 o 4 0 1 54 1 o4 2 o 表1 - 5 路面服务能力统计结果 参数再生路面平均值普通路面平均值差异显著性 p s i3 94 0 p c r 4 14 2无 p d r2 1 52 1 9无 纵向裂缝 3 1 2 1有 横向裂缝 3 22 7 无 车辙( m m ) 3 84 6 无 注：统计的显著性水平为9 5 ：p s i 没有足够的变量统计差异显著性 9 第一章绪论 从上述数据看，仅在纵横裂缝项目存在显著差异，其他指标均没有显著差异，而且 再生沥青路面的三大综合指数的平均值都与普通路面接近。对于纵向裂缝，研究者指出 主要是在接缝处发生，和混合料性能关系不大，主要受施工工艺的影响。 美国佛罗里达、乔治亚、堪萨斯、华盛顿、明尼苏达和马萨诸塞等州在相关的研究 和应用实践中也得到了类似的结论。日本通过大量数据分析，对再生沥青路面的平整度、 车辙和m c i 指数变化规律与普通沥青路面比较，也证明再生沥青路面的耐久性和采用全 部新材料的普通沥青路面没有显著差异，路面使用状况令人满意。 为考察再生沥青路面内在技术指标的变化规律，从理论上解释和验证其耐久性问 题，各国工程人员也进行了长期的大量的研究工作。美国n c a t 和乔治亚州交通部有关 研究人员对乔治亚州5 个有再生沥青路面和普通沥青路面的项目进行了耐久性方面的 研究；同时，对另外1 0 个独立的普通沥青路面项目和1 3 个独立的再生沥青路面项目进 行了研究例。 表l - 6 再生沥青与新沥青性能对比t 分布统计结果 5 个项目的平均值t 的显著性差异 性能指标 新沥青再生沥青计算值( 5 水平) 针入度2 5 o 1 m m2 02 0 0 ，0 4 7无 粘度6 0 c p a s 5 4 6 6 4 6 8 80 8 5 0无 表卜6 是5 个项目的再生路面和普通路面的沥青的技术指标对比统计结果。研究结 果显示针入度、粘度按t 分布统计分析，在5 显著性水平的条件下再生沥青和新沥青 没有明显差异。 表1 7 是1 0 个独立的普通沥青路面项目和1 3 个独立的再生沥青路面项目的现场空 隙率、针入度、粘度的对比统计分析结果。研究结果显示，在5 显著性水平的条件下， 3 项指标均没有明显差异。 表1 - 7 独立再生路面和普通路面对比统计结果 标本容量平均值标准差显著 性能 新沥青再生沥青新沥青再生沥青新沥青再生；! | j 青差异 空隙率1 41 85 86 32 2 72 3 4 无 针入度2 5 c 0 1 m m1 51 81 8 f 31 9 13 75 o 无 粘度6 0 p a s1 51 87 3 1 05 8 2 07 1 5 3 3 3无 r 本的相关研究成果见图1 1 和图1 2 ，结果显示再生沥青的针入度和软化点变化 l o 长安大学博士学位论文 趋势和新沥青相同。因此，再生路面的耐久性可以从再生沥青的老化性能和规律得到验 证。 鲁 o 、 蜊 - 1 6 53 6 0 02 5 11 7 4 0 8 6 2 b 型再生剂 1 6 56 2 0 02 1 71 3 2 0 8 6 7 二、再生剂的作用 沥青路面因沥青材料老化而老化，一般说来，当沥青路面材料中的旧沥青的粘度高 于1 0 6 p a s ，或者其针入度低于4 0 ( 0 1 m m ) 时，就应该考虑使用低粘度油料作再生剂。 再生剂有如下作用： 2 7 拳 9 8 t s 5 4 3 2 i l o o o n n o o o o 第二章回收沥青再生的试验研究 1 、调节旧沥青的粘度，使旧沥青过高的粘度降低，达到沥青混合料所需的粘度。 使过于脆硬的旧沥青混合料软化，以便在机械和热的作用下充分分散，和新沥青、新集 料均匀混合。 2 、渗入旧混合料中和旧沥青充分交融，使在老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶 解分散，调节沥青胶体结构，从而达到改善沥青流变性质的目的。 三、对再生剂的技术要求 ， 1 、再生剂是在施工前或施工拌和时，喷洒到旧沥青混合料中。再生剂必须具有亲 和与渗透能力，故应根据旧料硬化情况选用适当粘度的再生剂。若再生剂过分粘稠，则 缺乏渗透能力；反之，若粘度太低，则又会在热拌时迅速挥发，失去效用。通常，再生 剂的粘度( 2 5 ) 约在0 0 1 2 0 p a s 范围内为好。 2 、再生剂必须具有良好的流变性质，也就是说，再生剂的流变指数应具有较高的 数值。由于低粘度油料是以某种组分为主要成分的近似单组分材料，不存在或极少存在 沥青质，故它多呈现牛顿液体性质。因此，低粘度油料的流变指数c 值大都接近于1 。 3 、再生剂应具有溶解和分散沥青质的能力，而且旧沥青材料中沥青质含量越高， 要求再生剂具有溶解和分散的能力越高。芳香分具有溶解和分散沥青质的能力，而饱和 分则相反，它是沥青质的促凝剂。因此，再生剂芳香分含量的多少是衡量再生剂品质的 重要技术指标之一。 4 、在热拌再生的工艺过程中，再生剂将受到加热高温的影响，且再生混合料铺筑 在路面中，还将受到大气自然因素的作用，故再生剂必须具有一定的耐热性和耐候性， 对此，可以用薄膜烘箱试验粘度比指标来控制。 综上所述，再生剂适当的粘度、良好的流变性质、足够的芳香分含量以及较低的薄 膜烘箱试验粘度比，是再生剂良好品质的重要表征。目前国内还没有再生剂技术的统一 标准，表2 3 是再生剂质量技术指标建议值瑚圳。 表2 - 3 再生剂技术指标建议值 技术粘度 流变指数( 2 5 c )芳香分含量 薄膜烘箱试验粘度比 指标2 5 ( p a s ) ( n 后r l 前) 建议值 o 0 1 2 0 芝o 9之3 0 1 7 7 1 7 7 1 7 7 挥发性 防止由于挥发a s t m 初期沸点( ) 而引起硬化以d 1 6 0 6 l 1 4 9 1 4 9 1 , 4 9 2 及污染空气 1 9 1 1 9 1 1 9 1 5 2 1 0 2 1 0 2 1 0 粘附性n p防止离析 a s t m d 2 0 0 6 7 0 o 5 o 5 o 5 化学组成 ( n 十a 1 ) 再生沥青的耐a s t m 0 2 1 2o 2 一1 20 2 1 2 ( p + a 2 ) 久性d 2 0 0 6 7 0 密度用密度计算 a s t m d 7 0 7 2报告报告报告 表2 - 5 热拌再生混合料再生剂规范 a s t m r a 5r a 2 5r a 7 5r a 2 5 0r a 5 0 0 技术指标最最最最最 最 试验方法 最大最大 最小 小 火 小 火 小火 粘度1 4 0 下d 2 1 7 0 或 o 2o 81 o4 o5 。o1 0 。o1 5 。03 5 。04 0 。06 0 o ( p a s )d 2 1 7 1 闪点 d 9 24 0 04 2 54 5 04 5 04 5 0 饱和分 3 03 03 03 03 0 回转薄膜烘 残渣粘度