瀝青路面回收料高比例溫拌再生技術(shù)研究現(xiàn)況

（福建工大巖土工程研究所有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

據(jù)交通運輸部發(fā)布的《2019年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截至2019年末，我國公路總里程為501.25 萬公里。瀝青路面具有良好的路用性能及舒適的駕駛感，已經(jīng)成為一種廣泛應(yīng)用的路面形式，以不同類型的瀝青及瀝青混合料結(jié)構(gòu)滿足各種嚴(yán)峻環(huán)境的考驗，使用率占比高達(dá)90%以上。

瀝青路面的設(shè)計使用年限為10～15年，上世紀(jì)末和本世紀(jì)初修建成的公路都已經(jīng)步入大中修期，產(chǎn)生了許多瀝青路面回收料。具不完全統(tǒng)計，每年僅干線公路維修工程所產(chǎn)生的回收料高達(dá)1.6 億噸，如此之多的回收料，如不加以再利用，常年堆積在室外不僅對瀝青、土地資源造成浪費，甚至?xí)Νh(huán)境產(chǎn)生一定程度的污染，嚴(yán)重?fù)p害周邊群眾的人身安全。

傳統(tǒng)的再生方法中，新加集料的溫度需高于熱拌溫度10～15℃，達(dá)到185℃以上，高溫制作不僅會造成舊料瀝青的二次老化，還會造成能源浪費、粉塵和有害氣體排放等環(huán)境污染問題。溫拌瀝青技術(shù)可一定程度上避免這些問題的產(chǎn)生。

由于RAP（再生瀝青混合料，Reclaimed Asphalt Pavement 的縮寫）摻量的增加，RAP 的抗水損壞性能和低溫抗裂性能會快速衰減，不能滿足相關(guān)規(guī)范要求，目前RAP 摻量一般為20%～30%。如何提高RAP 的摻量，本文對瀝青路面回收料高比例溫拌再生技術(shù)研究現(xiàn)況進(jìn)行整理，可為同行學(xué)者研究進(jìn)行參考。

1 瀝青路面回收料應(yīng)用現(xiàn)狀

二十世紀(jì)初，美國學(xué)者Warren Brother 對瀝青路面回收料進(jìn)行熱再生，并完成了路面再生試驗。二十世紀(jì)八十年代，美國公路系統(tǒng)逐漸發(fā)展并趨于完善，且由于中東戰(zhàn)爭引發(fā)的石油資源缺乏，導(dǎo)致原材料供應(yīng)不足，而公路系統(tǒng)不斷產(chǎn)生大量的瀝青路面回收料，再生技術(shù)再次受到重視。

二十一世紀(jì)以后，美國道路行業(yè)應(yīng)用了大量的再生瀝青混合料，利用了超過半數(shù)的回收瀝青混合料，再生技術(shù)在再生劑的研發(fā)、再生瀝青混合料配合比設(shè)計、再生設(shè)備等方面的研究逐漸完善。

董文龍調(diào)查了美國瀝青路面回收舊料利用行業(yè)的情況，2011年美國RAP平均添加比例約為五分之一，然而在再生過程中只使用少摻量的RAP 依然無法解決嚴(yán)重的回收料問題，導(dǎo)致再生效益不明顯。

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T5521—2019）和美國瀝青再生協(xié)會（ARRA）將瀝青路面再生方式分為廠拌冷再生、就地冷再生和全深式冷再生、廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕? 種。目前廠拌熱再生在我國使用最廣，再生后混合料性能與新料基本相當(dāng)。在熱再生中摻量太高的廢舊RAP 會嚴(yán)重影響再生路面，大量有害氣體也會隨著較高的施工溫度產(chǎn)生。增加RAP 再生料的混合比例，同時需要增加再生劑的投入，造成的后果是成本大幅增加和路用再生效果一般，因此這項技術(shù)在國內(nèi)外的使用都受到了一定的限制。瀝青路面冷再生多用泡沫瀝青以及乳化瀝青，但處理后路用性能較差。溫拌再生瀝青路面是在熱再生的基礎(chǔ)上添加溫拌劑，在降低路面拌和溫度的前提下，使溫拌再生瀝青混合料具有良好的路用性能。加入溫拌劑可以降低路面的拌和溫度可達(dá)20-30℃，RAP 舊料的利用率可達(dá)40%以上，這不僅能節(jié)約能源，而且廢舊路面原料得到了有效的利用。因此研究溫拌再生技術(shù)進(jìn)，具有重大的意義且頗具應(yīng)用前景。

