沥青混合料厂拌热再生技术应用总结.doc

基于全寿命周期费用理论的绿色低碳环保养护技术沥青路面厂拌热再生技术应用总结济宁市公路管理局2014-07-13一、前言1.1厂拌热再生技术概述沥青路面再生技术是将需要翻修或者废弃的旧沥青路面，经过翻挖、回收、破碎、筛分，再和新集料、新沥青材料适当配合，重新拌和，形成具有一定路用性能的再生沥青混合料，用于铺筑路面面层或基层的整套工艺技术。沥青路面再生利用技术按施工温度分为热拌再生法和冷拌再生法。沥青路面厂拌热再生，就是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例在拌和厂重新热拌成混合料，能够满足预定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺，主要针对高等级公路包括城市道路中的沥青路面，再生形成沥青面层。这种施工技术不仅能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料和保护环境，因而具有显著的经济效益、社会效益和环境效益。1.2厂拌热再生关键技术沥青再生技术在国外已经是应用了2030年的成熟技术，有大量现成的研究成果和实践经验，因此，我们进行沥青路面再生利用，主要是结合国内的气候条件和路面工程特点进行技术引进、消化、吸收和推广应用。大量国内外研究成果和实践表明，推广沥青路面再生利用应用的关键主要包括：1) 废料的离散性问题。废料的沥青含量、沥青老化程度以及集料级配的离散性一般均较大，直接影响再生沥青混合料的质量。2) 沥青再生方法。沥青的再生，需要在掌握沥青化学理论和再生机理的基础上进行，并且需要长期的试验、检测和评价，才能应用于实际生产。3) 再生沥青混合料的配合比设计及其路用性能评价。再生沥青混合料的耐久性是确保其性能不低于普通沥青混合料的关键。4) 再生沥青混合料的拌和工艺。在不烧伤旧沥青的前提下，保证拌和温度并使新旧沥青均匀混合是保证再生沥青混合料质量的关键。二、旧沥青路面使用性能评价2.1旧沥青路面状况调查及分析2.1.1 一般规定沥青路面厂拌热再生工程实施前，应对原路面历史信息、原路面技术状况、交通量、工程经济等方面的内容进行调查和综合分析，为再生设计提供依据。原路面调查的内容应完整，并进行系统分析和准确评价。2.1.2 相关资料的调查及分析采用调研或其他方式，从业主方、设计方和路面维修队伍等单位收集资料，对旧沥青路面材料情况进行充分和全面了解。收集的资料主要包括：1) 旧沥青路面结构型式，结构层厚度，结构层采用的沥青类型和沥青性能指标，结构层采用的石料类型和石料性能指标，结构层的沥青混合料配合比设计、施工和竣工资料；2) 通车营运期间的路面养护资料与路面检测资料；3) 本次维修路面处治设计和路况调查。以上这些对旧沥青路面材料的性能评价具有重要的参考作用。2.1.3 现场调查及分析路面使用性能的调查是现场性能调查的核心内容，道路几何外形调查和路面结构承载能力调查是决定现场热再生技术的前提，而路表施工功能调查则是现场热再生具体选择与实施的前提基础，也是材料性能具体调查内容的关键影响因素。所以对旧沥青路面进行现场调查，除了需要了解交通量等常规指标外，还应根据再生技术应用的需要观测以下项目：1) 对不同车道或不同路段进行弯沉检测，通过路面弯沉值来对旧沥青路面的路面结构承载能力进行评价；2) 通过对路面综合评价指标诸如：路面抗滑系数（BPN）、国际平整度指数（IRI）、行驶质量指数（RQI）、路面状况指数（PCI）、路面强度系数（SSI）等数据进行系统的分析，来对旧沥青路面的行驶质量与路面综合性能进行评价；3) 破损调查时不仅注意调查病害的类型和面积，更重要是分析其病害程度，通过钻孔取芯方法检验路面内部情况，弄清路面各结构层厚度、病害产生的原因及深度、沥青混合料状况和面层与基层粘结情况等。2.2旧沥青路面材料性能调查2.2.1 旧沥青路面材料调查在旧沥青混合料性能试验评价之前要对旧沥青混合料的基本信息进行调查，调查内容包括：旧沥青混合料的来源、原有路面的结构组合、原有路面的使用年限、原有路面的主要病害情况、铣刨方式等。