（道路与铁道工程专业论文）沥青混合料厂拌热再生技术研究.pdf

摘要 随着我国高速公路建设事业的不断发展，早期修建的高速公路相继进入维 修、改扩建阶段。为解决由此产生的废旧沥青混合料的占地与污染问题，有效节 约资源，沥青路面再生利用的研究工作被提上了日程。 本文结合西部交通建设科技项目“沥青路面再生利用关键技术研究”，重点 进行了厂拌热再生的技术研究。在借鉴新拌沥青混合料配合比设计的基础上，依 托浙江2 2 省道诸暨段加铺的工程实践，通过沥青路面回收料性状评价、矿料的 合成级配、沥青再生、最佳沥青用量的确定、配合比设计的检验等步骤全面的给 出了再生沥青混合料的配合比设计方法。 为验证再生沥青混合料用在高等级公路的面层甚至是上面层的可行性，本文 进行了a c 一1 3 、a c 一2 0 两种级配多个1 日料掺量下的路用性能试验。通过车辙、浸 水马歇尔、冻融劈裂、低温弯曲、手工铺砂等试验分析了再生沥青混合料的高温 稳定性、水稳定性、低温抗裂性及路面抗滑性等技术性能。分析结果表明，随着 旧料掺量的增加，再生沥青混合料的高温性能有所改善；低旧料掺量的再生沥青 混合料低温抗裂性和水稳定性变化不大，但随着旧料掺量的进一步加大，其水稳 性与低温性能不断下降。文中的数据显示，只要控制好旧料掺量，再生沥青混合 料的路用性能完全能够达到现行规范的各项要求。 本文最后对厂拌热再生的施工工艺、拌和设备进行了探讨。 关键词：厂拌热再生；沥青路面回收料；配合比设计；马歇尔；路用性能 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ff r e e w a yc o n s t r u c t i o ni no u rc o u n t r y ，s o m ef r e e w a y s t h a tc o n s t r u c t e de a r l i e rs h o u l db em a i n t a i n e do rr e c o n s t r u c t e di ns u c c e s s i o n a sa r e s u l t ，am a s so fo l da s p h a l tm i x t u r ew a sp r o d u c e d t ot a k ea d v a n t a g eo ft h e r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t ( r a p ) t h a tw o u l do c c u p yv a s te x p a n s e so fl a n da n d c a u s ep o l l u t i n g ，t h er e s e a r c ho fa s p h a l tr e c y c l i n gs h o u l d b ec a r r i e do u ti m m e d i a t e l y c o m b i n e dw i t ht h ep r o j e c to fw e s tt r a f f i cc o n s t r u c t i o n t h er e s e a r c ho fk e y t e c h n i q u eo na s p h a l tr e c y c l i n g ”，t 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 i q u ew a s s t u d i e dm a i n l yi nt h i sp a p e r b yr e f e r e n c et ot h ed e s i g no fc o m m o na s p h a l tm i x t u r e ， t h ep a p e rg a v et h em e t h o do fd e s i g no nh o ta s p h a l tr e c y c l e dm i x t u r et h r o u g ht h e a p p r a i s a lo fr a p ，s y n t h e t i c a lg r a d eo fa g g r e g a t e ，r e c o v e r yo fa s p h a l ta g i n g ，t h e d e t e r m i n a t i o no fo a ca n dc h e c k o u to ft h ed e s i g nb a s e do nt h eo v e r l a yp r o j e c t w i t h i nz h u j is e c t i o no fn o 2 2p r o v i n c eh i g h w a yi nz h e j i a n g i no r d e rt oc e r t i f yt h a th o ta s p h a l tr e c y c l e dm i x t u r ec o u l db ea p p l i e di ns u r f a c e c o u r s e as e r i e