為實現(xiàn)筑路材料的循環(huán)再生利用和可持續(xù)發(fā)展，有必要對瀝青路面溫拌再生應(yīng)用成套技術(shù)進(jìn)行研究，使得瀝青路面材料高比例回收利用，而且溫拌再生瀝青材料可以應(yīng)用于道路上面層，能減少新材料的利用，有助于溫拌再生技術(shù)的推廣應(yīng)用，具有良好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。

2 溫拌再生技術(shù)途徑

相比于熱拌再生，溫拌再生組成材料較為復(fù)雜，制備工藝要求更高。為使溫拌再生高摻比回收料的瀝青路面性能良好，需要提出一套高摻比回收料溫拌再生成套技術(shù)方案。通過文獻(xiàn)調(diào)研，主要從瀝青路面溫拌技術(shù)、瀝青路面再生劑、RAP 大摻量設(shè)計、再生瀝青混合料配合比設(shè)計方法、溫拌再生瀝青混合料性能五個方面進(jìn)行介紹。

2.1 瀝青路面溫拌再生技術(shù)

目前廣為采用的溫拌技術(shù)主要有機(jī)添加劑法、化學(xué)添加法和發(fā)泡技術(shù)。

我國在上世紀(jì)八十年代開始對路面試驗段進(jìn)行試驗研究和鋪筑研究，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國在溫拌再生領(lǐng)域也取得了成果。通過室內(nèi)混合料配合比試驗，溫拌瀝青混合料的設(shè)計方法和壓實試驗，阮妨對溫拌瀝青混合料拌和與施工溫度進(jìn)行了初步研究。上述試驗結(jié)果表明，溫拌瀝青混合料配合設(shè)計方法與熱拌瀝青混合料不同，存在一定的差異，有必要制定專門的設(shè)計規(guī)范對其進(jìn)行規(guī)定[1]。吳英彪對泡沫再生瀝青的研究發(fā)現(xiàn)，泡沫瀝青的再生能較大程度的降低混合料的拌和溫度，這是與熱拌瀝青混合料相比得出的結(jié)論。在舊料摻量為25%的條件下，泡沫再生相比于熱拌瀝青混合料少消耗能源達(dá)到了30%，應(yīng)用前景可觀。徐世法、李根等人評估了基于Sasobit 的溫拌再生瀝青混合料在RAP 摻量分別為0%、15%、30%、45%、60%時的性能，這些實驗得出的結(jié)論是，140℃是溫拌瀝青混合料的最低壓實溫度，并且RAP 摻量越多，水穩(wěn)定性能越低，高溫性能越強(qiáng)，疲勞性能越低，并且RAP 摻量為30%是性能衰變的拐點。劉唐志研究了不同RAP 舊料中Evotherm 溫拌瀝青路用性能，試驗結(jié)果表明，對于某一特定工程，RAP 舊料的摻量應(yīng)該根據(jù)實際的工程試驗來定量，一般Evotherm 溫拌瀝青RAP 舊料摻量介于30%-40%之間[2]。

2.2 瀝青路面再生劑

瀝青路面上的瀝青結(jié)構(gòu)會在各種自然因素和汽車荷載的作用下發(fā)生變化，這會導(dǎo)致路面的物理性能和力學(xué)性能下降。瀝青所含的四種成分中，其中飽和分含量在老化過程中基本不發(fā)生變化，芳香分轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)又轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，因此直接造成了老化后的瀝青針入度降低，粘度增加。通過添加一定再生劑提高其流變指數(shù)并降低其粘度的過程稱為瀝青再生。添加再生劑后再次改變老化瀝青的組分，通過對組分的分析，適量減少瀝青質(zhì)含量時，膠質(zhì)和油分的含量也會逐漸增加。此時芳香分由于瀝青質(zhì)有較好的溶解和分散能力，它的含量成為了再生劑的技術(shù)指標(biāo)之一。再生劑必須具有良好的流變性質(zhì)才能使得再生劑與老化瀝青充分混合。同時，再生劑和老化瀝青之間的充分滲透也表明對再生劑的粘度要求相對較低，一般在0.01～20Pa S 范圍內(nèi)。

自上世紀(jì)石油危機(jī)以來，再生劑已進(jìn)入快速發(fā)展時期。瀝青再生劑在不同時期的組分、作用有很大不同，再生劑的發(fā)展經(jīng)歷了四個主要階段：

