厂拌热再生技术.docx

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厂拌热再生技术

第三节厂拌热再生技术

一、旧路面材料性状及其再生适用性

1流变性质

老化沥青在流变指标上表现为粘度增大，针入度增加，延度减小，软化点升高。

表1是老化沥青流变指标随某A型再生剂掺量的变化情况。

可以看出，随着再生剂掺加比例的增加，老化沥青的流变指标逐渐向新沥青方面过渡。

由此说明，从流变力学指标角度，旧沥青材料具有较好的再生适用性。

2再老化性质

沥青混凝土路面热再生工艺中，旧沥青受热时间及受热强度都不亚于普通拌制沥青混合料。

因此，旧沥青在耐热老化方面的再生适用性，即再老化后的性能如何应值得重视。

从测试结果可以得出，旧沥青再老化速率相对变缓。

考虑到已得出的低温劲度调合的直线线性关系，如果用于调合的软沥青的耐老化性能与S70相近时，那么，调合出的再生沥青的耐老化性能（用指标变化率表征）要好于原始沥青S70。

因此，也可以得出，在受热再老化方面，旧沥青也有着良好的适用性。

3旧砂石材料性状及其再生适用性

与普通沥青混合料组成机理相同，沥青混凝土路面旧矿料在再生沥青混合料中贡献的依然是级配和强度。

所以，应掌握受车辆荷载和环境气候作用几年、甚至十几年的旧矿料性状变化情况，以便对其再生适用性做出判断。

1）级配特征

旧沥青砂石材料的级配性状直接影响到其再生作为路面结构层的适用性。

从旧料抽提筛分结果可以看出，经过长期交通荷载以及回收破碎的作用，旧沥青粗集料部分细化成细集料，而细集料进一步细化的程度较小，最终粉料量的变化并不是很明显。

由此得出，旧集料级配细化并不严重，骨料级配的本质没有改变，在再生中完全可以通过添加相对较粗的新骨料进行调整，形成合格的沥青混合料级配。

在沥青混凝土路面冷再生中，收集的旧集料直接作为骨料被冷拌。

因此，应对旧集料收集状态的表观级配组成状况进行分析，并以此为基础进行冷再生沥青混凝土路面的材料配比设计。

显然，由于旧沥青的裹覆结团作用，旧料原样筛分结果比抽提后筛分结果粗很多，但将该级配组成与高等级公路基层级配碎石规范要求相比较，仅细料通过率不满足要求，且偏差较小。

因此，针对路面基层，旧料有较好的冷再生适用性。

2）强度与形状

回收旧骨料的强度和颗粒形状也影响着沥青旧料再生的适用性。

广佛高速公路旧骨料的相关检测结果。

可以看出，除针片状含量偏大外，旧骨料其他指标均满足规范对新骨料的要求。

针对细长扁平颗粒含量较多情况，再生时只要添加使用针片状含量小的碎石，即可弥补该缺陷。

因此，从强度和颗粒形状方面讲，旧集料也有较好的再生适用性。

沥青混凝土路面的再生利用方法取决于需要再生的路面结构状况、结构层次、层次的材料性状，以及再生成型路面层次的功能、设备状况及经济条件等诸多方面。

再生对象不同，使用目的不同，应采用不同的再生方法。

4沥青混凝土路面再生方法的适用性

旧沥青混凝土路面的再生，是指将不能满足路用要求的旧沥青混凝土路面，通过混合新组分或受热整型等方式，重新铺筑成为新的沥青混凝土路面结构层。

按照再生路面组成材料的拌和温度及拌和地点，可将沥青混凝土路面再生方法分为厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生和就地冷再生等4类。

1）厂拌热再生

厂拌热再生，是将旧沥青混凝土路面面层，经过翻挖、铣刨，回收集中到再生拌和厂，根据需要进行破碎筛分预处理，再掺入一定比例的新骨料、新沥青、再生剂等，用改装的或特制的再生沥青混凝土搅拌设备进行加热拌和后，运至施工现场，热铺成为新的沥青混凝土路面结构层。