在条件容许的情况下，也可对旧沥青混合料的原有级配、沥青含量、配合比、使用沥青的标号及石料的种类等信息进行收集。旧沥青混合料基本信息的调查有助于旧沥青混合料性试验评价，并在一定程度上可以解释旧沥青混合料表现出来的性能差异。2.2.2 现场取样现场取样适用于厂拌热再生工程的前期调查和混合料设计用回收沥青路面材料（RAP）的获取。采用机械方式或其他方法从工程现场或料堆随机获取足够数量有代表性的样品，取样频率和方法如下：1) 路上取样时，如果有原路面铺筑的历史资料，可按照同一时间和同一标准修筑的路面分成不同的工程段，各工程段按照随机取样进行试验，确定其性能。每个子路段长度不宜大于5000m，且不宜小于500m，或者每个子路段面积不宜大于50000m2，且不宜小于5000m2，如果各分段差异很大，就需要进行分别处理；2) 取样数量一般要求每车道每千米钻芯或采用其它方法随机抽取一个样品，且每个试样都必须包括三层，也可取到基层，以便进行全面检测；3) 每个子路段取样断面数不少于8个，可采用铣刨机铣刨、钻芯取样、机械切割等方法，钻芯取样时每个取样断面钻芯不少于3个；钻取的芯样和机械切割的样品。2.2.3 旧沥青混合料性能评价对于旧沥青混合料的性能评价主要分为以下几个步骤，具体流程如图2.1所示。旧沥青混合料评价旧集料旧沥青抽提筛分密度压碎值粘附性针片状针入度软化点延度再生图2.1 旧沥青混合料性能评价流程1) RAP性能的评价厂拌热再生时经过预处理的回收沥青路面材料（RAP）应按照表2.1的各项技术指标进行检测。表2.1 RAP检测项目与质量要求项目技术要求沥青含量(%)实测含水量(%)实测RAP级配实测砂当量(%)55对于RAP含水量的评价试验方法主要参照公路工程集料试验规程（JTG E42）T0305的相关规定进行，但应注意将烘箱加热温度调整为60恒温。2) 旧沥青的评价对于旧沥青性能的评价主要是通过沥青的三大指标来实现，具体评价指标及要求如表2.2所示。表2.2 回收沥青的主要技术性质试验结果技术指标单位规范要求试验方法针入度(25,100g,5s)dmm20抽提，公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052）软化点实测密度 (25)g/cm3实测延度 (15, 5cm/min)实测3) 旧集料的评价根据公路沥青路面再生技术规范对抽提后的旧集料的性能进行试验评价，评价内容包括集料级配、密度、压碎值、粘附性、针片状颗粒含量等，具体如表2.3所示。表2.3 RAP中粗集料的主要技术性质试验结果检查项目技术要求试验方法压碎值(%) 28抽提，公路工程集料试验规程 (JTG E42-2005)密度实测级配实测针片状颗粒含量(%)粒径大于9.5mm 12粒径小于9.5mm 18三、热再生沥青混合料设计和性能研究3.1 设计原则3.1.1 一般原则厂拌热沥青混合料的配合比设计应通过目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段，同时还应确定回收沥青材料（RAP）的掺配比例、新材料的品种及配合比、矿料级配、最佳沥青用量。国内现行JTG F41-2008规定热再生沥青混合料的技术要求应符合现行JTG F40-2004对热拌沥青混合料的有关规定。由于掺加了一定比例的RAP料，热再生沥青混合料与新拌沥青混合料的目标配合比设计稍有区别，设计中需同时考虑RAP料中集料和沥青、新加集料、新加沥青和各种添加剂的各项性能指标，因此使整个目标配合比设计过程更为复杂，同时使得热再生沥青混合料与热拌沥青混合料设计中的技术指标可能存在差异。因此，JTG F41-2008只能作为纲领性的文件，在热再生沥青混合料目标配合比设计时不应拘泥于某些个别指标能否满足规范的要求，而应注重热再生沥青混合料的整体性能。3.1.2 基本要求参考JTG F41-2008的规定，热再生沥青混合料矿料级配工程设计级配范围的确定，以及热再生沥青混合料技术要求和性能检验，应尽量符合现行JTG F40-2004对热拌沥青混合料的相关规定。