廢棄瀝青材料的循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)研究

楊林江

（浙江蘭亭高科控股有限公司工程技術(shù)研究院，浙江紹興312044）

廢棄瀝青材料的循環(huán)利用關(guān)鍵技術(shù)研究

楊林江

（浙江蘭亭高科控股有限公司工程技術(shù)研究院，浙江紹興312044）

通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外瀝青路面再生技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，剖析瀝青路面老化、再生機(jī)理，提出了廢舊瀝青混合料循環(huán)利用的技術(shù)，研發(fā)出一套行之有效的瀝青路面熱再生技術(shù)，以適應(yīng)當(dāng)今形勢(shì)下的瀝青路面再生、資源循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的需要，為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)而努力。

瀝青；路面；廢舊料；循環(huán)利用；熱再生技術(shù)；再生瀝青混合料

1 前言

瀝青路面的熱再生技術(shù)是將舊瀝青路面經(jīng)過(guò)翻挖、回收、破碎、篩分后，與新瀝青、新集料、瀝青再生劑等按一定比例重新拌和混合料，使之能夠滿足一定的路用性能并用其重新鋪筑路面的材料、裝備及施工的成套技術(shù)。

我國(guó)在20世紀(jì)90年代修建的瀝青公路目前已相繼進(jìn)入了大修期，大量翻挖、銑刨的瀝青混合料被廢棄，將使資源的循環(huán)利用、廢料的存放場(chǎng)地及環(huán)境的污染等問(wèn)題越來(lái)越突出，廢舊瀝青路面材料的再生利用不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，更將成為全社會(huì)所關(guān)注的資源、環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針，瀝青路面再生技術(shù)的研究、推廣與應(yīng)用將成為我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的一個(gè)重要的技術(shù)課題。

2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)瀝青路面再生技術(shù)的研究，最早起源于美國(guó)。

目前，美國(guó)已普及瀝青路面的再生利用，重復(fù)利用率高達(dá)80%；日本從1976年至今在路面廢料再生利用率已超過(guò)70%；德國(guó)已將全部廢舊瀝青路面材料回收利用，并且是世界上用于高速公路路面養(yǎng)護(hù)的最早國(guó)家。

總之，國(guó)外瀝青路面再生技術(shù)日趨成熟，回收利用技術(shù)的水平發(fā)展較快。

2.2 國(guó)內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)早期，同濟(jì)大學(xué)曾有過(guò)廢舊料回收利用的技術(shù)研究，但由于種種原因沒(méi)有得到很好的研究和推廣，總的說(shuō)來(lái)我國(guó)在廢舊材料再生利用方面緩慢，缺乏對(duì)再生工藝技術(shù)和裝備技術(shù)的深入研究。隨著我國(guó)公路建設(shè)的發(fā)展，公路里程的快速增長(zhǎng)，路面養(yǎng)護(hù)和翻修工程量倍增，路面材料的需求量也隨之提高，其材料價(jià)格上漲幅度快，尤其是瀝青的價(jià)格成倍提高；而廢棄的瀝青路面材料給自然環(huán)境造成的影響越來(lái)越大。因此，瀝青路面的再生利用將被提到議事日程，國(guó)家多次將其列為重點(diǎn)科研項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)瀝青路面的特點(diǎn)是瀝青含蠟量較高，路面面層厚度較薄，質(zhì)量等級(jí)較低，這種情況的再生最佳的途徑應(yīng)該是以廠拌熱再生為宜。我國(guó)經(jīng)過(guò)多年研究，瀝青路面再生技術(shù)已逐步形成了自己特有的再生工藝，開發(fā)出了適合國(guó)情的瀝青路面再生設(shè)備。

3 瀝青路面再生

3.1 路面再生的定義[1]