在厂拌热再生方法中，因添加了新骨料、新沥青和再生剂等新组分，故应针对再生沥青混合料拟用层面进行专门的材料性能配比设计，同时也应进行相应的拌制及摊铺工艺设计。

因此，沥青混凝土层的重铺也可以和新路施工一样，分别按下面层、中面层和上面层（磨耗层）的不同技术要求进行。

2）就地热再生

就地热再生，是将旧沥青混凝土路面上面层，经过表面加热、翻松铣刨，并根据情况掺入一定比例的新沥青、再生剂和新骨料等，利用移动式现场拌和设备进行加热拌和，热铺成为新的沥青混凝土路面面层。

可以看出，就地热再生针对的是沥青混凝土路面表面层，对表面层进行性能恢复、整型，改善沥青混凝土路面包括排水性能的功能性服务性能。

根据待再生路面的病害特点和设计要求，可以采用的就地热再生技术方案有4种：

整型、重铺、复拌和复拌+罩面。

3）厂拌冷再生

厂拌冷再生，是指将旧沥青混凝土路面面层或基层，经过翻挖、回收、破碎、筛分，再掺入一定比例的新粘结剂（乳化沥青、泡沫沥青、水泥等）、新骨料等，利用工厂拌和设备进行冷态拌和，铺筑成为新的沥青混凝土路面结构层。

沥青混凝土路面的冷再生是在自然环境温度下完成沥青混凝土路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、摊铺及压实成型，重新形成路面结构层的一种工艺方法。

由于粘结剂是在冷态状态下拌和形成，其分布均匀性和粘附性并不理想，与粒料的粘结性也相对较差。

所以，厂拌冷再生混合料主要用于沥青混凝土路面基层、底基层的铺筑，也可用于已铺好碎石和喷好油的低等级路面面层。

4）就地冷再生

就地冷再生，是将旧沥青混凝土路面面层或基层，经过冷破碎、翻松，掺入一定比例的新粘结剂（乳化沥青、水泥、泡沫沥青等）、新骨料（当路面的沥青含量太高或是需要改善骨料的级配时），利用现场移动式拌和设备在需要再生的路面上进行冷态拌和施工，铺筑成为新的沥青混凝土路面结构层。

沥青混凝土路面的就地冷再生也是在自然环境温度下完成沥青混凝土路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、摊铺及压实成型等工艺。

同样的原因，就地冷再生混合料也主要用于沥青混凝土路面基层、底基层的铺筑，其上面一般要进行沥青混合料面层的铺筑。

　厂拌热再生能精确控制沥青混合料中各成分的配比，再生混合料可变性比较小，质量有保证，因此，这种再生技术是美国沥青路面热再生的主流。

　　现场热再生除了再生沥青混合料稳定性无法精确控制之外，还存在一定的环境污染问题。

在环境保护要求较高的美国，这种技术只是在一些非常特殊的情况下或在一些特殊路段中应用。

在美国，沥青路面现场热再生应用得比较多，但厂拌热再生的应用则更为广泛。

二、应用实例

（一）河北省热再生技术应用情况

目前河北省高速公路大、中修以至翻修任务大量增加，旧有高速公路转向重点养护,在石安高速、石太高速已经进行热再生项目试验段应用研究。

不同地区的高速公路沥青路面的病害程度和环境不同，选择沥青再生方式也有所侧重。

河北省高速公路半刚性基层沥青混凝土路面的病害主要是坑洞、裂缝等结构性破坏,车辙、泛油、磨光、掉粒等表层病害相对较轻微。

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。

采用厂拌热再生技术。

石安高速公路大修项目修建了厂拌热再生试验段。

石安高速公路于1997年建成通车，原路面结构为4cm多碎石细粒式沥青混凝土上面层+5cm多碎石中粒式沥青混凝土中面层+6cm沥青碎石下面层。

2002年后，路面出现大面积的沉陷、辙槽和大量裂缝（以龟裂和横向裂缝为主），呈明显的结构性破坏特征。

考虑到该工程的病害特点与沥青厂拌热再生技术条件相适应，因此确定10KM热再生实验段。

实验段的工作顺序：

旧路面沥青混合料实验,包括沥青含量、老化程度、集料的性能指标和级配。

进行目标配合比和施工配合比设计后施工。

通过对各类再生拌和设备进行技术经济性能比选,基于设备对旧沥青混合料的加热效率、防沥青老化性能、废气排放标准、再生混合料质量保证等能力的考虑，最后选择了美国西司德克公司双滚筒连续式拌和设备。

