温拌再生沥青混合料关键技术研究

２０１１年４月第４期　城市道桥与防洪　科技研究　１８３　温拌再生沥青混合料关键技术研究　乔英娟　（上海市政Ｔ程设计研究总院（集团）有限公司，上海市２０００９２）　摘要：回收沥青混合料的再生利用是目前我国道路发展过程中面临的重要问题之一，温拌再生沥青混合料技术的应用有利　于环境保护和节能减排。该文主要对旧沥青混合料的回收和应用、温拌沥青混合料技术、温拌再生沥青混合料的设计和性能　分析进行了研究，提出了温拌再生沥青混合料的关键技术所在，给出了温拌再生沥青混合料的工程应用方向。　关键词：沥青路面；回收沥青混合料；热拌沥青混合料；温拌再生沥青　昆合料　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—７７１６（２０１】）ｏ４一Ｏ１８３—０４　１　概述　布森方法和旋转蒸发器方法，目前国内实验室最　常用的方法是，采用离心分离法将沥青与混合料　我国道路交通行业正处于高速发展时期，再　中的集料相分离，并将其溶解于三氯乙烯溶剂中，　过ｌ０～２０　ａ，根据我国公路网发展规划，我国高速公　然后用阿布森法将沥青从溶剂中回收出来『２］。　路将达８．５万ｋｍ，路网总里程也将达到６５０万ｋｍ。　旧沥青再生从某种意义上说，就是沥青老化　按照沥青的设计寿命，每１０　ａ左右翻修一次，以　的逆向过程，而沥青胶结料的再生能否成功，主要　路面平均宽度２２　ｍ、翻修厚度１０　ｅｍ计算，８．５万ｋｍ　取决于再生剂品种和用量的选择。目前常用再生　的高速公路网平均每年将产生接近５　０００万ｔ的　剂主要有三种类型，包括软沥青，低粘度的油分，　旧混合料，如能加以利用，每年可节省材料费约　专用的再生剂。　１００亿人民币。　２．２旧料的破碎筛分以及旧沥青的抽提　温拌再生沥青混合料（ｗａｒｍ—ｒｅｃｙｃｌｅｄ　ｍｉｘ　ａｓｐｈａｌｔ）　将现场铣刨的块状旧料用破碎筛分机破碎和　是给予沥青温拌技术与热再生技术发展而来的新　筛分，筛分得到的旧料分成几种规格并分别堆放，　型环保型路面材料，兼备热再生技术和温拌技术　将含土量大的，利用价值不高的旧料另行处理。　的优点，能够大比例的掺加废旧沥青混合料，并实　采用离心抽提法得到回收沥青，对其针人度、　现较低温度下的拌合与压实，从而达到废旧沥青　软化点、延度三大指标进行检测实验，和对应标号　混合料循环利用和节能减排的目的【　ＪＪ。　的新沥青进行对照。另对旧沥青进行组分分析，用　本文主要从旧沥青混合料的回收和应用、温　燃烧法测定再生骨料中的沥青含量，从而分别得　拌沥青混合料技术、温拌再生沥青混合料的设计　到旧路面中旧沥青和旧骨料的含量，为旧沥青混　和性能评价进行了研究，提出了温拌再生沥青混　合料的回收应用做好准备工作。　合料的关键技术所在，给出了温再生沥青混合料　的工程应用方向。　３温拌沥青混合料的制备技术　２　回收沥青混合料的应用　对于ＨＭＡ来说，沥青混合料的生产、摊铺和　压实都是在比较高的温度下进行的，如沥青需要　旧沥青路面的回收利用主要包括两个方面，　加热到１５０　ｃｃ　１８０　，矿料加热到１７０℃～１９０　一是旧沥青胶结料的再生利用和旧骨料的再生利　左右，沥青混合料的摊铺压实温度一般在１３０℃～　用，其中旧沥青胶结料的再生问题是关键。　１６０℃。而温拌沥青混合料则在比较低的温度下　２。１旧沥青回收和再生　即可进行拌合、摊铺以及压实…，因此，温拌沥青　沥青抽提回收方法主要有五种，分别为离心　混合料制备技术的关键是如何降低拌合时沥青的　抽提法、回流抽提法、离心抽提改进法、回流抽提　粘度＿３＿。温拌沥青混合料的制备技术主要有四种　改进法、真空抽提法，其中最常用的为离心抽提法　方法ｌ　４＿　１。　和回流抽提法，而离心抽提法优于回流抽提法。　（１）沥青～矿物法（Ａｓｐｈａ—Ｍｉｎ）。该方法是采　从抽提溶剂中回收沥青主要有两种方法：阿　用一种粉末状的合成沸石（Ａｓｐｈａ—Ｍｉｎ）（见图１）　收稿日期：２０１０—１１—２５　在沥青混合料拌和过程中将其加入，沸石释放的　作者简介：乔英娟（１９７９一），女，山东莱芜人，博士，工程师，从　微量水使沥青发生连续的微发泡反应，泡沫和微　事路面材料与路面结构研究。　