so ft e s t sw e r ec a r r i e do u tw i t ht h eg r a d e so fa c 1 3a n da c 一2 0i d i f f e r e n tp r o p o r t i o no fr a p t h r o u g ht h ew h e e l r u t t i n gt e s t ，i m m e r s i o nm a r s h a l lt e s t ， f r e e z e t h a ws p l i tt e s t ，s m a l lb e a mb e n dt e s ta n ds a n dp a t c ht e s t ，i ta n a l y z e dt h eh i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t y ，w a t e rs t a b i l i t y , l o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ea n d p a v e m e n ts k i dr e s i s t a n c eo ft h eh o ta s p h a l tr e c y c l e dm i x t u r e t h es t u d yi n d i c a t e d t h a tt h ep e r f o r m a n c eo ft h eh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t yw o u l db ei m p r o v e dw h i l e w a t e rs t a b i l i t ya n d l o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ed e c l i n e da st h ep r o p o r t i o no f r a pi n c r e a s i n g ，b u ta tl o wr a pc o n t e n t st h em i x t u r ep r o p e r t i e sw e r en o ts i g n i f i c a n t d i f f e r e n tf r o mt h a to fm i x t u r e sw i t hn or a p t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e p e r f o r m a n c eo fh o ta s p h a l tr e c y c l e dm i x t u r ec o u l dm e e ta ut h er e q u i r e m e n t so f s p e c i f i c a t i o n sa sl o n ga sa p p r o p r i a t ep r o p o r t i o no fr a pw a sm i x e d i ta l s oa n a l y z e dt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eo fh o ta s p h a l tr e c y c l e dm i x t u r ea n d m i x i n ge q u i p m e n t k e yw o r d s ：h o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g ；r a p ；m a t c hr a t i od e s i g n ；m a r s h a l l ； p a v e m e n tp e r f o r m a n c e 1 i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：髟琴节 日期：7 厶7 年于月f 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：琵磊暂日期：呻 月r 。日 导师签名：参及丕兰墓午一日期布年争月f 口日 1 1 问题的提出 第一章概论 近年来，随着国家经济建设步伐的加快，以及西部大开发战略的实施，基础 设施，尤其是公路建设获得了史无前例的大发展。至2 0 0 5 年底，我国已建成高 速公路达4 1 万公里；至2 0 1 0 年，我国高速公路通车里程预计将达6 5 万公里； 其中沥青路面的比例约为8 0 。虽然公路建设规模空前扩大，但是随着交通量 和车辆荷载的不断增长，公路经常处于超负荷工作状态，路面破坏日趋严重，而 且早期修建的部分地方道路和高速公路已相继达到服务年限，因此公路的改、扩 建及维修养护工作将变得日益突出。 沥青路面是我国道路的主要形式，因此在路面的养护和改、扩建过程中将会 产生大量的废旧沥青混合料，对于此类道路改造工程，往往需要对废旧沥青混合 料进行弃置处理，而废旧沥青混合料是一种可以再生利用的材料资源，如果将其 废置于公路沿线，不仅会造成浪费，同时也会占用大量的土地，并且还会对公路 的边坡及绿化造成长期的危害。 