瀝青路面再生，一般的理解就是重復(fù)利用路面在維修時(shí)挖出來(lái)的舊瀝青混合料。但不同的“再生方法”其“利用”的程度有天壤之別。如所謂的“冷再生”技術(shù)，只是把價(jià)格高昂的瀝青混合料當(dāng)作“黑集料”來(lái)普遍利用，不能與瀝青的再生相提并論。我們先約定瀝青路面再生的定義：“舊瀝青路面的瀝青混合料經(jīng)過(guò)一定的加工和處理，變化可以達(dá)到瀝青路面技術(shù)要求的混合料，重鋪成為新的瀝青路面”。在這里需要說(shuō)明的是“再生”有3層含義：a.瀝青的再生；b.瀝青混合料的再生（包含舊瀝青再生和集料級(jí)配再生）；c.瀝青路面的再生。

瀝青路面的再生的首要條件是瀝青的再生，然后舊瀝青混合料再生，最后重鋪成為路面。由于舊瀝青不能單獨(dú)分離出來(lái)，因此，瀝青的再生只能是在瀝青混合料的再生過(guò)程中完成的。

3.2 路面老化的機(jī)理

瀝青路面的老化是專指瀝青混合料和瀝青的老化。瀝青路面在水溫作用以及長(zhǎng)期行車荷載作用下，瀝青混合料會(huì)喪失原有的特性，隨之出現(xiàn)老化和脆化；舊瀝青老化，出現(xiàn)油分減少、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)增加，老化現(xiàn)象越來(lái)越明顯；瀝青路面表現(xiàn)出開裂和松散、麻面和坑洞等現(xiàn)象。瀝青的物理特征表現(xiàn)為：a.針入度減少，延度降低，而軟化點(diǎn)升高；b.反映流變性質(zhì)的粘度增加，非牛頓性質(zhì)增強(qiáng)。

3.3 再生的基本原理

瀝青路面再生就是瀝青的再生，瀝青再生是瀝青老化的逆過(guò)程，在理論上可以概括為：a.調(diào)低舊瀝青材料的粘度，使舊瀝青的粘度達(dá)到需要的粘度范圍；b.調(diào)整舊瀝青材料的流變性，使舊瀝青的非牛頓特性減弱。

再生劑是一種低粘度、低飽和酚的礦物油料，其粘度在0.1～20 Pa·s。其作用是溶解舊瀝青質(zhì)，分散瀝青質(zhì)，改善它的流變性，使其非牛頓性質(zhì)降低。

通常需要對(duì)舊瀝青路面混合料進(jìn)行必要的抽提試驗(yàn)。進(jìn)而測(cè)定舊瀝青混合料中的瀝青含量、瀝青性能以及礦料顆粒級(jí)配。從而來(lái)確定需要添加的新集料和舊料摻加比例，使之級(jí)配達(dá)到較合理的水平。此外，還需要確定需添加的新瀝青和再生劑的用量。新拌制的再生混合料試塊成型以后，需要進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)。車轍試驗(yàn)是評(píng)價(jià)再生混合料技術(shù)性能的主要指標(biāo)，能否正常使用很大程度上取決于它的指標(biāo)。

4 廢舊料熱再生技術(shù)

瀝青路面廢舊料再生工藝方法較多，其真正意義上的廢舊瀝青混合料再生的最佳方法是廠拌熱再生技術(shù)，下面主要剖析廠拌熱再生的工藝、材料選用和配合比設(shè)計(jì)等方面研究。

4.1 熱再生工藝

熱再生在國(guó)外應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，它的工藝是先將舊瀝青混凝土路面銑刨后運(yùn)回工廠，通過(guò)破碎（或篩分），并根據(jù)舊料中瀝青含量、瀝青老化程度、碎石級(jí)配等指標(biāo)，摻入一定數(shù)量的新集料、瀝青及再生劑，使其油石比、碎石級(jí)配等指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行加熱拌和，使瀝青混合料達(dá)到規(guī)范規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)，參照新建瀝青混凝土路面的施工方法進(jìn)行重新鋪筑。利用這種方法，可以對(duì)已被翻挖的基層、路基的一些特殊地段進(jìn)行有效的補(bǔ)強(qiáng)，瀝青層的重鋪分別按下面層、中面層、上面層（磨耗層）的不同技術(shù)要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定舊瀝青回收料的摻加比例。這種再生方式屬于結(jié)構(gòu)性再生，具有較好的適應(yīng)性，能有效地用于各種條件下舊瀝青混凝土路面的再生利用。