量水起到润滑作用使混合料在较低温下具有可工　１８４　科技研究　城市道桥与防洪　２０１１年４月第４期　作性，拌和温度可低至１３０℃～１４５℃。研究表　明，该方法可以节约３０％的能源消耗。　种特殊乳化剂制作乳化沥青，用该乳化沥青作为　胶结料与集料拌和来生产温拌沥青混合料。二是　直接用特殊乳化剂配制成一定浓度的溶液，在沥　青和集料拌和过程中喷人该溶液，见图３，经充分　搅拌后生产出温拌沥青混合料。该方法可在混合　料性能达到热拌沥青混合料的同时，将拌和温度　图１合成沸石颗粒　（２）泡沫沥青法（ＷＡＭ—Ｆｏａｍ）。该方法是将软　质沥青和硬质泡沫沥青在拌和的两个不同阶段加　入到混合料中。第一阶段是将１３０℃～１４０　ｃｃ的　软质沥青（针人度大于２００）加入到温度为１１０℃　～１２０　ｏＣ的集料中进行拌和以达到良好裹附。在　第二阶段，将１６０　ｃｃ～１８０　ｏＣ硬质沥青（针人度小　于５０）泡沫化后加入到预裹附的集料中。由于软　质沥青和泡沫化的硬质沥青都具有较低粘度从而　实现了良好的拌和和工作性，最终得到满足需要　的沥青混合料。　（３）有机添加剂法。该方法是将较低熔点的有　机添加剂加入到沥青或沥青混合料中，从而降低　沥青胶结料的粘度。目前成功应用的化学添加剂　有两类一合成蜡和低分子量酯类化合物，其中以　Ｓａｓｏｂｉｔ合成蜡为主（见图２）。Ｓａｓｏｂｉｔ的熔点接近　１００℃，会在１１６℃的时候完全溶于沥青胶结料　中，液态的Ｓａｓｏｂｉｔ起到很好的润滑作用，从而使　沥青混合料的拌和温度降低１０℃～３０　ｏＣ。Ｓａｓｏｂｉｔ　在熔点以下时会在沥青胶结料中形成一种网格状　结构，因此可提高沥青混合料的抗车辙性能。　图２　Ｓａｓｏｂｉｔ颗粒　（４）表面活性剂法。由ＭｅａｄＷｅｓｔｖａｃｏ公司研制　的技术，在美国称为Ｅｖｏｔｈｅｒｍ温拌技术。这种温　拌方法目前可有两种工艺加以实现：一是采用一　降至１１０　ｏＣ～１３０℃。　图３　Ｅｖｏｔｈｅｒｍ温拌技术　４温拌再生沥青混合料的设计　温拌再生沥青混合料的配比设计主要考虑两　个关键问题，一是旧料的掺量比例，二是沥青混合　料的压实温度的选择。温拌再生沥青混合料的应　用技术在国外也是刚刚出现，技术不是十分成熟；　国内的研究也还处在起步阶段，因此在对温拌沥　青混合料的配比设计时，要针对不同条件（包括不　同旧料掺量、不同拌合和压实温度）下其体积参数　的变化规律，与普通热拌沥青混合料进行对比分　析　１，从而确定适合于一定比例掺量下温拌再生　沥青混合料的拌合和压实温度。　４．１温拌再生沥青混合料的配合比设计　４．１．１原材料的选择　（１）沥青的选择及性能测试。选择合适的新沥　青，并对其物理性能进行测试分析。旧沥青再生剂　的选择以及再生沥青的物理性能测试。　（２）集料的选择。所采用集料均需经过试验测　试，所用集料均满足ＪＴＧ　Ｆ４０—２００４《公路沥青路　面施工技术规范》相关技术要求。　（３）旧料选择。确定原混合料的级配类型，并　对旧料进行筛分处理，测试其沥青含量，备用。　（４）降粘剂的选择。为实现温拌再生沥青混合　料降低拌合和压实温度的目的，需要在新沥青中　加入降粘剂。　４．１．２最佳沥青用量　最佳沥青用量的确定在添加旧料的基础上进　行的。选择一基准沥青用量和试件成型温度，并在　２０１１年４月第４期　城市道桥与防洪　制在老化温度拐点之下。　科技研究　１８５　此基础上变化新沥青的掺加量，测试马歇尔试验　各项指标，如毛体积相对密度，最大相对密度，空　隙率、矿料间隙、沥青饱和度、稳定度、流值等。根　据《公路沥青路面施工技术规范》中规定的最佳沥　青用量（油石比）计算方法确定温拌沥青混合料的　最佳沥青含量。　４．２温拌再生沥青混合料性能分析　图４是采用同样配比的温拌、热拌工艺沥青　老化发展的比较（原样沥青、拌合后混合料回收沥　青、使用２　ａ后从路面回收沥青）。