走近瀝青路面材料再生技術

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作為體量巨大的帶狀構造物，公路路面維修養護過程中，將產生大量的固體廢棄物。再生利用是實現綠色循環利用的必由之路，瀝青再生技術也由此得到重視。近年來，圍繞瀝青再生技術，又衍生出了就地熱再生、廠拌冷再生等技術。為進一步了解瀝青路面材料再生技術，本刊特邀請行業內的專家，詳細分析了廢舊瀝青路面回收料的技術性能、各類再生技術的優缺點和適用場合、再生瀝青混合料設計與施工過程中的技術關鍵，并就再生技術的未來發展趨勢提出了相關建議。

再生技術的類型及特點

廢舊瀝青路面材料再生利用技術根據拌和方式和施工場地的不同，分為廠拌熱再生（HCPR）、廠拌冷再生（CCPR）、就地熱再生（HIPR）和就地冷再生（CIPR）。由于就地熱再生現場設備加熱深度有限，全深式再生（FDR）基本以就地冷再生為主，可以說，全深式冷再生是就地冷再生的其中一類。

再生技術的對比

美國瀝青路面再生協會（ARRA）所著《瀝青路面再生技術手冊》中并無關于廠拌熱再生的章節，主要原因是將廠拌熱再生混合料與熱拌瀝青混合料（HMA）一視同仁，僅在工藝或材料組成方面略有調整。此外，美國大量使用的是連續式拌和生產方式，而我國大量使用的是間歇式拌和生產方式。該專著對其他三種再生技術均有全面系統的表述。其中，廠拌與就地是指再生混合料的生產場地不同；冷與熱是指拌和生產的溫度不同。

就地、冷、熱再生均需要專門的設備，廠拌熱再生的拌和生產是在改進后的熱拌設備上進行，而廠拌冷再生根據所采用的膠結料不同，設備也有一定差異。冷再生回收料的摻量主要受級配控制，熱再生回收料的摻量主要受加熱與投送設備和級配控制。

根據再生技術的不同，材料組成設計方法具有明顯差異，熱再生混合料配合比設計采用馬歇爾擊實體積設計法，冷再生混合料配合比設計采用改進的馬歇爾擊實法，并無體積指標的要求，很顯然一類是按照熱拌瀝青混合料進行組成設計，另一類是按照半剛性基層材料進行組成設計，相應的材料標準也不同，熱再生混合料依據熱拌瀝青混合料標準，冷再生混合料考慮到力學性能的差異，并非參考半剛性基層材料標準，而是采用獨特的、介于半剛性與柔性材料之間的一套材料標準，因此，就材料性能而言，熱再生混合料優于冷再生混合料。

廢舊瀝青路面回收料的技術性能

廢舊瀝青路面材料回收來自兩個源頭，一個是老舊瀝青路面的維修現場，另一個是瀝青混合料拌和站正式生產前調試過程中廢棄的混合料。廢舊瀝青路面材料是通過銑刨、挖除、破碎舊瀝青路面等方式收集，以及生產過程中廢棄的瀝青混合料。

這種材料是一種被油（瀝青）浸潤、界面極性被改善、甚至改變的礦料顆粒，即“黑石子”，而這些“黑石子”下一次再與親油材料（瀝青）進行膠結時，將會具有先天的“親和力”，相比本質上界面更加親水的新石子，具有黏附性較大的優勢。回收料中一般含有3%至8%的瀝青，雖然存在老化，但仍具有一定的黏結性能，通過加熱方式再生利用，可以最大程度激活材料原有特性。而常溫方式的再生利用，更多是基于固體廢棄物顆粒再利用的層面。

瀝青混合料回收料性能分析的關鍵是瀝青與礦料的分離，這就需要抽提分離裝置，保證將兩種材料充分分離，同時回收料中瀝青不被二次老化，從而準確分析樣品所代表的較大數量回收料性能指標，以便制定有針對性的再生方案。

熱再生混合料的拌和工藝

由于冷再生與熱再生混合料拌和工藝的不同，熱再生技術需要對回收料，加熱之后輸送添加到拌缸中，加熱的回收料由于瀝青軟化而產生黏性，須對普通礦料加熱與輸送設備專門的改造設計，否則將導致間歇式拌和樓加熱滾筒內壁和熱料倉振動篩黏結較多回收料細顆粒，而無法正常運轉或低效運轉，嚴重影響熱拌瀝青混合料的生產。

2019年，在建筑業高速發展的驅動下，我國砂石資源的消耗量超過200億噸，隨著天然砂石資源越發趨緊和環境保護日益增強，砂石采集點和礦山數量大幅減少，砂石供應日趨緊張、價格不斷上漲。