第一階段：再生劑調(diào)制的初始階段發(fā)生在20世紀(jì)70年代，降低粘度的方法是向老化瀝青中加入較低粘度的油分。因此，石油工業(yè)生產(chǎn)出的輕質(zhì)產(chǎn)品成為了該階段再生劑的主要成分，其組分主要是三環(huán)或四環(huán)的芳烴。分子量小、粘度低和滲透性能良好是它的特點，但再生路面的早期階段容易產(chǎn)生車轍、整體耐久性較差，代表專利有US3793189、US4074894、US4067552等。

第二階段：再生劑的結(jié)構(gòu)類型發(fā)生變化發(fā)生在上世紀(jì)80年代后，在這個階段高閃點、大分子量的渣油類再生劑得到推廣和應(yīng)用。同時，為提高再生路用性能，增加其粘性，再生劑中會加入聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等組分。

第三階段：生劑改性開始受到學(xué)者的關(guān)注是在90年代之后，在再生劑成分沒有大變化的條件下，樹脂、氯丁橡膠、芳香族烯烴單體等高分子聚合物在混合料拌和過程中加入到再生劑中，同時，在一些道路工程中，廢舊橡膠輪胎粉末也被用作添加物。

第四階段：21世紀(jì)以來，瀝青再生劑的發(fā)展出現(xiàn)兩主要方向，一方面，直接噴射到路面上將再生劑作為瀝青封層，可以起到預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的作用。它還可以封閉瀝青路表面的裂縫，延長了道路的使用壽命，日本JSR 株式會社的RF 系列再生劑為這類型再生劑的代表。另一方面，再生劑的調(diào)制也越來越趨向于綠色環(huán)保。武漢理工大學(xué)吳少鵬等人利用廢棄食用油對三種老化瀝青進(jìn)行再生研究，試驗結(jié)果表明廢棄食用油能夠軟化老化瀝青。東南大學(xué)龔明輝利用生物柴油殘渣獲得的生物油對老化瀝青進(jìn)行再生，研究表明生物油能恢復(fù)老化瀝青的物理性能和流變性能。

2.3 RAP 高摻量設(shè)計

如何提高再生瀝青混合料中RAP 的配合比例是目前對瀝青再生技術(shù)研究的主要集中點。高RAP 摻量通常意味著RAP 料質(zhì)量比占混合料總質(zhì)量的20%至30%或更高，然而，隨著RAP 摻量的增加，再生瀝青混合料的耐久性會明顯降低。

盡管現(xiàn)在美國路面廢料的利用率穩(wěn)定在80%以上，但與廠拌熱再生混合料相比，RAP 摻量并不高，在2011年時平均RAP 摻量提高到了19.1%，這是因為美國成立了相關(guān)專家組，致力于提高高RAP 摻量的廠拌熱再生混合料在瀝青攤鋪中的應(yīng)用，即使這樣，高RAP 摻量的再生瀝青路面仍不常見。隨著再生利用規(guī)范的不斷出現(xiàn)和修訂，日本將RAP 摻量從2000年的32.5%提高至2013年的47%。

王礎(chǔ)通過試驗發(fā)現(xiàn)采用25%的新料、6%再生劑以及與之相應(yīng)比例的RAP料和新瀝青時，再生混合料路用性能最佳。

左鋒研究發(fā)現(xiàn)RAP 摻量提高會使瀝青混合料的抗裂性能明顯降低；溫拌技術(shù)會促進(jìn)新舊瀝青之間的混溶，但不利于再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性；結(jié)合紅外光譜分析結(jié)果，推薦RAP 摻量為30%[3]。

熊文濤提出40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 的路用性能均符合技術(shù)要求，且表現(xiàn)出更好的高溫抗車轍變形能力。

湯文通過室內(nèi)試驗研究了回收瀝青混合料摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對Evotherm溫拌再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫性能、水穩(wěn)定性及疲勞性能的影響。結(jié)果表明采用Evotherm 溫拌技術(shù)可將RAP 摻量提高到50%。李國濤研究發(fā)現(xiàn)合肥譽(yù)盛公司的Z4-EM 再生劑具有較好的再生效果，130℃的條件下可以完成RAP100%全再生，并且具有良好的路用性能。

