基于熱再生瀝青混凝土的RAP大比例添加方法分析

胡聰勤

烏魯木齊匯聚路面工程有限公司 新疆 烏魯木齊 830000

RAP再生集料是不同等級公路翻修、改擴(kuò)建過程中產(chǎn)生的具備較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的廢舊瀝青路面材料，同時(shí),也是一種會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響的固體垃圾。但通過再生技術(shù)，RAP再生集料可以再次滿足路面設(shè)計(jì)要求，節(jié)省大量生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用,實(shí)現(xiàn)路面材料的可持續(xù)發(fā)展。早在第一次世界大戰(zhàn)期間的1915年，美國交通道路行業(yè)就開始對瀝青路面材料再生技術(shù)開始進(jìn)行研究,率先獲得大量的應(yīng)用成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)歷行業(yè)內(nèi)多年的研發(fā)和應(yīng)用，目前國內(nèi)外已形成各種成熟且效益可觀的RAP回收再生體系，隨著技術(shù)水平的提高，RAP集料的添加比例也逐步提高，為RAP集料回收再利用提供了產(chǎn)業(yè)技術(shù)保障。

1 研究背景

1.1 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加技術(shù)研究背景

目前我國的公路建設(shè)飛速發(fā)展，每年投資規(guī)模已超過2000億元。在20世紀(jì)90年代以后陸續(xù)建成的高速公路已進(jìn)入大、中修期，大量的翻挖、銑刨瀝青混合料被廢棄，這種狀況一方面造成環(huán)境污染，另一方面對于我國這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為缺乏的國家來說是一種資源的浪費(fèi)。同時(shí)，大量的使用新石料、開采石礦會導(dǎo)致森林植被減少、水土流失等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。而RAP的熱再生技術(shù)的應(yīng)用很好的解決了以上問題。同時(shí)，RAP集料的添加比例越高，其創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值就越高?；谝陨显?，熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加技術(shù)的研究愈顯得尤為重要。

1.2 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加技術(shù)

結(jié)合市場占有率和技術(shù)普及程度，當(dāng)前的熱再生大比例添加技術(shù)有以下兩種：

就地?zé)嵩偕豪脼r青路面熱再生聯(lián)合機(jī)組來就地完成瀝青路面的熱再生修復(fù)。原有路面材料100%就地利用，不需要搬運(yùn)廢料及廢棄物堆放場地，可減少環(huán)境污染；對交通干擾最小，現(xiàn)在國外應(yīng)用很廣，國內(nèi)受限于設(shè)備成本大、再生深度淺和無法解決軟弱路基和基層的問題，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用未得到大批量的普及。

廠拌熱再生：將RAP經(jīng)過翻挖后運(yùn)回拌和廠，再集中破碎分級，根據(jù)路面不同層次的質(zhì)量要求，進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，確定舊瀝青混合料的添加比例，再生劑、新瀝青材料、新集料等在拌和機(jī)中按一定比例重新拌和成新的理清混合料，從而獲得優(yōu)良的再生瀝青混合料，鋪筑成再生瀝青路面。普通廠拌熱再生混合料的產(chǎn)量和生產(chǎn)效率受到RAP集料用量的影響，RAP集料添加量普遍較低，僅為混合料總量的30-40%。高添加比例的RAP拌熱再生瀝青混合料在采用特殊的再生劑和生產(chǎn)工藝后，RAP集料摻配比可以達(dá)到50%以上，極大的提高了再生瀝青混合料的生產(chǎn)效率，但限于工藝設(shè)備投入或改升級成本大，目前技術(shù)應(yīng)用還處于初期起步探索階段[1]。

2 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加方式分析

2.1 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加工藝技術(shù)基礎(chǔ)

RAP瀝青剝離技術(shù)：采用適合的設(shè)備（如立軸式剝離主機(jī)），在盡量保持RAP原始級配的情況下，將裹附在表面的瀝青質(zhì)進(jìn)行有效剝離，使利用價(jià)值最高的瀝青質(zhì)進(jìn)一步富集，進(jìn)而高效再利用。

RAP集料高頻篩分技術(shù)：RAP集料的高頻篩分技術(shù)能有效的將細(xì)集料(粒徑3mm以下，瀝青相對含量較高)和粗集料（粒徑3mm以上，瀝青相對含量較低）分離，提高RAP集料的細(xì)分化程度，在再利用時(shí)能有針對性的根據(jù)不同粒徑和瀝青含量的RAP進(jìn)行精細(xì)化利用。