再生技術材料匯總

1 廠拌熱再生混合料

在瀝青拌和廠，將一定比例的瀝青混合料回收料（RAP）與新集料、新瀝青膠結料和再生劑（必要時）等熱態拌和形成的瀝青混合料。

2 廠拌冷再生混合料

在瀝青拌和廠，將一定比例的瀝青混合料回收料與新集料、乳化瀝青或泡沫瀝青，以及礦粉、水泥、水等在常溫下拌和形成的瀝青混合料。

3 就地熱再生混合料

采用專用熱再生設備，對瀝青路面就地加熱、耙松，并摻入一定數量的新瀝青膠結料、礦料和再生劑等熱態拌和形成的瀝青混合料。

4 就地冷再生混合料

采用專用冷再生設備，對瀝青路面就地銑刨、處理，并摻入一定數量的泡沫瀝青或乳化瀝青、礦料、水泥、水等常溫拌和形成的瀝青混合料。

因此，用間歇式拌和樓生產熱再生瀝青混合料，回收料的加熱和傳送是兩個關鍵環節，是目前國內外瀝青拌和樓供應商和相關科研人員技術革新的重要領域，圍繞能源效率發揮和設備高效運轉，國內外廠家使出渾身解數，最大程度地激活利用回收料原有的性能，不斷改進升級拌和生產設備，形成許多專門的技術，如雙滾筒加熱、螺旋熱風、斜向直投等，都是針對回收料廠拌熱再生拌和工藝應運而生，既保證了回收料的烘干加熱和正常投送，又確保了回收料中瀝青不被過度加熱碳化。

回收料中瀝青經受熱、氧、紫外線等作用后，必然會發生一定程度的老化，一般情況下，再生利用時隨著摻量增加、性能有所下降，尤其是低溫抗裂性能和疲勞耐久性。由于材料性能設計要求、回收料級配和設備加熱及投送能力的差異，廠拌熱再生混合料的回收料摻量也有所不同，而且始終難以提高，多數在30%以下，目前將溫拌與廠拌熱再生技術有效結合，可降低終端瀝青混合料的拌和溫度，也就是降低新骨料、新瀝青和回收料的加熱溫度，從而削弱回收料中瀝青軟化所致的黏筒、黏缸和堵篩等現象，在保證路用性能的基礎上可以適當提高回收料摻量，一般情況下回收料摻量可達40%至60%。

熱再生技術還有一個很重要的問題是再生劑的使用，國外也稱還原劑，主要目的是在一定溫度下與回收料中瀝青，充分融合、軟化，最大限度地激活老化瀝青，繼續發揮原有的黏結特性。

交通基礎設施建養行業是建筑業中資源消耗大戶，以瀝青路面為例，瀝青混合料中砂石占比超過90%。

一般情況下，瀝青老化主要是輕質組分減少、重質組分增多的物理化學變化，再生就是添加輕質組分的過程，在適當的時候添加以便充分融合。所以，新瀝青尤其是軟瀝青，本身即為最好的再生劑，可以增加老化瀝青中的輕質組分，如飽和分、芳香分。回收料摻量在10%以下的廠拌熱冷再生直接添加針入度較大的新瀝青即可，無需添加再生劑。另外，再生劑的摻加與否及摻量大小均需根據回收料中瀝青的老化程度來確定，因此對回收料中瀝青針入度和黏度檢測就顯得尤為重要。

冷再生混合料的拌和工藝

冷再生技術施工簡便、回收料摻量較大，是提高利用率最直接有效的措施，也是目前應用較為廣泛的一項技術。

冷再生采用乳化瀝青或泡沫瀝青，輔以水泥，作為新的膠結料體系，將回收料黏結在一起，形成一定強度、穩定性的柔性材料。其中，廠拌冷再生一般采用乳化瀝青、輔以水泥的方式，在拌和場集中生產、輸運到工地、攤鋪碾壓、養生后開放交通，國內應用該技術已有十幾年的時間；就地冷再生多采用泡沫瀝青、輔以水泥的方式，現場的再生技術主要是對設備有較高的要求，需要配置一系列機具和設備，其中最關鍵的瀝青發泡設備，目前國外廠家的設備應用較多。但由于就地冷再生需要現場添加新骨料及水泥，而且工地材料顆粒及性能變異性大，鋪筑泡沫冷再生混合料施工質量控制難度較大。而對于廠拌冷再生混合料施工，回收料在拌和場分檔、檢測后，集中拌和生產，可以充分控制質量，對材料性能的發揮具有更加可靠的保證。