2.4 溫拌再生瀝青混合料配合比設(shè)計

瀝青混合料再生包括瀝青再生和礦料再生，瀝青再生通過添加一定再生劑減少其粘度和增加其流變指數(shù)；由于礦料在使用過程中的碎裂使其細(xì)化，因此在舊瀝青混合料中，規(guī)定級配曲線一般在礦料的級配曲線下方。礦料的再生就是在舊瀝青混合料中添加新的礦料而重新調(diào)整混合礦料的級配，使其滿足指定的級配要求。廠拌熱再生配合比設(shè)計通過馬歇爾設(shè)計方法經(jīng)過目標(biāo)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比設(shè)計、生產(chǎn)配合比驗證三個階段完成。通過以上三個階段確定回收瀝青路面材料（RAP）的摻配比例、新材料的品種及配比、礦料級配和最佳瀝青用量。

陳梓寧等運用流變學(xué)試驗原理和SHRP 試驗方法，通過對不同摻配比例的再生瀝青進(jìn)行試驗評價，從而得到兼顧高低溫性能的舊瀝青、再生劑和新瀝青的最佳摻配比例及RAP 摻量。

許萌通過測定RAP 中舊礦料顆粒遷移狀態(tài)，在探究舊礦料顆粒遷移規(guī)律的基礎(chǔ)上，總結(jié)了基于相關(guān)規(guī)律的熱再生瀝青混合料級配優(yōu)化設(shè)計方法。

陳舟宇將室內(nèi)試驗結(jié)果與依托工程相結(jié)合開展就地?zé)嵩偕鸀r青混合料優(yōu)化設(shè)計研究，確定加入5%的再生劑，以恢復(fù)老化瀝青的性能；加入15%的新瀝青混合料以調(diào)整路面混合料級配優(yōu)化其性能?，F(xiàn)場檢測結(jié)果表明路面總體質(zhì)量能達(dá)到新建瀝青路面的標(biāo)準(zhǔn)。

彭博進(jìn)行溫拌再生混合料AC－16 配比設(shè)計，確定其級配組成比例及再生劑、溫拌劑摻量，并以此AC－16 再生混合料制作試驗試件，確定最佳壓實溫度，最后分析RAP 摻量對溫拌再生混合料壓實溫度的影響程度[4]。

2.5 再生瀝青混合料性能評價

瀝青路面在使用過程中受自然環(huán)境和行車荷載作用，路面材料發(fā)生老化和疲勞破壞，致使路用性能下降直至破壞。瀝青路面再生旨在恢復(fù)材料性能使瀝青路面恢復(fù)其功能，因此再生瀝青混合料性能是對瀝青路面再生效果的評價的主要指標(biāo)。

陳靜云研究在再生劑和不同摻量改性劑作用下取得的“再生-改性”瀝青的性能，再生劑加改性劑的再生-改性方案可顯著提升瀝青的高溫抗車轍和低溫抗開裂的能力。

楊澤華通過多組高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及力學(xué)性能試驗對不同RAP 摻量下泡沫溫再生瀝青混合料路用性能進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明材料的不均勻性可以通過RAP 材料分檔處理后得到減小，這有利于保持級配的整體穩(wěn)定；泡沫溫再生混合料高溫穩(wěn)定性迅速提高、力學(xué)性能增強(qiáng)、低溫抗裂性下降和水穩(wěn)定性先小幅增大后大幅減小都可以隨著RAP 摻量的增加而得到改善。

李達(dá)研究舊料摻量對溫拌再生瀝青混合料耐久性的影響，舊料的增加在一定程度上降低了瀝青混合料的抗開裂能力，使混合料向脆化方向發(fā)展，當(dāng)舊料摻量達(dá)到一定水平后，再生瀝青混凝土的抗裂性能將不再降低；相同RAP 含量時，熱再生瀝青混合料浸水后抗變形能力、抗裂能力及動態(tài)模量均高于同等條件下的溫拌再生混合料。

丁濟(jì)同研究不同摻量RAP 對溫拌再生瀝青混合料性能的影響，溫拌再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于溫拌瀝青混合料，低溫抗裂性能均低于溫拌瀝青混合料，在RAP 摻量高于50%時，其水穩(wěn)定性低于溫拌瀝青混合料[5]。

3 結(jié)論

由于RAP 摻量的增加，再生瀝青混合料的抗水損壞性能和低溫抗裂性能會快速衰減，不能滿足相關(guān)規(guī)范要求，現(xiàn)目前瀝青路面回收料利用率不高，RAP 摻量一般為20%～30%，很少有RAP 摻量超過30%的案例。如何提高RAP的摻量，本文對瀝青路面回收料高比例溫拌再生技術(shù)研究現(xiàn)況進(jìn)行整理，可為同行學(xué)者研究進(jìn)行參考。