逆流式柔和加熱技術(shù)：逆流式柔和加熱技術(shù)是近幾年發(fā)展出來的RAP高效加熱技術(shù)，其技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于采用逆流式加熱，熱能利用率更高；大風(fēng)量爐膛設(shè)計(jì)，間接柔和加熱，避免RAP瀝青再次老化；防粘式揚(yáng)料板設(shè)計(jì)，解決RAP集料加熱后粘附烘干筒壁問題。

RAP瀝青再生劑技術(shù)：RAP瀝青再生劑包括活化劑和軟化劑，能夠補(bǔ)充老化瀝青質(zhì)中有機(jī)成分，改善RAP瀝青的瀝青質(zhì)的延度和粘度指標(biāo)，提高RAP集料拌和和易性和攤鋪性能。

2.2 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加工藝技術(shù)影響因素

2.2.1 RAP預(yù)處理方式

采用不同的RAP與處理方式很大程度上決定RAP集料級配和瀝青相對含量的高低.簡單破碎篩分后采用常規(guī)熱再生添加的方式，能有效保持各種級配中瀝青含量變化不多，所以其綜合利用率一般在40%以下，成品路用性能較為穩(wěn)定，較為適合一般企業(yè)采用；當(dāng)采用剝離篩分預(yù)處理的熱再生添加方式，由于RAP粗集料瀝青含量減少較多,可在原生骨料中大比例添加甚至完全取代原生粗集料,其綜合添加比例較上一種預(yù)處理方式較高。同時(shí)，因細(xì)集料中瀝青含量在二次加工過程中得到提升，采用常規(guī)的烘干滾筒加熱會造成嚴(yán)重的粘料堵料問題，目前還無法采用熱再生的方式對剝離篩分后的RAP細(xì)集料進(jìn)行加熱添加，經(jīng)部分企業(yè)小批量的實(shí)驗(yàn)，剝離篩分后的RAP細(xì)集料進(jìn)行冷投至拌缸均質(zhì)拌和成再生瀝青混凝泥土，這種方法也能滿足規(guī)范要求，同時(shí)進(jìn)一步提升了RAP集料的綜合添加比例。

2.2.2 RAP集料瀝青含量及老化程度

RAP集料瀝青含量越高，其利用經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高，采用大比例添加創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。不同層次的RAP集料的原始瀝青含量由上至下逐漸減少，同時(shí)隨路面的年限的增加呈現(xiàn)降低的趨勢，所以，在RAP熱再生時(shí)，要根據(jù)回收料的層次和使用年限進(jìn)行RAP瀝青含量進(jìn)行定量測定，已達(dá)到RAP集料經(jīng)濟(jì)價(jià)值的最優(yōu)。同時(shí)，以往的瀝青路面經(jīng)過多年的使用，使得瀝青老化程度比較嚴(yán)重，與新瀝青相比,針入度與延度明顯下降，年度和軟化點(diǎn)顯著提高。不同區(qū)域和不同批次回收回來的RAP集料在瀝青老化程度也有所不同，這就需要生產(chǎn)技術(shù)人員要加以檢測區(qū)分后進(jìn)行再利用。同時(shí)，RAP集料瀝青含量的多少和瀝青老化程度的高低關(guān)系到再生劑添加量的多少，直接關(guān)系到RAP再生瀝青混凝土的生產(chǎn)成本。所以，RAP集料瀝青含量及老化程度是影響RAP大比例添加工藝的重要因素。

2.2.3 加熱烘干工藝

加熱烘干工藝直接影響到RAP集料再利用的性能質(zhì)量，是RAP再生瀝青混凝土大比例添加生產(chǎn)工藝的重要質(zhì)量控制環(huán)節(jié)。加熱烘干工藝的不同，直接關(guān)系到生產(chǎn)過程中能源的消耗，決定了生產(chǎn)成本的高低。同時(shí)，烘干加熱工藝中的加熱溫度參數(shù)的不同，直接影響到RAP集料添加后的路用性能；烘干加熱加熱溫度偏低，RAP集料殘余瀝青無法有效軟化，在拌和時(shí)無法與新瀝青、新集料有效結(jié)合，在增加拌和時(shí)間的同時(shí)造成成品混合料溫度下降，降低攤鋪性能和路用性能；烘干加熱溫度偏高時(shí)，一方面增加額外加熱能源成本，不利于生產(chǎn)成本的控制，同時(shí)過高的溫度會造成本就變性的RAP集料表面殘余瀝青的二次老化，在加熱過程中釋放更多的有機(jī)煙霧，影響整個(gè)拌和系統(tǒng)的除塵環(huán)保設(shè)備的使用性能，極端情況下，會造成烘干設(shè)備和管道內(nèi)部出現(xiàn)明火引燃有機(jī)煙霧和RAP集料的安全事故發(fā)生。結(jié)合當(dāng)前的RAP集料再利用方式，主流的RAP集料烘干加熱工藝有如下兩種[2]：