目前，公路建设受市场经济制约的特点越来越突出，对公路建设投资效益的 要求也越来越高，为了使有限的资金能够发挥最大的效能，新技术、新材料和新 工艺逐渐受到建设单位和工程技术人员的重视，也越来越多的应用于公路工程建 设中。其中，沥青混合料再生技术是近期应用较多并逐渐被人们所关注的一项新 技术。 公路沥青混合料再生是通过重复利用沥青和石料，最大限度地利用资源和减 少环境污染( 减少开采石料造成的环境破坏和丢弃旧沥青混合料的直接污染) 的 技术，将需要翻修或废弃的旧沥青路面，经翻挖、回收、破碎、筛分，再与部分 新集料与新沥青( 及再生剂，必要时) 适当配合，重新拌制获得满足路用性能要 求的再生沥青混合料，并用于铺筑路面面层或基层。 沥青路面再生技术属于道路维修的范畴，其分类很多，按旧路面的性质不同 可分为沥青路面的再生和混凝土路面的再生；按再生形成的层位不同可分为再生 面层、再生基层和再生底基层：按再生方式的不同可分为热再生和冷再生：按拌 和地点的不同可分为现场再生和厂拌再生【6 1 。 沥青路面厂拌热再生，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后， 与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例在拌和厂重新热拌成混合料，能够 满足预定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺，主要针对高等级公路包括 城市道路中的沥青路面，再生形成沥青面层。这种施工技术不仅能够节约大量的 沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料和保护环境，因而具 有显著的经济效益、社会效益和环境效益i e i 。 本文主要依托西部交通建设科技项目“沥青路面再生利用关键技术研究” 一浙江2 2 省道诸暨段加铺的实体工程，通过厂拌热再生技术研究与生产实践， 重点解决维修工程中产生的旧沥青混合料废弃堆放难题，并将其中部分材料再生 后用于加铺路面结构的面层，从而实现节约资源、保护环境、降低工程造价的目 的。 1 。2 国内外沥青混合料再生利用研究状况 1 2 1 国外沥青混合料再生利用发展概况m - 废旧沥青混合料再生利用的试验研究，最早是1 9 1 5 年在美国开始进行的， 但进展一直比较缓慢，1 9 7 3 年石油危机的爆发促进了沥青再生技术的发展。其 后，随着铣刨机械与鼓筒式拌和装置等筑路机械制造水平地不断提高，沥青再生 技术研究与应用发展加快，随即开始大规模推广应用沥青再生技术。根据美国联 邦公路管理局统计，1 9 8 0 年2 5 个州共使用了2 0 0 万吨的热拌再生沥青混合料， 1 9 8 1 年4 0 个州使用的数量就达到3 5 0 万吨。到了1 9 8 5 年，再生沥青混合料的 用量猛增到近2 亿吨，差不多为全部路用沥青混合料的一半。现在美国每年回收 的旧沥青路面材料大约为七千多万吨，其中有1 3 的旧沥青路面材料被用来生产 再生沥青混合料。佛罗里达州回收的旧沥青路面材料甚至有7 5 都被用来生产 再生混合料。 由于废旧沥青路面材料的再生利用大有可为，为此，研究工作得到了美国联 邦公路局的大力资助。与此同时，美国交通运输研究委员会、美国材料与试验协 会、美国沥青路面工艺学会，经常主持召开有关沥青路面再生利用的各种学术会 议，有力地推动了该项研究工作的进展和交流。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再 生技术手册，1 9 8 3 年又出版了沥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己经达到了相当成熟的地步。 日本从1 9 7 6 年开始进行了沥青路面再生技术的研究，1 9 8 0 年的路面废料总 产量约为2 6 0 万吨，厂拌再生的热拌沥青混合料累计己达5 0 万吨，路面废料再 生利用的数量已经超过5 0 ，1 9 8 4 年7 月，日本道路协会出版了路面费料再 生利用技术指南，并且就有关厂拌再生技术编制了手册。 欧洲一些国家对沥青路面再生技术的研究也在同一时期展开。2 0 世纪7 0 年 代中期，德国、荷兰和芬兰等国家相继进行了小规模的试验研究，并迅速推广应 2 用。相比之下，德国沥青路面再生技术研究的发展速度较快，居欧洲之首位。德 国首先将厂拌再生技术应用于高速公路的路面养护，到1 9 7 8 年已经能够将全部 废旧沥青路面材料加以再生利用。法国对沥青路面再生技术的研究也颇为重视， 现在几乎所有的城镇都会组织废旧路面材料的收集和储存工作，过去路面再生材 料主要用于轻型交通量沥青路面的面层和基层，近年来在高速公路和一些重交通 道路的修复工程中也开始逐步推广应用这项技术。 前苏联在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，但实 际应用甚少，1 9 7 9 年出版了旧沥青混凝土再生混合料技术准则，提出了适 用于各种条件下的沥青路面材料再生利用方法，1 9 8 4 年又出版了再生路用沥 青混凝土一书，该书详细地阐述了路拌再生和厂拌再生的方法，并在生产中广 为应用，仅列宁格勒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。 