冷再生混合料采用乳化瀝青或泡沫瀝青作為新的膠結料，乳化瀝青冷再生與泡沫瀝青冷再生混合料的強度增長機理也是不同的。冷再生乳化瀝青是中裂、慢裂拌和型陽離子乳化瀝青，廠拌冷再生用慢裂型，就地冷再生和全深式冷再生用中裂、慢裂型均可。性能指標包括破乳速度、篩上殘留物比例、黏度、黏附性、拌和均勻度、儲存穩定性，以及蒸發殘留物含量、針入度、延度和溶解度等十余項；冷再生泡沫瀝青技術指標有膨脹率和半衰期，可以通過調整發泡溫度、用水量和氣壓等來改善。從以上技術指標可知，乳化瀝青有微顆粒大小及均勻度的要求，而泡沫瀝青卻無微顆粒的要求，這在一定程度上決定了強度形成規律，通過試件的橫截面發現，泡沫瀝青冷再生混合料中存在均勻分布的黑點，而乳化瀝青冷再生混合料卻無這種情況，一個是點狀分布而另一個是均勻分布。相比而言，乳化瀝青冷再生混合料在強度方面略優于泡沫瀝青冷再生混合料。

材料組成設計方面，兩種冷再生混合料也采用馬歇爾擊實方法，雖然擊實次數都是雙面75次和112次，但乳化瀝青冷再生有“二次”擊實的要求，為“50次+25次”和“75次+37次”兩個過程，而泡沫瀝青冷再生并無“二次”擊實的要求；乳化瀝青冷再生混合料設計空隙率須在8%至13%范圍內，主要考慮了二次碾壓追密的現象，空隙率太大，鋪筑上層瀝青混合料時路面結構厚度變化較大，空隙率太小則容易發生早期車轍病害。泡沫瀝青冷再生混合料試件早期是散的，其空隙率難以測定，故暫時沒有要求。然而，乳化瀝青冷再生、泡沫瀝青冷再生混合料在15℃劈裂強度、干濕劈裂強度比、凍融劈裂強度比，和60℃動穩定度等性能指標基本一致。

瀝青來自石油資源，我國儲量有限、部分依靠國外進口。

我國提出“高質量發展”的思路，各行各業都在“節能減排、綠色發展”上下功夫。

水泥等填料在冷再生中的功能，學術界暫時尚未有明確結論，但有一點比較明顯，采用乳化瀝青或泡沫瀝青作為新膠結料的冷再生混合料，其中水是必不可少的，在強度形成過程中需要處理好水的去留問題，首先是從連通孔隙中蒸發，其次是自由水轉變為化合水的方式。所以，一方面冷再生混合料設計有較大的空隙率，另一方面冷再生多數采用水泥發揮水化作用、實現自由水的固化。相關規范中建議水泥用量不宜超過1.5%，不應超過1.8%，起到提高早期強度和水穩定性的作用，過多的水泥會降低抗裂性、增加脆性，從而喪失柔性材料優勢。

再生技術適用范圍

再生技術的適用范圍，實際上是根據回收料性能、路面性能狀態、交通環境、道路等級、施工條件、資金情況及再生技術特點等，選擇再生技術的逆過程。現行規范按照公路等級和路面結構層位，推薦了適合的再生技術，涉及高速公路、一級、二級、三級和四級公路，涵蓋路面表面層、中面層、下面層、基層和底基層五個豎向深度，給出的建議為“可使用、宜使用、不應使用”3種。

根據再生混合料性能和質量控制難度，一般來說，廠拌熱再生優于就地熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生和全深式冷再生，但回收料的摻量卻是相反的方向。性能越好，可使用的公路等級和層位就越高，例如：廠拌熱再生對于高速公路、一級和二級公路的表面層是“可使用”、中下面層及基層是“宜使用”，其他等級公路和層位是“宜使用”，底基層一般均不使用廠拌熱再生，原因在于資源利用效率是最低的。美國部分州不允許廠拌熱再生在表面層使用，而在中下面層中使用卻未限制摻量，我國可根據材料性能和摻加比例適當選擇，例如：北京市曾將摻量10%的SMA回收料用于鋪筑SMA-13表面層。

就地熱再生主要用于高速公路、一級、二級公路的瀝青面層，尤其適合高速公路、一級公路的中、表面層。考慮到就地熱再生具有較高的附加值，三級公路、四級公路瀝青面層不應使用。這種方式對現場加熱設備有較高的要求，加熱、耙松與拌和的均勻度是施工質量的關鍵，各環節組成一列綜合作業機組，需要一定空間的施工場地，考慮到加熱效率問題，再生深度應與加熱功率相匹配。

