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、改擴建過程中產生的具備較高經濟價值的廢舊瀝青路面材料，同時,也是一種會對環境產生不利影響的固體垃圾。但通過再生技術，RAP再生集料可以再次滿足路面設計要求，節省大量生產成本，實現循環再利用,實現路面材料的可持續發展。早在第一次世界大戰期間的1915年，美國交通道路行業就開始對瀝青路面材料再生技術開始進行研究,率先獲得大量的應用成果和實際經驗。經歷行業內多年的研發和應用，目前國內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業技術保障。

1 研究背景

1.1 熱再生瀝青混凝土RAP大比例添加技術研究背景

目前我國的公路建設飛速發展，每年投資規模已超過2000億元。在20世紀90年代以后陸續建成的高速公路已進入大、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境污染，另一方面對于我國這種優質瀝青極為缺乏的國家來說是一種資源的浪費。同時，大量的使用新石料、開采石礦會導致森林植被減少、水土流失等嚴重的生態環境破壞。而RAP的熱再生技術的應用很好的解決了以上問題。同時，RAP集料的添加比例越高，其創造的經濟和環保價值就越高。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

結合市場占有率和技術普及程度，當前的熱再生大比例添加技術有以下兩種：

就地熱再生：利用瀝青路面熱再生聯合機組來就地完成瀝青路面的熱再生修復。原有路面材料100%就地利用，不需要搬運廢料及廢棄物堆放場地，可減少環境污染；對交通干擾最小，現在國外應用很廣，國內受限于設備成本大、再生深度淺和無法解決軟弱路基和基層的問題，這項技術的應用未得到大批量的普及。

廠拌熱再生：將RAP經過翻挖后運回拌和廠，再集中破碎分級，根據路面不同層次的質量要求，進行配比設計，確定舊瀝青混合料的添加比例，再生劑、新瀝青材料、新集料等在拌和機中按一定比例重新拌和成新的理清混合料，從而獲得優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量和生產效率受到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工藝后，RAP集料摻配比可以達到50%以上，極大的提高了再生瀝青混合料的生產效率，但限于工藝設備投入或改升級成本大，目前技術應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基礎

RAP瀝青剝離技術：采用適合的設備（如立軸式剝離主機），在盡量保持RAP原始級配的情況下，將裹附在表面的瀝青質進行有效剝離，使利用價值最高的瀝青質進一步富集，進而高效再利用。

RAP集料高頻篩分技術：RAP集料的高頻篩分技術能有效的將細集料(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集料的細分化程度，在再利用時能有針對性的根據不同粒徑和瀝青含量的RAP進行精細化利用。

逆流式柔和加熱技術：逆流式柔和加熱技術是近幾年發展出來的RAP高效加熱技術，其技術關鍵點在于采用逆流式加熱，熱能利用率更高；大風量爐膛設計，間接柔和加熱，避免RAP瀝青再次老化；防粘式揚料板設計，解決RAP集料加熱后粘附烘干筒壁問題。

RAP瀝青再生劑技術：RAP瀝青再生劑包括活化劑和軟化劑，能夠補充老化瀝青質中有機成分，改善RAP瀝青的瀝青質的延度和粘度指標，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影響因素

2.2.1 RAP預處理方式

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定，較為適合一般企業采用；當采用剝離篩分預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處理方式較高。同時，因細集料中瀝青含量在二次加工過程中得到提升，采用常規的烘干滾筒加熱會造成嚴重的粘料堵料問題，目前還無法采用熱再生的方式對剝離篩分后的RAP細集料進行加熱添加，經部分企業小批量的實驗，剝離篩分后的RAP細集料進行冷投至拌缸均質拌和成再生瀝青混凝泥土，這種方法也能滿足規范要求，同時進一步提升了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，其利用經濟價值越高，采用大比例添加創造更高的經濟效益。不同層次的RAP集料的原始瀝青含量由上至下逐漸減少，同時隨路面的年限的增加呈現降低的趨勢，所以，在RAP熱再生時，要根據回收料的層次和使用年限進行RAP瀝青含量進行定量測定，已達到RAP集料經濟價值的最優。同時，以往的瀝青路面經過多年的使用，使得瀝青老化程度比較嚴重，與新瀝青相比,針入度與延度明顯下降，年度和軟化點顯著提高。不同區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，這就需要生產技術人員要加以檢測區分后進行再利用。同時，RAP集料瀝青含量的多少和瀝青老化程度的高低關系到再生劑添加量的多少，直接關系到RAP再生瀝青混凝土的生產成本。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量，是RAP再生瀝青混凝土大比例添加生產工藝的重要質量控制環節。加熱烘干工藝的不同，直接關系到生產過程中能源的消耗，決定了生產成本的高低。同時，烘干加熱工藝中的加熱溫度參數的不同，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，在拌和時無法與新瀝青、新集料有效結合，在增加拌和時間的同時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，一方面增加額外加熱能源成本，不利于生產成本的控制，同時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煙霧，影響整個拌和系統的除塵環保設備的使用性能，極端情況下，會造成烘干設備和管道內部出現明火引燃有機煙霧和RAP集料的安全事故發生。結合當前的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入烘干筒，冷RAP料遇高溫熱氣流迅速升溫，直到筒體中部才出現溫升降緩，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。其優點是設備投入成本低，工藝成熟，由于加熱溫區溫度隨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隨加熱溫區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，為保護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，即呈現出冷料熱火、熱料冷火的現象，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，即加熱方式呈現冷料冷火、熱火熱料的現象，加熱溫區溫度隨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隨加熱溫區溫度的升高呈降低的趨勢，有利于解決烘干筒粘料的問題。同時采用大容量的熱風爐膛，火焰不與RAP料直接接觸，熱風熱量分布更均勻更溫和，既能提供充分的接觸面積，對RAP物料進行快速加熱，又能有效保證RAP料中的瀝青不出現老化，保持舊瀝青的拌合性能。同時，由于“冷料熱火、熱料冷火”的現象，逆流式加熱烘干工藝的尾氣溫度可控制在100℃上下，降低了整個烘干加熱系統的能量排放，降低了生成能耗成本。經實驗論證，部分逆流式加熱烘干工藝設備允許加熱溫度可大于140℃，添加比例超過50%，理論上可實現最大100%的RAP料添加比例[3]。

