RAP 精細(xì)化油石分離及存儲(chǔ)條件研究

王紅祥，晏 應(yīng)，李 寧，王德玉，唐 偉

（1.江蘇現(xiàn)代路橋有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210049；2.河海大學(xué) 土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

0 引言

隨著“碳達(dá)峰、碳中和”雙碳戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)以及對(duì)可持續(xù)發(fā)展理念的日益重視，礦石和石油等不可再生資源的開發(fā)越來越受到限制，導(dǎo)致集料和瀝青的價(jià)格不斷上漲，養(yǎng)護(hù)成本上升[1]。同時(shí)，我國(guó)公路正由“建養(yǎng)并舉”向“全面養(yǎng)護(hù)時(shí)代”邁進(jìn)，路面大中修養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生了大量廢舊瀝青路面材料（RAP）[2-3]。由于RAP 材料本身的結(jié)團(tuán)性和變異性，在對(duì)其進(jìn)行利用時(shí)往往只能應(yīng)用于路面下面層或者更低層位，如何將其應(yīng)用于中上面層，或更加有效地加以利用是路面養(yǎng)護(hù)工程面臨的一大難題[4-5]。

針對(duì)此問題，不少學(xué)者提出將RAP 中的舊集料與老化瀝青分離以減少RAP 結(jié)團(tuán)。黃磊[6]采用多級(jí)聯(lián)合篩分工藝對(duì)RAP 進(jìn)行篩分、分檔，從而有效降低了RAP 材料的變異性，有利于提升RAP 摻量。Zhan 等[7]采用常規(guī)破碎篩分方式處理RAP，通過多級(jí)分檔，有效降低了RAP 的變異性，但RAP 的結(jié)團(tuán)程度依舊較大，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。孫學(xué)楷[8]采用“反擊-轉(zhuǎn)子離心多級(jí)聯(lián)合篩分工藝”處理RAP，其分離效率可達(dá)70%以上。這項(xiàng)工藝通過剝離RAP表面黏附的瀝青膠砂，使粒徑為5～10 mm、10～15 mm的RAP 粗料表面的瀝青含量降至1%以下，可直接當(dāng)作原生集料進(jìn)行使用。現(xiàn)行《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5521—2019）要求將RAP 至少分成2 檔及以上，但未規(guī)定采用何種措施來處理RAP。因此，選取合適的RAP 處理方式來降低RAP 的結(jié)團(tuán)，對(duì)RAP 原層位、大摻量使用至關(guān)重要。另外，《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》通過加熱效率來限制RAP 含水率，并未考慮篩分的影響，也未闡述分離過后RAP存儲(chǔ)過程中的復(fù)結(jié)團(tuán)問題，因而對(duì)于日常RAP 的存儲(chǔ)管理沒有指導(dǎo)作用。本文介紹了一種RAP 精細(xì)化油石分離新技術(shù)的分離效果和結(jié)團(tuán)組成，同時(shí)基于分級(jí)后的各檔RAP 特性探究了RAP 的儲(chǔ)存條件，以期為RAP 預(yù)處理及后期存儲(chǔ)管理提供參考。

1 精細(xì)化油石分離技術(shù)

RAP 精細(xì)化油石分離技術(shù)是通過特殊的離心裝置剪切并研磨RAP 粗料，將RAP 表面黏結(jié)的瀝青膠砂剝離，然后根據(jù)顆粒大小將其篩選成3～5 檔。本文以山東臨沂某縣道上面層AC-13 和下面層AC-20整體銑刨所獲取的RAP 材料為例，說明該技術(shù)的工藝過程。

精細(xì)化油石分離過程（見圖1）為：首先，將RAP料投入喂料倉(cāng)，由提升機(jī)將其送至分離機(jī)中；然后，分離機(jī)通過離心作用對(duì)RAP 料進(jìn)行剪切和研磨，以剝離黏附在RAP 集料上的老化瀝青膠砂（見圖2），由于剝離過程會(huì)產(chǎn)生大量瀝青粉，為減少粉塵污染，由除塵器收集后歸置到0～3 mm 檔；最后，經(jīng)過分離的RAP 進(jìn)入篩分機(jī)，經(jīng)過第一層25 mm 的篩網(wǎng)無法篩落的大粒徑RAP 通過傳送帶送到喂料倉(cāng)重新分離，25 mm 以下的由篩分機(jī)分成貧油粗RAP（15～25 mm、10～15 mm、5～10 mm、3～5 mm）和富油細(xì)料（0～3 mm）共5 檔成品料。