一是順流式加熱烘干工藝，就是加熱火焰方向與物料移動方向一致，RAP料與熱氣流從同一端進(jìn)入烘干筒，冷RAP料遇高溫?zé)釟饬餮杆偕郎兀钡酵搀w中部才出現(xiàn)溫升降緩，最終在烘干筒出口的溫度通常為130℃左右。這種方式是目前較為成熟且采用最多的烘干加熱工藝。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投入成本低，工藝成熟，由于加熱溫區(qū)溫度隨RAP集料的走向逐步升降低，RAP集料中的瀝青對烘干筒的粘附效應(yīng)隨加熱溫區(qū)溫度的降低呈升高的趨勢，不利于解決烘干筒粘料的問題。同時(shí)，為保護(hù)RAP料中的舊瀝青性能，不宜使用較大功率的燃燒器以防止瀝青過熱老化，而受RAP料最終加熱溫度影響，在采用順流加熱式RAP烘干筒的廠拌熱再生設(shè)備中，RAP的添加比例通常為30%左右，最大不超過50%。由于RAP集料流向是順火焰方向，即呈現(xiàn)出冷料熱火、熱料冷火的現(xiàn)象，尾氣溫度較物料溫度偏高，這就造成了這種烘干加熱方式較下一種方式在加熱能源上偏高。

二是 “逆流式加熱烘干工藝采用間接加熱方式，物料流向逆著燃燒器火焰噴射方向，即加熱方式呈現(xiàn)冷料冷火、熱火熱料的現(xiàn)象，加熱溫區(qū)溫度隨RAP集料的走向逐步升升高，RAP集料中的瀝青對烘干筒的粘附效應(yīng)隨加熱溫區(qū)溫度的升高呈降低的趨勢，有利于解決烘干筒粘料的問題。同時(shí)采用大容量的熱風(fēng)爐膛，火焰不與RAP料直接接觸，熱風(fēng)熱量分布更均勻更溫和，既能提供充分的接觸面積，對RAP物料進(jìn)行快速加熱，又能有效保證RAP料中的瀝青不出現(xiàn)老化，保持舊瀝青的拌合性能。同時(shí)，由于“冷料熱火、熱料冷火”的現(xiàn)象，逆流式加熱烘干工藝的尾氣溫度可控制在100℃上下，降低了整個(gè)烘干加熱系統(tǒng)的能量排放，降低了生成能耗成本。經(jīng)實(shí)驗(yàn)論證，部分逆流式加熱烘干工藝設(shè)備允許加熱溫度可大于140℃，添加比例超過50%，理論上可實(shí)現(xiàn)最大100%的RAP料添加比例[3]。

2.2.4 配合比設(shè)計(jì)

瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)很大程度上決定了最終成品瀝青混凝土路用性能的好壞，尤其在RAP再生瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要通過實(shí)驗(yàn)確定添加RAP集料后的級配和油石比，并根據(jù)使用場景的不同適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)。

2.2.5 再生劑用量

理論上，再生劑用量越大，RAP添加比例提升越大，但從經(jīng)濟(jì)技術(shù)層面考慮，其用量不宜過多，推薦使用量為混合料質(zhì)量的0.3%～0.5%。

2.2.6 RAP再生瀝青混凝土使用分層

RAP再生瀝青混凝土用于路面基層和面層的添加比例隨級配粒徑的增加而減小。

2.3 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加工藝技術(shù)要求

要求RAP的預(yù)處理設(shè)備能夠有效還原和篩分集料級配，同時(shí)，各級別RAP集料分別堆放，規(guī)避高溫、雨天等不利環(huán)境因素對RAP集料的二次影響。

具備準(zhǔn)確測定RAP集料理化性質(zhì)的檢驗(yàn)檢測設(shè)備及人員。RAP集料理化性質(zhì)以以下幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測定分析：礦料級配、瀝青含量、瀝青老化程度、含水率、礦當(dāng)量，其中，瀝青老化指標(biāo)通過針入度、延度、軟化點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行界定。這些指標(biāo)的測定不僅需要完備的檢驗(yàn)檢測設(shè)備，也需要相關(guān)的檢測人員具備科學(xué)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)方法和素養(yǎng)。企業(yè)在計(jì)劃RAP集料的再利用的前期，就需要綜合考慮檢驗(yàn)檢測設(shè)備及人員的配備問題。