综观发达国家沥青路面再生技术研究发展的现状，可以看出它们在废旧沥青 路面材料的再生工艺以及与之配套的各种翻挖、破碎和拌和等再生机具的研制和 开发方面，都取得了很大的进展，已经形成了一套比较成熟的系列再生实用技术， 并且达到了规范化和标准化的程度。且这些发达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取得了很大的成就，国外对沥青再生机理的理论研究较少， 但在再生剂的效果，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。 1 2 2 国内沥青混合料再生利用的研究应用及进展 我国在2 0 世纪7 0 年代，一些养路部门就已自发地进行了废旧沥青路面材料的 再生利用，但都将其作为废料利用考虑，一般只用于轻交通道路、人行道或道路 垫层。8 0 年代初，我国开始研究沥青混合料再生技术，1 9 8 2 年山西省结合油路 的大中修工程铺筑沥青再生试验段8 0 余公里。湖北省对各种等级的路面、不同 交通量、地形气候条件、路面结构类型的旧油面层的再生利用进行了系统的试验 研究，铺筑试验路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油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最多的面层下层，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3 0 0 0 0 m 2 以上的试验路。湖南省将乳化沥青加入渣油表处面层料 并分别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路。甘肃省兰州公路总段从1 9 8 3 年以 来采用阳离子乳化沥青作再生剂对夏兰路、兰包路、甘川路进行冷法再生沥青路 3 面，同时对兰空一榆中机场专用道路、中川路、西兰路、兰三路进行热法再生路 面施工1 3 6 1 。云南省1 9 8 3 1 9 8 8 年分别对昆洛、昆畹、贵昆路进行再生沥青路面试 验研究，这些旧沥青路面再生利用工作都取得成功，为我国旧沥青路面再生提供了 宝贵经验。 但这些旧沥青路面再生利用都是在旧渣油路面或中轻交通量公路上进行的， 对于高等级公路( 或重交通量公路) 上研究不足。至2 0 世纪9 0 年代，我国由于 经济建设的需要，全国开始进行大规模的公路建设，掀起了高速公路建设高潮， 沥青路面再生技术的研究与推广被暂时搁置。到了2 1 世纪，随着一些先建成的 高速公路路面陆续到了需要翻修的阶段，沥青路面再生技术又被作为一种养护技 术重新提出来。刚颁布的公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 ) 中，已 将再生沥青混合料级配及技术标准等内容作了一些规定。一些大学和科研机构均 已着手再生路面混合料的路用性能、再生机理和再生剂、相关的施工技术等方面 的研究，如2 0 0 0 年沈大高速公路营口段再生试验，黄晓明等针对克拉玛依a h 一7 0 沥青研制出a 型再生剂( 轻油与增粘树脂的混溶物) 等。 在沥青路面热再生技术方面，近几年我国也进行了大量的研究和实践。沪宁 高速公路上海段大中修工程采用沥青路面现场热再生技术迸行表面作业，该设备 和技术由上海浦东路桥建设股份有限公司从国外引进，并于2 0 0 2 年底在浦东的 几条主要公路上得到了成功应用。2 0 0 3 年，广佛高速公路改造工程也应用了热 再生技术，并将再生料用作新建路面结构中的补强基层和下面层，取得了很好的 应用效果。但是总体上，我国的研究还不够系统和深入，与国外存在较大差距， 还需要加强沥青混合料再生利用的研究与实践。 1 3 本论文研究的目的与意义 本本文旨在通过对再生方式的选择、再生沥青混合料的配合比设计、再生沥 青混合料路用性能评价、再生沥青混合料施工控制进行研究，为沥青路面厂拌热 再生技术付诸实践提供科学参考。 伴随着越来越多高速公路进入大中修时期，再生研究任务变得更加紧迫，更 加具有现实意义。 f 1 1 有利于环保 沥青再生技术通过重复利用沥青混合料，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，能有效的保护林地，维护自然景 观和生态环境。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，利用深埋的办法处理只会严重污染浅层的地下水资源，将长期影响堆填 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的处置问 题，就无法满足环保要求。另外，大量的使用新石料，开采石矿会导致森林植被 4 减少，水土流失等严重的生态环境破坏。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，而如果不发展旧沥青混合料再生技术，重复利用石料， 上述措施将难以奏效。