除此以外设计过程中还需满足以下几点：1) 再生混合料必须具有足够的强度和热稳定性，夏季高温下不出现泛油、推挤、拥包和车辙；2) 再生混合料具有良好的低温抗裂性。为此，要求混合料在低温下表现为较低的线收缩系数，较高的抗弯拉强度和较低的弯拉模量；3) 再生沥青路面应具有足够的抗滑性和防渗性；4) 再生沥青路面应具有良好的抗老化性能，路面经久耐用5) 尽可能多地使用旧路面材料，提高旧料掺配率，最大限度地节约沥青和砂石材料。3.1.3 设计方法与依据目前普通沥青混合料设计方法有马歇尔法、Superpave法、GTM法等，这些方法经修正后同样适用于热再生沥青混合料配合比设计。对于厂拌热再生沥青混合料，通常要求其与热拌沥青混合料的路用性能一致，所以本项目采用马歇尔法对热再生沥青混合料目标配合比设计，本项目设计主要依据公路行业相关技术规范和试验规程，内容包括：1) 公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）2) 公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）3) 公路工程集料试验规程（JTG E42-2005）4) 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）5) 公路沥青路面再生技术规范（JTG F41-2008）3.1.4 配合比设计的步骤1) 确定工程设计级配范围根据公路等级、气候条件、交通特点，充分借鉴成功经验，确定工程设计级配范围。工程设计级配范围应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）规定的相应热拌沥青混合料级配范围。2) 确定回收沥青路面材料（RAP）掺配比例由于RAP料的变异性较大，所以应根据工程需要以及回收材料的特性，选择合理的沥青路面材料（RAP）料掺比例。3) 选择新沥青标号和再生剂厂拌热再生混合料，再生沥青的目标标号根据公路等级、混合料使用的层位、工程的气候条件、交通量、设计车速等条件，选取与当地同等条件的道路沥青标号作为目标标号，回收沥青路面材料（RAP）掺配比例较大时，也可以根据实际情况，适当降低沥青目标标号一个等级。存在以下情况之一的可使用再生剂：(1) 计算得到所需的新沥青标号过高，市场供应存在问题；(2) 回收沥青路面材料（RAP）掺配比例较大或者回收沥青路面材料（RAP）中旧沥青含量较高。4) 估算新沥青用量Pnb及其占总沥青用量的比例估计再生沥青混合料的沥青总用量。回收沥青路面材料（RAP）掺量不超过20%时，热再生沥青混合料的总沥青用量与没有掺加回收沥青路面材料（RAP）的沥青混合料基本一致，可以根据工程材料特性、气候特点、交通量等条件，结合当地的工程经验进行估计。也可按下式估计沥青总用量： P=0.035a+0.045b+Kc+F 式(3.1)式中：P再生混合料目标沥青含量估算值（%）； a ,b ,c分别为2.36mm以上、0.075mm到2.36mm之间和0.075mm以下筛的旧集料百分数，以整数表示；K集料系数，依c值的不同而变化，当c=1115时，取0.15；c=610时，取0.18；c=05时，取0.20； F系数，根据集料比重和表观特性在02.0内取值，若无参考值，一般取0.7。按式3.2所示，各RAP料掺配率下的新沥青掺量进行估算：Pnb=PbPobn/100 式(3.2)式中：Pb热再生混合料总沥青用量，即再生混合料目标沥青含量估算值 (%)；PobRAP料中的旧沥青含量 (%)； nRAP料掺配率 (%)5) 矿料配合比设计根据回收沥青路面材料（RAP）的老化程度、含水量、回收沥青路面材料（RAP）矿料的级配变异情况以及工程的实际情况、沥青混合料类型、拌和设备的类型与加热干燥能力、新集料的性质等，确定新集料与回收沥青路面材料（RAP）的掺配比。回收沥青路面材料（RAP）掺配比一般为1530%。同时应将粗、细回收沥青路面材料（RAP）中的矿料分别作为再生沥青混合料中的一种矿料进行矿料配合比设计。