圖1 精細(xì)化油石分離示意圖

圖2 油石分離原理示意圖

2 試驗(yàn)與方法

2.1 抽提篩分試驗(yàn)

按照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中T0722—1993 和T0725—2000，分別進(jìn)行抽提和篩分試驗(yàn)。

2.2 料堆取樣方法

取樣的RAP 料堆高7.5 m。由于堆放場(chǎng)地沒有做硬化處理，直接堆放時(shí)底層會(huì)受到濕氣和塵土污染；同時(shí)，料堆表面會(huì)形成一個(gè)厚度為100～200 mm的硬殼，因此取樣時(shí)舍去距地面0.5 m 以內(nèi)的RAP以及硬殼。采用挖掘機(jī)挖掘RAP 料堆以獲取垂直剖面，然后按照0 m、2.5 m、5 m、7 m 的堆高依次獲取RAP 料樣品。RAP 料堆不同深度取樣位置見圖3。

圖3 RAP 料堆不同深度取樣位置

3 預(yù)處理方法對(duì)RAP 性質(zhì)的影響

3.1 各檔RAP 質(zhì)量分布

通過稱取分離前后的各檔RAP 質(zhì)量，可獲取各檔RAP 比例，結(jié)果見圖4。

圖4 各檔RAP 質(zhì)量占比

對(duì)比分離前后各檔RAP 質(zhì)量占比可知，5 mm 以上3 檔均被不同程度地破碎分離，其中15～25 mm檔的比例下降10%，但是5～10 mm、10～15 mm 這2檔受15～25 mm 檔破碎影響，無法得出其真實(shí)比例，為此下文將細(xì)化至以每個(gè)篩孔尺寸為1 檔來研究RAP 的油石比、結(jié)團(tuán)率和結(jié)團(tuán)組成。0～3 mm 檔分離后的比例增加了33%，說明分離機(jī)通過高速離心所產(chǎn)生的剪切和研磨作用可以有效地將RAP 上裹覆的瀝青膠漿剝離。

3.2 RAP 結(jié)團(tuán)率

為評(píng)價(jià)通過精細(xì)化油石分離獲得的RAP 結(jié)團(tuán)程度，將分離后的各檔RAP 料按照?qǐng)D4(b)所示比例混合均勻，再篩分成2.36～4.75 mm、4.75～9.5 mm、9.5～13.2 mm、13.2～16 mm、16～19 mm 這5 檔，然后進(jìn)行抽提篩分。抽提后，每檔RAP 樣品的集料均不同程度地通過了抽提前粒徑范圍的下限，抽提損失率即定義為結(jié)團(tuán)率。5 檔RAP 集料的級(jí)配通過率見圖5，結(jié)團(tuán)率見圖6。

圖5 精細(xì)化油石分離各檔RAP 料通過率

圖6 分離后各檔RAP 料結(jié)團(tuán)率

由圖6 可以看出，精細(xì)化分離后的各檔RAP 料結(jié)團(tuán)率隨著粒徑增大而增大；2.36～13.2 mm 這3 檔的結(jié)團(tuán)率較小，而13.2～19 mm 這2 檔的結(jié)團(tuán)率均在50%左右。原因可能是RAP 原材料由上、下面層同時(shí)銑刨，上面層瀝青由于直接受到氧氣、光照等自然因素與行車作用，雖然與下面層所用瀝青材料一致，但是其老化程度卻更大，瀝青與集料裹覆性也更差，瀝青變硬變脆，因此其分離效果更佳，結(jié)團(tuán)率較小。下面層瀝青受到上面層的保護(hù)作用，并不直接承受復(fù)雜的環(huán)境因素，老化程度小，瀝青與集料黏附性更好，因此分離效果不佳，結(jié)團(tuán)程度更大。再結(jié)合上、下面層混合料類型AC-13、AC-20 的最大公稱粒徑分別為13 mm、19 mm，可以得出13.2 mm 以上的結(jié)團(tuán)在很大程度上應(yīng)該是由中面層的AC-20 所構(gòu)成。