在美国、日本、欧洲等发达国家，对环保的要求己超越鼓 励、倡导的层面，而上升到强制性的法律、法规上，例如，日的再生资源利用 促进法、美国的矿山开采法等。我国虽属于发展中国家，但也不能走先污 染再治理的老路，应该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关注，环保已经成为我国的重要国策之一。 f 2 1 节约资源 沥青混合料再生技术能最大限度的利用废旧混合料，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，仅相当于美国的1 6 0 ( 1 9 9 6 年统计数据) ，而且利用国产 原油炼制的沥青普遍存在沥青质含量低、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 等级路面的国产沥青缺口很大，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m j 。可见重复利用废旧沥青混合料，节约沥青资源在我国具有非常重 要的意义。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昂贵的石料，每次 翻修路面将带来沉重的经济负担。废旧沥青混合料再生技术在节约土地资源方面 的作用也不容忽视。显然，经济越发达的地区公路密度越大，交通量也越大，因 此，沥青混凝土路面翻修的频率较高，产生的废料较多，如果不利用沥青再生技 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。 从长远的观点考虑，废旧沥青混合料的再生利用实现了资源的可持续发展， 是一项绿色环保技术，不但具有直接的经济效益；还具有显著的社会效益。 1 4 本论文研究思路及主要内容 本文结合西部交通建设科技项目“沥青路面再生利用关键技术研究”，以浙 江2 2 省道诸暨段加铺的实体工程为依托，在借鉴国内外研究成果的基础上，重点 对沥青再生方法的选择、厂拌热再生的配合比设计、再生沥青混合料的路用性能 及厂拌热再生的施工工艺等进行研究，主要内容包括以下几方面： 1 沥青再生方法的选择 ( 1 ) 国内外各种沥青再生方法综述 对国内外的各种沥青再生方法进行介绍，对其所用的再生设备、工艺流程等 进行归纳总结。 ( 2 ) 沥青再生方法的选择 根据各类再生方法的技术特点、适用范围以及国内外沥青路面技术现状，选 择合理的沥青再生方法。 ( 3 ) 厂拌热再生的可行性 从理论和技术上简要的论述沥青混合料厂拌热再生的可行性。 2 厂拌热再生配合比设计 依托浙江2 2 省道诸暨段加铺的工程实践，结合室内试验，在借鉴新拌沥青混 合料配合比设计的基础上提出厂拌再生的配合比设计方法： ( 1 ) 沥青路面回收料的性状评价 沥青路面回收料的性状是进行再生沥青混合料配合比设计的重要依据，通过 对沥青路面回收料采用科学合理的检测与评价，弄清回收料中i b 集料与旧沥青的 性质。 ( 2 ) 旧沥青融合理论的探讨 沥青路面回收料中的旧沥青在再生沥青混合料中的融合程度关系到再生剂及 新沥青的掺配，关系到沥青用量的确定，在国内外相关研究的基础上提出厂拌热 再生旧沥青融合理论。 ( 3 ) 矿料合成级配的确定 再生沥青混合料掺加了一定比例的旧料，因此其矿料级配的确定与新拌沥青 混合料略有不同，通过浙江2 2 省道诸暨段加铺工程的具体实例，提出再生矿料的 配合比设计方法。 ( 4 ) 沥青掺配试验 沥青路面回收料中的旧沥青已经老化变硬，为了使其满足相应的路用要求， 应加入适当的新沥青或再生剂，进行沥青掺配试验。 ( 5 ) 最佳沥青用量的确定 根据再生沥青混合料的特点，给出相应的旧料加入量、新集料加入量，新沥 青加入量及再生矿料的合成毛体积相对密度及合成表观相对密度等公式，采用马 歇尔试验方法，绘制密度一沥青含量、空隙率一沥青含量、饱和度一沥青含量、 稳定度一沥青含量、流值一沥青含量关系曲线，从而确定出再生沥青混合料的最 佳沥青用量。 3 再生沥青混合料路用性能 ( 1 ) 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j0 5 2 - 2 0 0 0 ) 的相关规 定，对不同旧料掺量、不同级配的再生沥青混合料在各自最佳油石比条件下进行 车辙试验，确定不同旧料掺量对再生沥青混合料高温性能的影响。 ( 2 ) 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 中的相关规 定，对不同级配、不同旧料掺量的再生沥青混合料在最佳油石比下进行浸水马歇 6 尔试验和冻融劈裂试验，确定不同旧料掺量对再生沥青混合料水稳定性能的影响。 ( 3 ) 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 中的相关规 定，对不同级配、不同旧料掺量的再生沥青混合料在最佳油石比下进行低温弯曲 试验，确定不同旧料掺量对再生沥青混合料低温抗裂性能的影响。 ( 4 ) 对再生沥青路面的抗滑性能进行评价。 4 厂拌热再生的施工工艺 ( 1 ) 对旧沥青路面材料的回收方法及破碎与筛分工艺进行论述，为保证回收料 的均匀性和稳定性，提出相应的管理措施。 ( 2 ) 对间歇式与连续式厂拌热再生设备进行分析比较，根据我国目前国情，提 出相应的发展策略。 ( 3 ) 对再生沥青混合料的拌和、摊铺、碾压等工艺特点予以说明。 7 第二章沥青再生方法的选择 2 1 沥青再生方法 沥青再生属于道路维修的范畴，其分类方法很多，按再生形成的层位不同可 分为再生面层、再生基层和再生底基层：按再生方式的不同可分为热再生和冷再 生：按拌和地点的不同可分为现场再生和厂拌再生。本文为说明问题的方便，参 考美国沥青再生协会( a r r a ) 的分类方法i 1 将各种沥青再生方法分成以下五类： 冷刨法( c o l dp l a n i n g ，c p ) 厂拌热再生法( h o tc e n t r a lp l a n tr e c y c l i n g ) 现场热再生法( h o ti n p l a c er e c y c l i n g ，h i r ) 冷再生法( c o l dr e c y c l i n g ，c r ) 全厚再生法( f u l ld e p t hr e c l a m a t i o n ，f d r ) 2 1 1 冷刨法 冷刨是指使用专门设计的设备，有控制地剥离现有路面达到合适的深度、纵 断面和横坡。经处理后形成的纹理表面可立即用作行使面，或经清扫和喷洒粘结 层后加铺h m a 或再生混合料，也可在加铺之前用其它沥青再生方法如现场热再 生、现场冷再生等作进一步处理，以缓解或消除反射裂缝的影响。此外，冷刨还 可用来消除滑溜和提高路面的摩擦系数。 2 1 2 厂拌热再生法 所谓的厂拌热再生，就是将沥青路面回收料( r a p ) 与新集料、新沥青材料、 再生剂( 如需要) 按一定比例在拌和厂重新热拌成混合料的方法。 厂拌热再生是当前世界上使用最为普遍的沥青再生方法。美国各州公路署每 年产生超过4 5 0 0 万吨的r a p 。其中大约3 3 被用于厂拌热再生，4 7 用于其它 再生方法或再使用，废弃的不到2 0 。通过进行恰当的r a p 评价、配合比设计、 施工与质量控制，发达的公路署已经成功的在所有的路面面层( 包括路面磨耗层) 中使用了厂拌热再生沥青混合料。美国公路战略研究计划( s h r p ) 中的s u p e r p a v e 设计成果现在己被用于厂拌热再生，虽有待于进一步的研究与评价，但在技术 和应用上，厂拌热再生无疑是所有再生方法中最为完善与成熟的。 2 1 3 现场热再生法 现场热再生就是1 0 0 在现场完成的原沥青路面再生，该法先加热和软化原 沥青路面以便于翻松或热旋转碾碎到一定深度，然后将翻松的沥青路面充分拌 和，新集料、新沥青、再生剂和新h m a 可按需要比例加入。随后用常规的h m a 摊铺设备摊铺和碾压。 现场热再生通常处理的厚度是2 0 5 0 m m ，但某些设备可达7 5 m m 。新集料 或h m a 添加率根据设备的不同，控制在h i r 混合料质量的3 0 以内。 依据所使用的工艺可进一步将现场热再生分为三类： 一表面再生法 一复拌法 一重铺法 ， 1 表面再生 表面再生是一种最早的现场热再生方法：通过一系列的预热机和加热机加热 并软化沥青路面后，用锋利耙齿或小直径的旋转刀头将其翻松到一定的处理厚 度，添加一定量的再生剂( 如需要) 充分的拌和以后，用摊铺设备摊铺和碾压成 型。 表面再生处理厚度一般为2 0 。4 0 m m 。再生的过程中既没有添加新集料也没 有添加新h m a ，因此整个路面的总厚度基本不变。表面再生通常是为随后的 h m a 加铺做准备。 2 复拌 复拌是加热、软化和翻松原沥青路面，按需要加入新集料、新沥青、再生剂 和新h m a ，充分拌和以后把其摊铺和碾压成一层。 复拌还可以再分为单阶段和多阶段法。所谓单阶段法就是将原沥青路面顺序 的加热和软化，全部厚度的路面一次性翻松，单阶段复拌法处理厚度通常为 2 5 - 5 0 m m 。 多阶段复拌法就是将原沥青路面分成许多薄层进行加热、软化和翻松直到全 部的处理厚度。通常分2 4 层加热和翻松，翻松的材料堆成料堆以便加热和翻松 下一层，多阶段复拌的处理厚度一般为4 0 7 5 m m 。 单阶段和多阶段复拌法都可添加新集料或新h m a 以改善原路面的材料性能 或增加整个路面厚度。多阶段法比单阶段法可添加的新料略多一些，但新料的添 加率通常都限制在3 0 左右，因此复拌法对整个路面厚度的增加幅度并不太大。 3 重铺 重铺法就是把表面再生法或复拌法与铺设一层新h m a 加铺层结合起来，再 生混合料充当整平层，新h m a 充当面层或磨耗层，两层一起碾压。由于两层之 间是热结合并同时碾压，因此h m a 加铺层比常规加铺层要薄。新h m a 加铺层 的厚度依混合料中集料的最大粒径而定，可薄至2 m m ，厚至7 5 m m 。因此，重铺 法中整个路面的厚度可增加很多。 9 2 1 4 全厚再生法 全厚再生是将全部厚度的沥青路面和一定比例的下卧层材料( 基层、底基层 和路基) 统一粉碎，视需要再添加适当的粒状材料和稳定剂，然后充分的拌和、 压实和养护( 如加入了乳化沥青、石灰、粉煤灰这类的稳定剂) ，以提供均匀的 承载力更高的道路基层的一种再生方法。 全厚再生不需加热，处理厚度随原路面结构的不同而有所变化，通常在 1 0 0 3 0 0 r a m 之间。