由图４可见，拌　合过程中老化对热拌沥青混合料是非常严重的，　温拌工艺的采用减轻了拌合过程的老化，拌合后　温拌沥青混合料配比设计好以后需要对其力　学性能进行分析，以确保达到沥青路面的使用要　性状仍能保持在１１０号沥青范围内，２　ａ后仍能保　持９０号沥青的性状。　１４０　求【　。　４．２．１拌合及压实温度分析　减低沥青混合料的拌合和压实温度，达到节　能减排目的，可对温拌沥青混合料的空隙率与成　型温度关系进行研究。确保混合料空隙率较小的　情况下，拌合及压实温度也最低。　４。２．２高温性能　马歇尔试验是沥青混合料配合比设计及沥　青路面施工质量控制的重要试验项目，马歇尔稳　定度和流值也是混合料配合比设计的重要设计　参数。　车辙是沥青路面损害的最主要形式之一，沥　青混合料的抗车辙性能是沥青混合料高温性能的　重要指标，一般以动稳定度（次／ｍｍ）来表示。　４．２．３低温性能　在冬季寒冷地区，温缩裂缝是沥青路面典型　破坏形式之一。沥青路面低温抗裂性能的好坏主　要取决于沥青混合料的低温抗裂性能，通常采用　低温小梁弯曲试验来评价沥青混合料的低温性能。　温拌再生沥青混合料的低温弯曲试验采用ＭＴＳ材　料试验机进行试验，试验温度一ｌ０　ｏＣ±０．５℃，加　载速率５０　ｍｍ／ｍｉｎ。　４．２．４水稳定性　按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》　（ＪＴＪ　０５２—２０００），进行沥青混合料浸水马歇尔试验　和冻融劈裂试验来验证温拌再生沥青混合料的水　稳定性。　如果温拌再生沥青混合料的水稳定性不够满　意时，可选择合适的抗剥落剂来改善混合料的抗　水损害性能。　５温拌再生沥青混合料的工程应用　５．１温再生沥青混合料的优点　（１）沥青老化减轻、寿命延长　沥青的老化与温度呈指数关系，某个温度以　上会急剧发展，剧烈老化通常伴随大量的烟气。温　拌拌合温度比热拌降低３０℃以上，将拌合温度控　１２０　１００　８Ｏ　＜　赤６Ｏ　４ｏ　２Ｏ　Ｏ　原沥青　回收沥青　２年以后回收　图４温拌、热拌沥青老化比较　温拌工艺的沥青老化减轻的特性，可用于提　高厂拌再生的旧料比例。同时，老化减轻，沥青与　石料的粘附力增强，温再生材料的抗疲劳、耐久性　能提高，可用于更高等级道路的新建路面层或罩　面层。　（２）运输和摊铺过程料温降速减缓　温拌再生沥青混合的出料温度下降，与环境　温度差异缩小，它的降温速率只有热拌的一般，这　对于低温季节施工，具有非常重要的意义。　（３）施工现场烟气骤减　温拌的定义决定了温拌的拌合温度必须控制　在沥青开始产生大量烟气的温度之下，这对于封　闭空间施工具有重大工程意义，可扩大温再生混　合料的应用和施工范围。　（４）延长施工时效　在一些热拌不宜施工的月份，在施工质量保　证的前提下可加快工程进度，提高项目投资收益　率；在一天之内有更长的可施工时间，施工安排更　加灵活，同时，在较低气温和较大风力条件下也能　进行质量有保证的施工；混合料的供应半径增大，　供应盲区减少，拌合楼产能和摊铺面产能能够得　到更充分的挖掘，单位时间内能够安排的工程量　增加。　５．２工程应用方向　（１）沥青旧料大比例再生用于面层　厂拌热再生旧料含量很难突破２５％，成为该　项技术应用的主要瓶颈。为了保证施工和易性，热　１８６　科技研究　城市道桥与防洪　２０１１年４月第４期　再生出料温度接近改性沥青，造成新旧沥青的二　次老化，为保持混合料性能，必须限制旧料比例；　再生料的温度主要靠新石料带进拌和锅，为避免　石料变质，新料加热温度不能无限制提高，降低新　料比例空问小。　温再生技术要求旧料加热温度低甚至不加　热，旧胶结料老化减轻，新沥青老化也减轻，从性　能上允许采用更高比例旧料。温拌再生温度低，在　同样新料加热温度下，再生料的添加比例最高可　添加到５０％，突破厂拌热再生旧料利用比例的瓶　节约燃油消耗，延长有效压实时间和运输距离，改　善高原、山区的可施工环境，提高工程经济性和使　用性能。　６　结语　（１）给出了回收沥青混合料中旧沥青和旧骨料　的回收方法和物理性能评价方法，为进一步利用　回收沥青混合料提供基础数据。　