该实验段通车近2年，还未有明显不良效果。

总之，沥青再生是符合可持续发展、保护环境的国家政策的。

但沥青再生技术的效果还有待进一步的研究和验证。

（二）广东省热再生技术应用情况

1、广佛项目的特点及大修前的主要病害

项目特点：

起于广州沙贝，终于佛山谢边，全长14公里。

1988年底建成，是广东第一条高速公路；1993年初全面罩面（SMA）；1999年扩建为6车道和8车道。

地处经济发达地区，交通繁忙，重车多。

路况极差，病害严重。

基层、底基层承载力不足，并且没有结构内排水系统

2、大修路面结构设计新铺设3层：

6cm再生沥青AC-25I下面层，5cm改性沥青FAC-20中面层，4cm改性沥青SMA-13上面层。

基层采用素混凝土和（或）再生沥青混合料LSM-25补强。

3、沥青路面的再生适用性总体评估

（1）现场取样在项目实施前全线取样，各车道每公里取一个样，共计86个样。

取样位置随机选取。

去除改性沥青上面层，下面3层全深取样。

检测项目包括：

沥青含量，沥青针入度，矿料级配和集料主要性能指标。

（2）适用性评估结论

   国外经验，针入度大于15的沥青具有再生利用价值，本项目针入度大部分处于20～40之间，平均值为28.8，旧沥青性能适宜再生。

   回收的集料除针片状含量外，其它性能指标均满足，针片状含量指标可通过提高新集料指标补偿。

   各项指标均有一定的离散性，但和国外相关资料对比，情况并不严重，可以通过针对性措施解决。

 （3 ）提高新集料的针片状含量指标四、实际应用效果

   4～5月份完成的再生沥青路面已经受了一个雨季和超常高温的考验广佛目前的再生沥青路面技术质量指标完全满足全新沥青路面要求，但后期效果需观测。

总结：

广佛高速公路是全国第一个大规模采用沥青路面再生技术的高速公路项目。

国外多年的实践证明，厂拌再生沥青混合料路面能够达到并保持所要求的各项路用性能指标，并且具有更好的抗车辙性能。

这种再生方式能有效地用于各种条件下旧沥青路面的再生利用。

从对比试验看，采用旧沥青混合料进行大修与全部采用新沥青达到的水平大致持平，采用旧沥青混合料大修的路面达到国家规定高等级公路路面沥青混合料的要求。

三、厂拌热再生设备

　　所谓“厂拌热再生设备”是指回收料的加热在一个专门的干燥筒内完成。

该套设备也是与强制间歇式沥青混合料搅拌设备配套使用的。

它主要由回收料供给系统、提升系统、干燥系统、热回收料储存仓、热回收料称量斗、有害气体吸收管道及控制系统等组成。

该设备的工作过程为：

沥青混合料搅拌设备开始工作时,回收料供给系统开始供料，提升系统开始提料，干燥系统开始给回收料加热，加热后的回收料进入到热回收料储存仓储存。

当需要添加回收料时，热回收料储存仓的放料门打开，热回收料进入到热回收料称量斗称量。

当达到所需要的数量时，热回收料储存仓的放料门关闭，热回收料称量斗的放料门打开，向搅拌器内放料，—个搅拌周期完成。

气体吸收管道安装在热回收料储存仓的顶部，是为了吸收在热回收料储存仓中已加热后的热回收料所排出的有害气体。

和厂拌冷再生设备一样，如果回收料成大块状，还可以配备块状挤压设备。

它可以在不破坏骨料外形尺寸的情况下,将大块状的回收料挤压成小块状。

该种厂拌热再生设备最多可加入70%的冷回收料。

国外公司和国内西安筑路机械有限公司与德国边宁荷夫公司合作生产的H系列节能环保型沥青混合料搅拌设备均可配备此类厂拌热再生设备。

本次研究中所用旧料为宁连路高速化改造工程中的翻挖旧沥青混合料，路面已使用七年，所用沥青为克拉玛依ＡＨ－７０。

旧料经破碎、用三氯乙烯抽提、高速离心去矿粉、回收等工序后，得到旧沥青，其基本物理性能与国标ＡＨ７０＃比较如下：