廠拌熱再生是利用舊瀝青路面回收料與新集料和新瀝青及再生劑拌制而成的瀝青再生混合料的一種方法。實(shí)踐證明，如果采用正確、完善的設(shè)計(jì)和施工方案，這種廠拌熱再生的瀝青混凝土性能是可以達(dá)到甚至超過(guò)普通熱拌瀝青混凝土。在現(xiàn)有的各種路面再生方法中，廠拌熱再生被認(rèn)為是一種相當(dāng)實(shí)用而可行的方法。廠拌熱再生可以用來(lái)改進(jìn)原有路面混合料設(shè)計(jì)中的問(wèn)題、改善和修復(fù)路面外觀，也可以作為路面高程受限時(shí)的修復(fù)方案。廠拌熱再生的優(yōu)點(diǎn)包括：設(shè)備投入比較少，回收料循環(huán)利用，避免了回收料堆放和處置問(wèn)題，保護(hù)了環(huán)境，尾氣排放符合國(guó)家的環(huán)保要求。

4.2 材料評(píng)價(jià)及選擇

1）廠拌熱再生瀝青混合料（RAP）瀝青性能評(píng)價(jià)。從瀝青混合料中回收瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的“阿布森法”進(jìn)行抽提試驗(yàn)檢測(cè)再生瀝青性能，結(jié)果見(jiàn)表1。

2）材料選擇。通過(guò)對(duì)特種瀝青與日本Tafpacksupur（TPS）高粘度瀝青性能比較（見(jiàn)表2），選用特種瀝青新材料，可以大幅提高性能。

表1 再生瀝青性能檢測(cè)結(jié)果[2]Table 1 Performance test results of reclaimed asphalt[2]

表2 特種瀝青性能Table 2 Performance of special asphalt

3）再生料取樣地點(diǎn)及混合料性能檢測(cè)。再生料取樣地點(diǎn)為云南玉元高速維修養(yǎng)護(hù)拌合站。粗、細(xì)集料：集料的磨光值應(yīng)符合級(jí)配設(shè)計(jì)要求。石料需有足夠的強(qiáng)度、抗壓碎性和抗沖擊性。應(yīng)符合JTG E20—2011規(guī)定。為保證混合料防滑功能，石料外形應(yīng)具有近似立方體形狀，針片狀顆料比一般要求高，針片狀顆料不超過(guò)10%。瀝青混合料中細(xì)集料使用量較少，細(xì)集料及石粉等與瀝青之間應(yīng)有很好的粘附性能。

設(shè)計(jì)采用的集料為玄武巖，視密度為2.875g/cm3，吸水率為0.3%，洛杉磯磨耗值為13%，壓碎值為15%，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 粗、細(xì)集料篩分結(jié)果Table 3 Screening results of coarse and fine aggregates

4）填料。配合比設(shè)計(jì)采用的填料上虞石料廠 的礦粉，礦粉篩分結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 礦粉篩分結(jié)果Table 4 Screening results of mineral powder

總之，高性能材料的選擇與研制是再生瀝青路面的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

4.3 配合比設(shè)計(jì)

RAP一般采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，確定RAP的摻配比例、新材料品種及配合比、礦料級(jí)配、最佳瀝青用量。配合比設(shè)計(jì)流程按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）進(jìn)行。

1）AC-20I配合比設(shè)計(jì)曲線，如圖1所示。

2）設(shè)計(jì)級(jí)配范圍選用JTG E20—2011密集配瀝青混合料礦料級(jí)配，如表5所示。

圖1 AC-20I設(shè)計(jì)級(jí)配曲線Fig.1 AC-20I design grading curve

表5 AC-20熱再生瀝青混合料礦料級(jí)配Table 5 AC-20 mineral aggregate gradation of hot recycled asphalt mixture

3）特種瀝青RAP混合料低溫路用性能與粘度關(guān)系曲線。彎曲勁度模與粘度關(guān)系曲線見(jiàn)圖2；最大彎拉應(yīng)變與粘度關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