2.2.4 配合比設計

瀝青混合料的配合比設計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計時，要通過實驗確定添加RAP集料后的級配和油石比，并根據使用場景的不同適當調整生產參數。

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，但從經濟技術層面考慮，其用量不宜過多，推薦使用量為混合料質量的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要求

要求RAP的預處理設備能夠有效還原和篩分集料級配，同時，各級別RAP集料分別堆放，規避高溫、雨天等不利環境因素對RAP集料的二次影響。

具備準確測定RAP集料理化性質的檢驗檢測設備及人員。RAP集料理化性質以以下幾個指標進行測定分析：礦料級配、瀝青含量、瀝青老化程度、含水率、礦當量，其中，瀝青老化指標通過針入度、延度、軟化點參數進行界定。這些指標的測定不僅需要完備的檢驗檢測設備，也需要相關的檢測人員具備科學的實驗檢驗方法和素養。企業在計劃RAP集料的再利用的前期，就需要綜合考慮檢驗檢測設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，不僅能為企業節省加熱所消耗的能源，而且能夠提高RAP集料的加熱質量，提升成品再生瀝青混凝土路用性能。

優化配合比設計，通過試驗確定最優油石比和添加級配比例。優異的配合比設計不僅提高成品再生瀝青混凝土的路用性能和使用壽命，同時降低生產材料成本，提高經濟效益。

要求根據不同瀝青老化程度的RAP集料試驗確定再生劑的用量。精準的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，是評判企業在RAP集料再利用的精細化程度的重要指標，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 優化熱再生瀝青混凝土生產配合比設計

熱再生瀝青混凝土生產配合比設計關系到最終成品路用性能指標的實現和工廠經濟效益，是熱再生瀝青混凝土生產過程中的重要工藝過程，試驗檢測人員要根據RAP集料級配、瀝青含量的不同，采用馬歇爾設計方法確定最優油石比和級配[4]。同時，在路用性能指標的實驗過程中，試驗檢驗人員要選取合適的檢驗指標對RAP熱再生瀝青混凝土的路用性能進行全面的分析評價，一般選取以下指標進行檢驗分析：穩定度、空隙率、凍融劈裂強度、動穩定度等關鍵指標，通過浸水馬歇爾實驗、凍融劈裂試驗、車轍實驗等驗證RAP熱再生瀝青混凝土的路用性能。

3.2 優化熱再生瀝青混凝土生產設備

生產設備是熱再生瀝青混凝土生產的重要執行部分，生產設備的計量精度、控制響應速度等基礎參數關系到RAP集料加熱質量、添加比例等關鍵指標，最終影響到成品路用性能指標。

實驗表明，在采用逆流加熱設備時，添加RAP集料的熱再生瀝青混凝土質量更穩定、路用性能更好，添加比例可達到50%-60%之多；同時能耗較順流加熱方式低5%-10%。

工廠決策人員在考慮提高RAP添加熱比例的時候，首先要正確意識到生產設備的重要性，保持科學的認知態度，把優化生產設備作為一條提高RAP添加熱比例有效途徑。

3.3 優化熱再生瀝青混凝土生產工藝流程

圍繞RAP集料級配還原率和瀝青含量2個關鍵指標，生產決策人員根據自身情況選擇合適的工藝流程，并嚴格按照工藝流程配置預處理設備；之后根據預處理工藝，配套或改造現有設備，使其適應預處理后的RAP集料生產要求。一般情況下，當選擇破碎篩分工藝時，需配套獨立加熱烘干設備；當選擇剝離篩分工藝時，則無需獨立配備加熱烘干設備，但應配備相應的冷添加設備。

4 技術展望

熱再生瀝青混凝土生產的RAP大比例添加技術，是道路交通行業資源循環利用重要組成部分和必由之路，其技術先進程度決定了行業發展的未來。通過以上的分析，這項技術將向著添加比例更高（100%）、路用性能更好、應用范圍更寬、經濟效益更大的方向發展。

5 結語

綜上所述，熱再生瀝青混凝土生產的RAP大比例添加方法需綜合考慮多種因素，避免在最求經濟效益的最大化的同時忽略成品的路用性能。新技術和新材料的應用為RAP大比例添加提供了多種可行方案，行業從業人員可根據自身實際情況經過驗證后選擇性使用。