乳化瀝青廠拌冷再生一般不能用于各等級公路的表面層，宜使用在高速公路、一級公路的下面層和基層，用于二、三和四級公路可以提高層位。

就地冷再生一般不能用于高速公路、一級公路的中、表面層和二級公路表面層，宜使用在下面層和基層，也適宜在三、四級公路各層中使用。

全深式冷再生宜用于各等級公路的基層、底基層，低等級公路可以適當提高層位。泡沫瀝青冷再生適合就地再生、短距離廠拌再生，其關鍵是瀝青發泡設備，一類是移動式，另一類是固定式，根據運距的遠近合理選擇。乳化瀝青冷再生以集中工廠為主，回收料摻量可達100%。

就地再生技術的使用需要評估路面技術狀況。其中，就地熱再生要求路面結構強度指數PSSI不小于80，回收料瀝青針入度不小于20（0.1毫米）、瀝青含量不小于3.8%；就地冷再生要求PSSI不小于80，路面破損狀況指數PCI不大于90；全深式冷再生要求PSSI不小于70，PCI不大于85。同時，就地再生技術的應用要求路面病害主要集中在再生深度范圍內、下承層的強度應符合設計要求，可以保證再生技術的使用效果。

結構組合設計時，應結合回收料再生技術的加熱深度、可壓實厚度來確定再生層路面結構厚度，采用一級加熱耙松工藝的就地熱再生深度宜在20毫米至60毫米，乳化瀝青或泡沫瀝青冷再生壓實厚度宜在80毫米至200毫米，全深式冷再生壓實厚度宜在100毫米至200毫米范圍。同時應根據交通荷載等級，根據《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2017）的規定確定冷再生層的厚度，廠拌熱再生混合料的厚度設計應符合該規范對應級配類型的相關規定。

從節約資源的角度而言，再生利用是解決矛盾的重要途徑。

再生技術的未來發展趨勢

交通運輸部《“十三五”養護管理發展綱要》提出：實現“養護科學決策、綠色養護生產、科學養護實施、良好路況、良好橋隧狀況”等五個養護轉型的目標，要求國省干線公路每年大中修的比例不少于13%，其中大修不少于8%。

針對廢舊瀝青路面回收料再生利用，國內外學術界科研力度持續加大、工業界不斷推進工程實踐。面對我國繁重的路面養護任務和巨大的環境保護壓力，應從“深加工和多元化”角度思考廢舊瀝青路面回收料的再生利用問題。

熱再生技術的回收料摻量大比例方向

冷再生技術在回收料級配合理、使用層位較低時可以達到較大摻量，理論上可達100%，而熱再生技術考慮到性能要求和較高的使用層位，摻加比例多在30%以下，提高回收料摻量始終是困擾行業發展的問題，需從高效再生劑開發與加熱傳送拌和工藝方面尋找突破點。將溫拌技術用于廠拌熱再生，改變了摻加工藝參數，部分解決了黏缸、黏筒及堵篩的問題，將摻量提高到50%左右。下一步應在保證路用性能不降低情況下，研發更高摻量的廠拌熱再生。

基于回收料分類精細化的多元化利用方向

廠拌再生根據回收料分檔，按照級配確定冷料倉上料的比例而拌和生產，這種分類分檔是為更加精準地控制混合料質量，確保其性能。目前，再生技術回收料最多分中、粗、細三檔，實際上，回收料分檔越多對于再生利用更有好處，越細的瀝青含量就越多、越粗的瀝青含量就越少，根據材料組成可以確定更加適合的利用方式，細的部分可以用于稀漿封層、微表處施工中提高材料黏聚力，超細的部分可以作為硬質瀝青來改善混合料的抗車轍能力，中、粗部分也可以與花崗巖集料摻配使用以提高水穩定性，這些方式可以實現廢舊瀝青路面回收料的多元化利用。

基于提高使用結構層位的高效利用方向

熱再生可用于各瀝青面層，但表面層的大規模工程應用并不多見，我國高等級道路路面典型結構基本上是“玄武巖或輝綠巖表面層+石灰巖中下面層”，表面層主要考慮到抗滑性和抗滑耐久性，使用質地不同的石料。

經濟發達地區瀝青路面表面層大量使用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA），該材料優質粗集料多、瀝青含量大、礦粉比例大、還摻加纖維加筋材料，經過十多年的使用需進行維修，SMA回收料的再生利用也應當用于表面層SMA混合料中，含有更高附加值的SMA回收料，應用于更高的路面結構層位，從而實現高效再生利用，即“好鋼用在刀刃上”，這是才最大限度的節約資源和保護環境，從而實現綠色高質量發展。

廢舊瀝青路面回收料的再次再生

我國對一次再生的研究和實踐已有十多年的時間，但早期建設的公路將迎來第二次、第三次大修，再生過一次的廢舊瀝青路面材料如何再次再生，需要系統掌握瀝青、改性瀝青長期老化的性能衰減規律，從而得到合理利用的方法。