圖2 彎曲勁度模與粘度關(guān)系曲線Fig.2 Bending stiffness modulus-viscosity curve

圖3 最大彎拉應(yīng)變與粘度關(guān)系曲線Fig.3 The maximum tensile strain-viscosity curve

4）特種瀝青RAP混合料高溫性能與粘度關(guān)系曲線。60℃動(dòng)穩(wěn)定度與粘度關(guān)系曲線見(jiàn)圖4；浸水殘留穩(wěn)定度與粘度關(guān)系曲線見(jiàn)圖5；肯特堡飛散殘留量與粘度關(guān)系曲線見(jiàn)圖6。

圖4 60℃動(dòng)穩(wěn)定度與粘度關(guān)系曲線Fig.4 60℃dynamic stability-viscosity curve

圖5 浸水殘留穩(wěn)定度與粘度關(guān)系曲線Fig.5 Immersion residual stability-viscosity curve

圖6 肯特堡飛散殘留量與粘度關(guān)系曲線Fig.6 Cantanbro stripping residue-viscosity curve

5 結(jié)語(yǔ)

特種瀝青指標(biāo)顯示在突出提升60℃動(dòng)力粘度的前提下，兼具優(yōu)良的低溫延度、彈性恢復(fù)能力和耐老化性，同時(shí)保持了良好的施工性能、特種瀝青動(dòng)穩(wěn)定度大于12 000次，而重交瀝青1 739次，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性瀝青4 796次，橡膠瀝青4 538次，日本高粘瀝青8 921次，德國(guó)抗車轍劑瀝青也只有11 000次；這就說(shuō)明特種瀝青再生混合料具有較高的高溫穩(wěn)定性。

廠拌熱再生瀝青混合料技術(shù)的推廣應(yīng)用對(duì)減少公路施工碳排放，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，降低工程成本，提高經(jīng)濟(jì)效益都有十分重要的意義，廠拌熱再生技術(shù)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益主要有：瀝青再生利用可循環(huán)利用舊路面的瀝青，減少對(duì)新的優(yōu)質(zhì)瀝青的消耗，能有效緩解我國(guó)作為石油進(jìn)口大國(guó)的資源壓力；可循環(huán)利用舊路用材料中的砂石材料，減少了公路建設(shè)中新的砂石材料的使用比率，進(jìn)而減少了開采砂、石料，防止水土流失，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境；由于瀝青混合料是不可降解性材料，瀝青混合料的再生利用可以杜絕或減少丟棄、填埋舊瀝青混合料而造成的環(huán)境污染；瀝青路面再生利用可以降低路面建設(shè)成本，具有顯著的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

特種瀝青高摻配RAP能夠更充分地利用舊的再生瀝青混合料，最大限度地利用資源，可以100%地處理瀝青路面維修時(shí)產(chǎn)生的廢舊瀝青混合料，有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)建設(shè)低碳交通意義重大。

[1] 陳啟宗.克服影響我國(guó)瀝青路面再生機(jī)械發(fā)展的技術(shù)偏見(jiàn)[C]//瀝青路面材料拌和新技術(shù)及廠拌熱再生新工藝應(yīng)用發(fā)展研討會(huì)論文集.北京：2011.

[2] 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20—2011）.[S]. 2011.

Research on the key technologies of waste asphalt material recycling

Yang Linjiang
（Engineering Technology Researching Institute of Lanting Gaoke Holdings Co.Ltd.，Shaoxing，Zhejiang 312044，China）

By understanding the domestic and international development situations of asphalt pavement recycling technology，and analyzing the mechanism of asphalt pavement aging and recycling，this essay proposed the technologies of recycling of waste asphalt mixtures.It also developed a set of effective technologies of hot recycling of asphalt pavement，to adapt to the needs of asphalt pavement recycling，resources circulating and environment protecting in the current situation，which in an effort to construct a resource-saving and environment-friendly society.

asphalt；pavement；waste material；recycling；hot recycling technology；reclaimed asphalt mixture

TU535

A

1009-1742（2015）01-0056-06

2014-10-20

楊林江，1961年出生，男，浙江紹興市人，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橥聊竟こ滩牧希籈-mail：ltgk@163.com