　　与普通ＡＨ７０＃沥青比较，旧沥青的针入度下降、软化点上升、延度减小。

１　再生剂的开发1.1基本思路从化学组分的角度分析，我们要使老化沥青恢复原有性能，就要向其中加入一定的分子量小的组分，使组分重新协调。

资料显示过去曾有人试图通过比较旧沥青组分和优质沥青的组分，来决定旧沥青中应添加的组分，进而找到与这种组分匹配的再生剂，但这种尝试并没有成功，其原因是：

１由于沥青的化学结构极其复杂，即使化学组分相同的沥青，因油源基属及生产工艺不同，其性能也有很大变化。

２要找到某种固定组分的再生剂，从工艺上来说有相当大的难度，对设备和工艺要求很高，成本亦高。

所以必须寻找其它途径。

我国在八十年代初期所使用的再生剂很多就是一些石油工业生产出的轻质油如润滑油、柴油、机油、减五油等或者它们的混合物，一些省份用此再生剂铺筑了许多再生路面。

但是只用轻质油分来再改性旧料，实践证明效果并不是很好。

首先，轻质油分在自然界风、热、光等的作用下极易挥发，其中芳香分易于发生氧化、缩合、共聚等反应，分子量会很快变大。

所以加入的油分并不能长期稳定的存在于沥青中，对混合料性能的改善也只是一个短期行为。

其次，对于反应式：

油分主要是芳香分→胶质→沥青质来说，油分的过量加入，会加快这种不可逆反应的进程，也就是起了加速老化的作用。

再者，油分与沥青质的溶度参数相差较大，加入油分后虽能起到降粘的作用，并不能保证形成稳定的高分子浓溶液。

所以，用轻油再生的旧沥青混合料其自身的抗老化性能较差，用此混合料铺成的再生沥青路面，有效服务期较短，一般２年左右就又趋于老化。

为使加入的油分能稳定存在于再生混合料中，必须采取有效措施稳定油分。

通过大量的试制，我们开发了一种Ａ型再生剂，它是一种增粘树脂与轻油相混溶的合成物，实验证明此种混溶物能有效克服上述缺点。

1.2机理分析如何防止再生剂中的轻油在施工过程中和使用期自然环境下稳定存在于沥青中而不发生挥发和老化，我们采取的主要方法是：

让轻油与所合成的增粘树脂混溶，以形成一种稳定的高分子溶液。

１沥青之所以能形成稳定的高分子浓溶液，是由于极性化合物与沥青质有较强的结合力，它围在沥青质的周围，使沥青质形成一个个分散的小颗粒而不发生凝聚，进而保持沥青质在芳香分和饱和分中处于悬浮状态。

近年来国外大量研究显示，沥青在从饱和分、芳香分→胶质→沥青质的迁移过程中几乎不产生极性化合物，而且迁移过程中极性化合物会渐渐变为非极性化合物，这样包围沥青质的极性化合物会越来越少，沥青质就会发生凝聚，表现为老化特征。

我们合成的增粘树脂其分子本身含有许多不饱和键，有很强的极性，能有效的包裹沥青质，加入到沥青中后，使沥青中的极性化合物增多，这样可有效延缓沥青质发生凝聚的时间，也就推迟了老化发生的时间。

２增粘树脂属于胶持的一部分，加入增粘树脂后，相对来说，沥青中胶质含量就大，对于组分迁移：

油分主要是芳香分→胶质→沥青质，从化学反应平衡来说，也就减缓了油分向胶质的迁移。

进而推迟老化的发生。

1.3再生剂的合成　　再生剂的合成工艺关键是增粘树脂的合成，我们选用的主要原料是１－４丁二烯与丙烯酸脂系列物主要是丙烯酸甲脂、丙烯酸乙脂等，在１６０～１７０℃的条件下按一定的比例进行共聚。

进而再与轻质油份在１００℃左右进行混溶。

所选用的轻质油分是由几种粘度低、不易挥发的轻质油混合而成。

２　再生剂基本性能2.1目前市场上很难找到我国八十年代初生产的再生剂，为与我们研制的再生剂进行比较，通过查阅大量资料，我们也合成了一种轻油型再生剂，即将０号轻柴油和３０号机械油按６０∶４０比例混合，此配比是我国八十年代初曾被广泛使用的一种再生剂配比，具有一定的代表性。