经充分养护后，可用各种不同的磨耗层铺面。 2 1 5 冷再生法 冷再生就是再生沥青路面的过程中无需加热的沥青再生方法。根据所使用的 工艺，冷再生可分为两类：现场冷再生( c i r ) 和厂拌冷再生( c c p r ) 。 现场冷再生现场进行，且1 0 0 使用该过程产生的r a p 。当仅使用乳化沥青 作为再生剂时，现场热再生处理厚度通常为5 0 1 0 0 r a m ；当使用化学添加剂，如 波特兰水泥、石灰、窑渣或粉煤灰，以提高早期强度和抗水损害能力时，处理厚 度可达1 2 5 1 5 0 m m 。由于下卧层材料和部分沥青材料完整的保留而未被再生， 该方法有时被称作部分厚度再生。 厂拌冷再生是在固定的冷拌厂进行沥青再生的方法。所用的r a p 一般来自 附近的铣刨工程或路面破碎操作，并堆放在工厂。乳化沥青通常被用来作为再生 剂。拌和好的混合料用卡车运往现场，用常规的摊铺机摊铺、碾压。碾压后的厂 拌冷再生混合料通常加铺h m a 层。 2 2 沥青再生设备 2 2 1 冷刨设备 冷刨的最低设备要求： 现代化自推动冷刨机 拖运卡车 洒水车 扫路车或机动扫帚 冷刨具体所用的设备可能因承包人的不同而有所变化，但不管使用哪种，其 大致的工作过程是一样的：先用冷刨机铣刨路面，铣刨下来的r a p 被冷刨机上 的装载运输机或铲运机装上卡车，运到附近的再生加工厂或合适位置堆放；对于 铣刨面纹理上残存的r a p 可用机动扫帚、机动扫路机或用其他方式从路面除去， 完成清理工作后，整个冷刨工作结束，然后便可开放交通或继续加铺h m a 层。 1 0 2 2 2 厂拌热再生设备 厂拌热再生沥青混合料的生产设备主要有两种：间歇式再生搅拌设备和连续 式再生搅拌设备。对于强制间歇式沥青再生设备，除了具备一般的强制间歇式混 合料拌合设备外，还需要一套专门为回收料处理而设计的加热、计量、存储和废 气处理装置，设备投资相对较大。 就连续式沥青再生设备而言，一般采用双滚筒连续式再生搅拌设备。经过级 配调控的骨料烘干后，在燃烧器这一端进入烘干筒外壁，与刚进入的回收料混合， 回收料靠热骨料和烘干筒外筒壁的热幅射加热，使得回收料与火焰隔开，沥青不会 老化；靠装在烘干筒外壁上的搅拌器( 类似单卧轴搅拌机) 强制搅拌，烘干筒长度 较长，新旧料在双滚筒内的搅拌时间可达6 0 9 0 s ，新旧料以及再生剂、新沥青 混合均匀、搅拌质量好，使得旧沥青再生程度较高；在新旧料搅拌过程中所产生 的有害气体又送回到燃烧室燃烧后，大大减少了进入除尘器的沥青气及有害气体， 减少了对大气的二次污染；该设备结构相对简单，产量较高，故障率低，可以添加 5 0 回收料。图2 1 是连续式( 以双滚筒为例) 再生搅拌设备流程图。 图2 1再生沥青混合料生产工艺流程图 2 2 3 现场热再生设备 现场热再生设备又称为现场热再生车组，它主要由预热机、红外线加热机、 翻松机、拌和机、沥青混合料摊铺机、沥青罐、骨料仓、新沥青混合料接料斗、 牵引头及行走系统和控制系统等组成。其工作过程随再生工艺的不同而有所区 别，但其大体工作过程一般为：用一系列的预热机和加热机给沥青路面加热，使 之软化，再用翻松机将加热后的路面翻松，然后按配合比设计要求和生产配合比 加入再生剂( 表面再生) 或加入再生剂与外掺料( 复拌) ，再用搅拌机彻底混合 成均匀的再生混合料后送到沥青混合料摊铺机中进行摊铺、振捣、熨平，最后用 压路机压实成型：而重铺法就是在上述摊铺但未碾压的再生混合料上再摊铺新的 h m a 加铺层，然后两层作为一厚层一起碾压成型。工艺流程图如图2 2 所示。 现在能生产这种设备的主要是国外公司。 图2 2 现场热再生工艺流程图 ( 虚框线内程序可根据不同再生工艺选择使用) 2 2 4 全厚再生设备 全厚再生不需要大量设备，其中大多数为常规道路施工设备。其最小设备要 求为：现在自推动复拌机、自动平地机、一台或多台压路机。对于更复杂的全厚 再生工程，如使用稳定剂，可能需要以下的一些或全部设备：自动倾卸的拖运汽 车、料堆断面整形机或定量集料撒布机、水车及喷油管、干稳定剂定量撒布机、 应用稀浆稳定剂的拌和机与喷洒机、乳化沥青喷洒机与洒布车、复拌机上的液体 或泡沫沥青的计算机添加系统等。 其工作过程为：用复拌机破碎路面并与粒料基层、底基层或路基土拌和，然 后按配合比设计要求加入适量稳定剂( 机械稳定剂，如新集料、r a p 或回收的 水泥路面颗粒；化学稳定剂，如石灰、粉煤灰或水泥等；沥青稳定剂，如乳化沥 青或泡沫沥青；还可以使以上两种或多种的复合) ，再用复拌机完成所有的拌和 后，由平地机来进行摊铺与整形，最后由压路机压实成型。如使用了化学或沥青 稳定剂，则还需要合适的养护以获得最终的强度，充分的养护后便可加铺磨耗层。 工艺流程图如图2 3 所示。 图2 3 全厚再生工艺流程图 2 2 5 冷再生设备 冷再生有两种方法：现场冷再生与厂拌冷再生。下面根据两种方法对冷再生 设备分别予以介绍。 l - 现场冷再生设备 现场冷再生组合设备被排成相当长的距离，通常被称为车组。车组主要由沥 青路面铣刨装置、乳化沥青喷洒装置及行走系统和控制系统等组成，不同的车组 1 2 组合设备略有不同。其工作过程为：随着设备的行走，铣刨装置将旧路面铣刨并 破碎，喷洒装置按照配合比的要求喷洒乳化沥青，同时铣刨装置或专门的搅拌机 将各种材料搅拌均匀，随后用连在铣刨装置上的整平板或摊铺机摊铺，最后用压 路机压实成型。