3.3 RAP 結(jié)團(tuán)組成

RAP 主要由舊瀝青和舊集料組合而成，因此，RAP 結(jié)團(tuán)組成也從這兩方面入手。將精細(xì)化油石分離后的5 檔RAP 料分別進(jìn)行抽提和篩分，獲取每檔油石比以及分計(jì)篩余百分率，具體評(píng)價(jià)每檔RAP 的構(gòu)成。

3.3.1 油石比

圖7 為精細(xì)化油石分離后各檔RAP 料實(shí)物圖。由圖7 可見，粗集料表面的瀝青膠漿已基本被剝離干凈。

此外作者所在的獨(dú)立三本學(xué)校的英語專業(yè)學(xué)生英語基礎(chǔ)較薄弱，英語水平參差不齊，而且學(xué)習(xí)興趣較差，極其缺乏自主學(xué)習(xí)能力。在英語授課中，作者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生仍屬于接受型學(xué)生，不主動(dòng)思考問題，不主動(dòng)問問題，不主動(dòng)發(fā)言。長(zhǎng)時(shí)間如此，經(jīng)過四年的英語學(xué)習(xí)，大多數(shù)學(xué)生的英語水平不能達(dá)到應(yīng)具備的英語專業(yè)八級(jí)能力。所以在具體實(shí)踐中，作者選用了綜合英語II中的其中一課Unit6 Wisdom of Bear Wood為例，應(yīng)用了多元識(shí)讀教學(xué)法設(shè)計(jì)了兩課時(shí)的課，如表2所示。

圖7 精細(xì)化油石分離后各檔RAP 料樣品

采用抽提試驗(yàn)獲取各檔RAP 油石比。分離前后的RAP 油石比見圖8。

圖8 分離前后RAP 油石比

原路面的整體RAP 油石比為4.07%，通過精細(xì)化油石分離后，粗RAP 料的油石比降低約1.23%～2.40%，其中5～10 mm、10～15 mm 這2 檔更是降低到1.7%以下。油石比的降低在一定程度上表明RAP結(jié)團(tuán)已被打開，這樣可以減少實(shí)際生產(chǎn)拌和中RAP料因黏料而對(duì)升溫的限制，適當(dāng)提高RAP 料加熱溫度，從而有利于保障再生混合料的出料溫度，這為粗RAP 料如同新集料一樣直接添加在原生滾筒中的再生方式提供了可能。15～25 mm 檔的油石比降低1.23%，原因可能是該檔RAP 大部分由強(qiáng)結(jié)團(tuán)構(gòu)成，也可能是部分銑刨RAP 料混雜了水穩(wěn)層材料，造成該檔RAP 結(jié)團(tuán)不同于其他檔。3～5 mm 檔的油石比降低2.18%，說明精細(xì)化油石分離不僅可以將RAP粗料進(jìn)行有效破碎，還因?yàn)殡x心分離方式而使得3～5 mm 檔的RAP 也得到了有效破碎。

3.3.2 粒徑組成

不同粒徑RAP 集料的分計(jì)篩余百分率見圖9。

圖9 不同粒徑RAP 集料分計(jì)篩余百分率

由圖9 可見，任意一檔的最大篩孔尺寸分計(jì)篩余百分率均最大，除16～19 mm 檔外均大于50%，說明經(jīng)過精細(xì)化油石分離后的每檔RAP 基本還是由該檔的集料構(gòu)成，這也從側(cè)面說明了分離效果較好。另外，某檔粒徑的舊料顆粒主要是由2.36 mm 以上的集料和0.15 mm 以下的粉料結(jié)團(tuán)而成，原因可能是精細(xì)化油石分離需要全粒徑RAP 均通過離心分離，導(dǎo)致0.15 mm 以下的集料和礦粉有所增加。

4 RAP 存儲(chǔ)條件研究

4.1 堆放高度和堆放時(shí)間對(duì)RAP 復(fù)結(jié)團(tuán)的影響

經(jīng)過精細(xì)化油石分離之后的5 檔RAP 料中，大于5 mm 的粗料油石比較低，通過簡(jiǎn)單取樣發(fā)現(xiàn)，大于5 mm 以上的精細(xì)化油石分離料不會(huì)產(chǎn)生復(fù)結(jié)團(tuán)。因此，本節(jié)主要針對(duì)0～3 mm、3～5 mm 這2 檔RAP 料進(jìn)行研究。