（２）列举了温拌沥青混合料的制备技术，以及　目前我国重点发展应用的温拌技术。　颈，降低再生面层成本。　（２）隧道路面　（３）提出了温再生沥青混合料制备的关键技术　隧道特别是长大隧道空间封闭狭窄，通风条　件较差，通风成本高。同时，在热拌沥青混合料的　摊铺温度下，摊铺过程产生大量烟尘，施工工作环　境恶劣。隧道封闭潮湿，下承层较难保持干燥，较　热的热拌混合料摊铺时，界面存留水分会迅速蒸　发，造成混合料底部温度迅速下降，造成底部混合　料压实不足。　所在，给出了温拌再生沥青混合料的配合比设计　方法，及其高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性的　性能评价方法。　（４）分析了温拌再生技术的优点，给出了温拌　再生沥青混合料的工程应用方向，为温再生沥青　混合料的发展应用提供了借鉴和思考。　参考文献　［１］李振，徐世法，罗晓辉，等．温拌再生沥青混合料压实特性评价　…．北京建筑工程学院学报，２０１０，２６（１）：１４—１９．　［２］张建，肖维，黄晓明．沥青路面再生中旧沥青的回收与再生研究　…．湖南交通科技，２００６，３２（４）：１　１－１４．　温拌再生混合料的料温条件下，沥青的氧化　和挥发轻微，基本实现无烟操作，隧道工作环境显　著改善，施工质量可控可管。温拌混合料的可压实　时间延长，有利于整体工程质量的保证。　（３）高海拔、山区和交通不便地区　【３】孙大权，王锡通，汤士良，等．环境友好型温拌沥青混合料制备技　术研究进展Ⅲ．石油沥青，２００７，２１（４）：５４—５７．　［４］Ｊｏｈｎ　Ｄ’Ａｎｇｅｌｏ，Ｅｒｉｅ　Ｈａｒｍ，Ｊｏｈｎ　Ｂａｒｔｏｓｚｅｋ，ｅ．ｔ．Ｗａｒｍ－Ｍｉｘ　Ａｓｐｈａｌｔ：　热拌沥青混合料通常要求在１０℃以下及大　风降温天气不得进行施工，高原和山区气温普遍　低，且阴阳面温差大，可施工时间显著缩短。同　时，高海拔地区面临拌合楼建设困难，物料供应困　难等突出问题。温拌再生技术的应用，可显著延长　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｒ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ：ＦＨＷＡ—ＰＬ一０８—００７．２００８：９～２１．　［５］Ｍａｒｔｉｎｓ　Ｚａｕｍａｎｉｓ．Ｗａｒｍ　Ｍｉｘ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ［Ｄ】．Ｋｇｓ．Ｌｙｎｇｂｙ：　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｎｍａｒｋ，２０１０，１６￣２２．　［６】严世祥．温拌沥青混合料的应用技术研究［Ｄ】．重庆：重庆大学硕　士学位论文，２００７，７—１０．　【７】韩海红，徐世法，刘盈，等．热拌与温拌沥青混合料的压实特性对　比分析…．公路交通科技，２００８，２５（９）：７６—７９．　施工季节和１３施工时间，降低混合料的出料温度，　生一奠—受一安一受一寞一奠一　一一炱～垒一史，　一受一女一・　一受一受　—ｊＬ鼻　公路勘察设计招投标进一步统一规范　突出信用评价结果在招投标中的作用，信用等级高的勘察设计单位可获得投标更多的标段等多项　奖励；新增固定标价评分法，报价不再是竞争性因素……交通运输部发布的《公路工程标准勘察设计招　标资格预审文件》和《公路工程标准勘察设计招标文件》（以下简称“公路标准设计招标文件”），自今年３　月１日起施行。　“公路标准设计招标文件”是对２００３年版《设计招标范本》的修订。２００３年版《设计招标范本》实施　以来，对规范公路勘察设计市场秩序起到积极作用，但随着市场的发展变化以及相关法规的调整，已不　能很好满足当前管理需要，如未体现信用管理内容、评标办法有待完善等。此外，由于对２００３年版《设　计招标范本》的使用未作明确要求，部分招标人在编制项目资格预审文件和招标文件时，对《设计招标　范本》内容进行较大修改和调整，不利于统一规范公路工程勘察设计招投标。