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(jí)公路翻修、改擴(kuò)建過(guò)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(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響的固體垃圾。但通過(guò)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(guó)交通道路行業(yè)就開(kāi)始對(duì)瀝青路面材料再生技術(shù)開(kāi)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(guó)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(guó)的公路建設(shè)飛速發(fā)展，每年投資規(guī)模已超過(guò)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(duì)于我國(guó)這種優(yōu)質(zhì)瀝青極為缺乏的國(guó)家來(lái)說(shuō)是一種資源的浪費(fèi)。同時(shí)，大量的使用新石料、開(kāi)采石礦會(huì)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(wèn)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。基于以上原因，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(chǎng)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(lái)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(chǎng)地，可減少環(huán)境污染；對(duì)交通干擾最小，現(xiàn)在國(guó)外應(yīng)用很廣，國(guó)內(nèi)受限于設(shè)備成本大、再生深度淺和無(wú)法解決軟弱路基和基層的問(wèn)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(guò)翻挖后運(yùn)回拌和廠，再集中破碎分級(jí)，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(jí)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(jí)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(duì)含量較高)和粗集料（粒徑3mm以上，瀝青相對(duì)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(duì)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(lái)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(wèn)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(jí)配和瀝青相對(duì)含量的高低.簡(jiǎn)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(jí)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(guò)程中得到提升，采用常規(guī)的烘干滾筒加熱會(huì)造成嚴(yán)重的粘料堵料問(wèn)題，目前還無(wú)法采用熱再生的方式對(duì)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(shì)，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(cè)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(guò)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(lái)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(cè)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(guò)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(wú)法有效軟化，在拌和時(shí)無(wú)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(guò)高的溫度會(huì)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(guò)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(huì)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(dòng)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(duì)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(shì)，不利于解決烘干筒粘料的問(wèn)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(guò)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(guò)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(duì)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(shì)，有利于解決烘干筒粘料的問(wèn)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(duì)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(guò)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(guò)實(shí)驗(yàn)確定添加RAP集料后的級(jí)配和油石比，并根據(jù)使用場(chǎng)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(guò)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(jí)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(jí)配，同時(shí)，各級(jí)別RAP集料分別堆放，規(guī)避高溫、雨天等不利環(huán)境因素對(duì)RAP集料的二次影響。

具備準(zhǔn)確測(cè)定RAP集料理化性質(zhì)的檢驗(yàn)檢測(cè)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(cè)定分析：礦料級(jí)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(guò)針入度、延度、軟化點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行界定。這些指標(biāo)的測(cè)定不僅需要完備的檢驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，也需要相關(guān)的檢測(cè)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(cè)設(shè)備及人員的配備問(wèn)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(guò)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(guò)試驗(yàn)確定最優(yōu)油石比和添加級(jí)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(píng)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(guò)程中的重要工藝過(guò)程，試驗(yàn)檢測(cè)人員要根據(jù)RAP集料級(jí)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(jí)配[4]。同時(shí)，在路用性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)檢驗(yàn)人員要選取合適的檢驗(yàn)指標(biāo)對(duì)RAP熱再生瀝青混凝土的路用性能進(jìn)行全面的分析評(píng)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(dòng)穩(wěn)定度等關(guān)鍵指標(biāo)，通過(guò)浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車(chē)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(shí)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(jí)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(wú)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(lái)。通過(guò)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(yǔ)

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(guò)驗(yàn)證后選擇性使用。