工艺流程图如图2 4 所示。 图2 4 现场冷再生工艺流程图 2 厂拌冷再生设备 厂拌热再生最常用的是连续式设备，其主要由筛分与破碎设备、r a p 进料 斗与称量式运输带、计算机控制系统、液体再生剂及水添加系统和拌和系统等组 成。r a p 来自附近的铣刨工程或路面破碎工程。整个过程无需加热，只需按照 配合比设计要求加入各档材料，适度拌和后便可装进汽车运往现场。经摊铺压实 后成型。 2 3 沥青再生方法的选择 尽管沥青再生利用是一类非常有效的维修方法，但值得注意的是，其并非适 合所有道路。为确保工程成功，详细而全面的工程评价是必须的。通常，再生方 法的选择步骤如下： 路面外观评价 历史信息评价 路面性能评价 破损评价 再生方法的初步选择 经济分析 详细工程设计 冷刨、厂拌热再生、现场热再生、冷再生和全厚再生这五种沥青路面再生方 法，各有其优缺点，因为并非所有的再生方法同样适合处理某类道路破损，应配 合路面破坏状况选择使用。美国沥青再生协会( a r r a ) 给出了下表2 1 ，作为 选择不同再生方法之参考。此外，当地集料的质量、交通量和气候状况也是需要 考虑的重要因素。 表2 1a r r a 提供的再生方法选用指南“” 路表损害类型冷刨厂拌热再生现场热再生现场冷再生全厚再生 表面松散 ， 4 ( 注1 ) 路表 泛油 ， 缺陷 抗滑性差 ， 4 ( 注1 ) 波浪4 ( 注2 ) 4 ( 注2 ) 路面 浅车辙 4 ( 洼2 ) 4 ( 注2 ) 变形 深车辙( 注3 ) 4 ( 注4 ) 4 ( 注5 ，6 ) 与荷疲劳裂缝 ， 载有 轮迹处纵向裂缝 ， ( 注7 ) ， 关的边缘裂缝 ， ， 裂缝 滑移裂缝 ，( 注8 ) 与荷载块状裂缝 ， 无关的 纵向接缝裂纹 4 ( 注7 ) 裂缝 横向温缩龟裂 反射裂缝 ， 喷洒沥青 ， 养路 表皮修补 ， 修补 孔洞修补 ， 缺陷 深洞热拌修补 ， 软弱底层或路基 ， 一般性不平整 平整度 路面沉陷4 ( 注9 )4 ( 注9 )d ( 注9 ) ( 注1 0 ) 缺陷 路面隆起 4 ( 注9 )4 ( 注9 )4 ( 注9 ) 一4 ( 注1 0 ) 注：1 、在面层厚度低于1 5 英寸( 3 8 1 c m ) 时使用。 2 、车辙只发生于路面结构上层1 5 2 英寸( 3 8 1 5 0 8 c m ) 。 3 、指车辙由路面结构下层产生。 4 、若未将下层以稳定处理法加强，此种处理法只是一种暂时性措施。 5 、对不稳定底层可能要添加新骨材。 6 、若路基土壤湿且软弱，可能须施以化学稳定处理。 7 、受限于裂缝只出现于面层时使用。 8 、处理深度需能达打滑发生层。 9 、若路面失败与路基底层软弱有关，则此处理法只为暂时性措施。 1 0 、当路面损坏明显由路基或底层过于软弱时，应采用此种方法。 1 4 由表2 1 可知，厂拌热再生除了无法解决软弱路基或底层的问题外，大部分 的路面损坏都可适用；而现场热再生则由于处理深度较浅，对反射裂缝及旧路面 的修补缺陷无法排除；现场冷再生或冷刨，都不是真正意义上的沥青再生，现场 冷再生只是把旧沥青混合料当作一种粒料加以利用，浪费了宝贵的沥青资源，而 冷刨只是把旧料从路面上剥离出来，并没有涉及到旧料的再生利用问题，而且不 管冷刨还是现场冷再生，大部分仍还需要在其上面加铺一层热拌沥青混合料，以 抵抗重交通荷载；对于软弱底层造成的路面失败，只有采取全厚再生的方法，才 有可能对底层材料进行补强。 我国早期沥青路面高速公路通常使用十年左右，路面结构承载力明显下降， 路面出现坑洞、龟裂、沉陷、车辙等破坏现象，而且考虑到早期施工的沥青混凝 土路面病害状况和程度离散性大，现场热再生和现场冷再生方式均难以满足高级 路面的路用性能要求。采用厂拌再生方式，合理调整集料级配和结合料的含量及 其性能，是适合我国国情的沥青路面再生方法。 厂拌冷再生技术虽然能保证工程质量，但仅能用于基层或底基层，经济性不 理想；而且基层极少大规模翻修，少量修补难于压实，一般被水泥混凝土或沥青 混合料代替，市场空间很小。 厂拌热再生技术具有较好的适应性，适用于各类破坏路面，经过严格的配合 比调整，再生沥青混合料能确保技术指标不低于使用全部新料拌制的沥青混合料， 路用性能满足高级路面的使用要求；而且，既可利用原路废弃材料重新铺筑路面， 也可以将回收材料再生后用于其他工程，能最大限度地发挥沥青混凝土路面废料 的作用。 因此，根据各类再生方法的技术特点、适用范围以及国内外沥青路面技术现 状，应该把厂拌热再生技术作为我国现阶段研究的重点。本文结合西部交通建设 科技项目“沥青路面再生利用关键技术研究”，以浙江2 2 省道诸暨段加铺的实 体工程为依托，在借鉴国内外研究成果的基础上，以再生沥青混合料为重点进行 了厂拌热再生利用的技术研究。 2 4 旧沥青混合料厂拌热再生的可行性 沥青路面再生利用，在国内外都已是较完善的技术。8 0 年代初，我国就开始 研究沥青混合料再生技术，据不完全统计，至1 9 8 6 年，我国铺筑的再生沥青路面 已超过6 0 0 公里m i ，然而为何旧沥青路面材料能够再生利用，再生路面的使用品 质到底如何，许多人对此仍有疑问。因此，在这里有必要从理论上和技术上简要 论述沥