将Ａ型再生剂与此轻油型再生剂分别进行相关性能试验。

从６０℃的粘度比较，轻油型再生剂比Ａ型再生剂要小得多，这是因为Ａ型再生剂中加入了粘度较大的增粘树脂。

国外许多资料显示，将再生剂放入薄膜烘箱，在１６３℃、５小时的情况下，再生剂中的轻质油分挥发，同时也发生了一定程度的组分迁移，向老化方向发展。

对不同的老化程度，试验后的再生剂出现不同程度的粘度增大、重量减少，所以以试验前后的粘度比和重量损失率来评价再生剂的抗老化性能。

Ａ型再生剂的试验前后粘度比和重量损失率都比轻油型小，所以我们可以说Ａ型再生剂的抗老化性能要优于传统的轻油型再生剂。

2.2再生后的沥青基本性能再生剂的功能就是要恢复已老化沥青的各种性能，将再生剂与老化的沥青按不同的比例相混合。

再生剂用量为５％～１１％时，老化沥青的针入度、软化点均得到明显的改善。

延度之所以变化不大，可能与所用的老化国产克拉玛依沥青的含蜡量偏高有关。

可见再生剂的加入能明显改善老化沥青的性能，改善程度与再生剂的掺量有关。

2.3再生后的沥青抗老化性能分别将Ａ型再生剂和轻油型再生剂按不同比例加入老化沥青粘度为４５８ｐａ．ｓ中，进行薄膜烘箱试验。

由于轻油型再生剂的粘度比Ａ型再生剂的小许多，所以掺加到老化沥青中时，使老化沥青的粘度降低到相同水平，轻油型再生剂的掺加量要比Ａ型再生剂的小。

我们试验时按普通的掺量范围向老化沥青中加再生剂。

对比薄膜试验前后的粘度比、针入度比、延度、重量损失率，结果很明显，掺入了Ａ型再生剂的再生沥青比掺入轻油型再生剂的再生沥青抗老化性能要好。

另外，我们将此试验数据与国家规范相对比，对ＡＨ－７０＃沥青的抗老化性能规范中规定：

薄膜烘箱试验后，质量损失０８％，针入度比５５％，延度２５℃５０ｃｍ。

对比之下，Ａ型再生剂加入到老化沥青中后经过薄膜烘箱试验，针入度比和质量损失能达到要求，而试验后的延度比规范值小，这是因为老化沥青掺入再生剂后的延度不够理想６７～８８ｃｍ。

从上面的试验数据我们还可看出，用Ａ型再生剂再生的旧沥青的抗老化性能还是比普通沥青要差。

这是因为再生沥青中再生剂与旧沥青的相容性毕竟没有同基质的新沥青的相容性好。

从再生后的老化沥青的抗老化性能来看，本次开发的再生剂要优于传统再生剂，但与普通沥青的抗老化性能尚有差距。

2.4再生后的沥青与新沥青混合后的基本性能将加入３％再生剂后的旧沥青与新ＡＨ７０＃壳牌按不同的比例相混溶，与新沥青混溶后沥青性能基本能达到ＡＨ７０＃的指标要求，同时薄膜烘箱试验后的性能亦能达到要求。

３　结论通过本次沥青路面再生剂的研制开发，可得出以下结论：

3.1我国八十年代的再生剂主要是针对渣油路面再生的，本次开发的再生剂是针对高等级沥青路面再生的，填补了这一空白。

在保证其它性能的基础上，通过向油分中混溶增粘树脂来提高再生剂的抗老化性能，基本解决了我国传统再生剂的抗老化性能这一弱点，为我国今后再生剂开发提供了一种新的思路。

3.2再生剂开发中试验所用的旧沥青均为同一种沥青，有其局限性。

事实上，再生剂对不同组成的旧沥青的再生改性作用是不同的，本文所述的再生剂开发主要是提供一种再生剂开发的思路，如果具体到大规模的旧沥青路面的再生利用，则应根据旧沥青的性能有针对性地研制生产实用的再生剂。

3.3现在国外许多再生剂的生产是从石油工业中直接提取树脂和油分，这种再生剂具有很好的稳定性，对我国的再生剂开发来说是一个很好的途径。

3.4很多国家有再生剂和再生沥青混合料的质量标准，在未来的几年内，随着我国对再生沥青路面的重视，应尽快出台相应的标准。