精細(xì)化油石分離之后，不同堆高的RAP 料級(jí)配見圖10。

圖10 不同堆高RAP 級(jí)配

通過測(cè)定同一批銑刨料分離后堆放3、7、15、30 d的各檔RAP 級(jí)配，探究不同堆放時(shí)間下RAP 復(fù)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，結(jié)果見圖11。

圖11 不同堆放時(shí)間下的RAP 級(jí)配

由圖11 可知，在所測(cè)試的4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)，5～10 mm、10～15 mm 這2 檔RAP 級(jí)配基本沒有波動(dòng)。這是因?yàn)榫?xì)化油石分離以后，RAP 粗料油石比較低，因此堆放時(shí)間不會(huì)對(duì)RAP 粗料復(fù)結(jié)團(tuán)造成影響。但是由于細(xì)料含油量較高，且粒徑越小，比表面積越大，其表面能也越大，團(tuán)聚幾率同步增大，因此0～3 mm、3～5 mm 這2 檔RAP 在堆放超過7 d 后出現(xiàn)復(fù)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。另外，由于銑刨料來源不一、精細(xì)化油石分離RAP 分檔較多以及堆場(chǎng)面積有限等問題，不建議堆放過長(zhǎng)時(shí)間，否則極有可能出現(xiàn)混合堆放的情況。綜合建議精細(xì)化油石分離RAP 后堆放時(shí)間不超過7 d。

4.2 含水率對(duì)分離混篩率的影響

采用不同含水率的RAP 料進(jìn)行精細(xì)化分離處理，研究不同含水率RAP 的分離效果，采用混篩率來具體評(píng)價(jià)RAP 含水率對(duì)精細(xì)化分離設(shè)備的影響。分離后各檔通過重新篩分來獲取該檔最小篩孔通過的質(zhì)量，其篩下質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比即為混篩率。

不同RAP 含水率下，精細(xì)化油石分離RAP 料的混篩率見表1。

表1 不同RAP 含水率下精細(xì)化油石分離RAP 料的混篩率 單位：%

由表1 可知，當(dāng)RAP 料的含水率大于3%時(shí)，會(huì)造成精細(xì)化油石分離設(shè)備篩孔堵塞，導(dǎo)致各檔RAP料混篩嚴(yán)重，特別是10～15 mm 檔RAP 料混篩率達(dá)到60%以上。當(dāng)RAP 料含水率為1.71%時(shí)，在精細(xì)化油石分離后10～15 mm 檔RAP 料的混篩率仍偏高，但3～5 mm 和5～10 mm 這2 檔RAP 料的混篩率相對(duì)降低，僅為3%～4%。精細(xì)化油石分離設(shè)備對(duì)RAP 料含水率指標(biāo)的要求較高，建議精細(xì)化油石分離前要控制RAP 料含水率在1.5%以內(nèi)，在儲(chǔ)存時(shí)建議室內(nèi)封閉儲(chǔ)存；含水率較大時(shí)采用攤鋪晾曬方式來降低含水率，且檢查精細(xì)化油石分離設(shè)備篩網(wǎng)是否通暢。

5 結(jié)語

（1）精細(xì)化油石分離方式可以將RAP 粗集料中舊瀝青與舊集料分離，經(jīng)篩分后得到不同粒徑分布的RAP 粗料和富含老化瀝青的RAP 細(xì)料。

（2）精細(xì)化油石分離大幅降低了RAP 粗料的油石比，RAP 粗料的油石比可降低約2.0%，同時(shí)有效降低RAP 結(jié)團(tuán)程度，其結(jié)團(tuán)程度隨粒徑增大而增大。

（3）從復(fù)結(jié)團(tuán)和含水率的角度出發(fā)，精細(xì)化油石分離前RAP 含水率要控制在1.5%以下，分離后臨時(shí)堆放建議采用室內(nèi)封閉儲(chǔ)存；0～3 mm 檔RAP 堆高小于5 m；0～3 mm、3～5 mm 檔RAP 堆放時(shí)間不大于7 d。