具備高效的加熱烘干方式，既要保證RAP集料瀝青的再加熱質(zhì)量，又要兼顧加熱效能。通過加熱方式的合理選用，不僅能為企業(yè)節(jié)省加熱所消耗的能源，而且能夠提高RAP集料的加熱質(zhì)量，提升成品再生瀝青混凝土路用性能。

優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，通過試驗(yàn)確定最優(yōu)油石比和添加級配比例。優(yōu)異的配合比設(shè)計(jì)不僅提高成品再生瀝青混凝土的路用性能和使用壽命，同時(shí)降低生產(chǎn)材料成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

要求根據(jù)不同瀝青老化程度的RAP集料試驗(yàn)確定再生劑的用量。精準(zhǔn)的RAP集料瀝青老化程度分析，是確定再生劑使用量多少的必要條件，是評判企業(yè)在RAP集料再利用的精細(xì)化程度的重要指標(biāo)，合理的再生劑用量有利于成品再生瀝青混凝土路用性能的提高。

3 提高RAP添加熱比例方式分析

3.1 優(yōu)化熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)關(guān)系到最終成品路用性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和工廠經(jīng)濟(jì)效益，是熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)過程中的重要工藝過程，試驗(yàn)檢測人員要根據(jù)RAP集料級配、瀝青含量的不同，采用馬歇爾設(shè)計(jì)方法確定最優(yōu)油石比和級配[4]。同時(shí)，在路用性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)過程中，試驗(yàn)檢驗(yàn)人員要選取合適的檢驗(yàn)指標(biāo)對RAP熱再生瀝青混凝土的路用性能進(jìn)行全面的分析評價(jià)，一般選取以下指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)分析：穩(wěn)定度、空隙率、凍融劈裂強(qiáng)度、動穩(wěn)定度等關(guān)鍵指標(biāo)，通過浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證RAP熱再生瀝青混凝土的路用性能。

3.2 優(yōu)化熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)設(shè)備

生產(chǎn)設(shè)備是熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)的重要執(zhí)行部分，生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)量精度、控制響應(yīng)速度等基礎(chǔ)參數(shù)關(guān)系到RAP集料加熱質(zhì)量、添加比例等關(guān)鍵指標(biāo)，最終影響到成品路用性能指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)表明，在采用逆流加熱設(shè)備時(shí)，添加RAP集料的熱再生瀝青混凝土質(zhì)量更穩(wěn)定、路用性能更好，添加比例可達(dá)到50%-60%之多；同時(shí)能耗較順流加熱方式低5%-10%。

工廠決策人員在考慮提高RAP添加熱比例的時(shí)候，首先要正確意識到生產(chǎn)設(shè)備的重要性，保持科學(xué)的認(rèn)知態(tài)度，把優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備作為一條提高RAP添加熱比例有效途徑。

3.3 優(yōu)化熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)工藝流程

圍繞RAP集料級配還原率和瀝青含量2個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，生產(chǎn)決策人員根據(jù)自身情況選擇合適的工藝流程，并嚴(yán)格按照工藝流程配置預(yù)處理設(shè)備；之后根據(jù)預(yù)處理工藝，配套或改造現(xiàn)有設(shè)備，使其適應(yīng)預(yù)處理后的RAP集料生產(chǎn)要求。一般情況下，當(dāng)選擇破碎篩分工藝時(shí)，需配套獨(dú)立加熱烘干設(shè)備；當(dāng)選擇剝離篩分工藝時(shí)，則無需獨(dú)立配備加熱烘干設(shè)備，但應(yīng)配備相應(yīng)的冷添加設(shè)備。

4 技術(shù)展望

熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)的RAP大比例添加技術(shù)，是道路交通行業(yè)資源循環(huán)利用重要組成部分和必由之路，其技術(shù)先進(jìn)程度決定了行業(yè)發(fā)展的未來。通過以上的分析，這項(xiàng)技術(shù)將向著添加比例更高（100%）、路用性能更好、應(yīng)用范圍更寬、經(jīng)濟(jì)效益更大的方向發(fā)展。

5 結(jié)語

綜上所述，熱再生瀝青混凝土生產(chǎn)的RAP大比例添加方法需綜合考慮多種因素，避免在最求經(jīng)濟(jì)效益的最大化的同時(shí)忽略成品的路用性能。新技術(shù)和新材料的應(yīng)用為RAP大比例添加提供了多種可行方案，行業(yè)從業(yè)人員可根據(jù)自身實(shí)際情況經(jīng)過驗(yàn)證后選擇性使用。