6) 确定最佳新沥青用量以估算新沥青用量Pnb为中值，用Pnb、Pnb0.5、Pnb1.0这5个沥青用量水平，按照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）的马歇尔方法确定最佳新沥青用量OAC。我国现在没有再生沥青混合料的马歇尔技术标准，但原则上可以参照热拌沥青混合料的技术标准。然而，由于再生沥青混合料组成的复杂性，不能过于拘泥于热拌沥青混合料的标准。参照国内外有关技术规范，就再生沥青混合料技术指标提出以下建议，如表3.1。表3.1 再生沥青混合料技术指标建议值项目粗级配沥青混凝土密级配沥青混凝土锤击次数7575空隙率(%)3736饱和度(%)65857085稳定度(kN)5.07.5流值(0.1mm)20452045与全新的马歇尔配合比设计不同，由于再生沥青混合料中含有RAP，难以采用计算方法得到最大理论密度，实际采用真空法对再生沥青混合料进行直接检测得到。7) 马歇尔试件制备方法(1) 将回收沥青路面材料（RAP）置于烘箱中加热至110，加热时间不宜超过2小时，避免回收沥青路面材料（RAP）进一步老化。(2) 据新沥青的粘温曲线确定混合料的拌和与成型温度，新集料加热温度宜高出拌和温度1015。(3) 再生混合料拌和时的投料顺序是将回收沥青路面材料（ RAP）、粗细集料倒入预热的拌和机预拌，然后加入再生剂和新沥青，最后加入单独加热的矿粉，继续拌和至均匀为止，总拌和时间一般为3min。(4) 将一个试样所需的混合料倒入预热的试模中，方法与热拌沥青混合料相同。8) 配合比设计检验按照现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）热拌沥青混合料配合比设计方法的有关规定进行。9) 配合比设计报告热再生沥青混合料配合比报告应包括：回收沥青路面材料（RAP）试验结果、回收沥青路面材料（RAP）掺量确定、混合沥青的试验结果、工程设计级配范围选择说明、材料品种选择与新材料试验结果、矿料级配、最佳沥青用量，以及各项提及指标、配合比设计检验结果等。四、厂拌热再生沥青路面施工4.1厂拌热再生施工工艺厂拌热再生施工工艺包括现场旧料的回收、集中加热拌和、运输、摊铺、碾压等几个步骤。与常规的热拌沥青混合料施工相比，主要增加了旧料回收，集中拌和时的旧料预热装置和输送装置。整个施工工艺流程如下：RAP回收破碎与筛分RAP预热再生剂再生沥青旧料新旧料热交换拌合再生混合料出料其余部分与热拌沥青混合料相似预热基质沥青新集料加热图4.1 厂拌热再生施工工艺过程4.2 一般规定1) 厂拌热再生，适用于对各等级公路回收沥青路面材料（RAP）进行热拌再生利用，再生后的沥青混合料根据其性能和工程情况，可用于各个等级公路的沥青面层及柔性基层。2) 厂拌热再生应选择符合要求的回收沥青路面材料（RAP）和适宜的回收沥青路面材料（RAP）掺配比例，混合料应满足现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）中热拌沥青混合料的相关技术要求。3) 厂拌热再生沥青混合料的分类，按照集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率等划分，可参照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）的热拌沥青混合料分类。4.3 RAP的回收1) 在回收 RAP之前，应根据旧路面调查及 RAP材料评价结果 (沥青含量、老化程度和集料级配分布情况)预先确定铣刨段落，分段分车道回收。2) 回收沥青路面材料（RAP）的回收宜采用能对层厚自动控制的新型铣刨机回收；如果没有精确铣刨机或不需分层回收RAP时，也可用普通冷铣刨、机械开挖等方式，应减少材料变异。3) 回收沥青路面材料（RAP）在回收和存放时不得混入基层废料、水泥混凝土废料、杂物、土等杂质。为避免混入其它结构层材料和杂物，应根据旧路面设计资料和抽芯取样的结果确定铣刨厚度，并且在铣刨过程中随时观察RAP和铣刨面的外观，发现异常时应及时调整铣刨厚度。4.4 RAP的预处理与堆放1) 使用推土机、装载机等机具将一个料堆的回收沥青路面材料（RAP）充分混和，然后用破碎机或其他方式进行破碎，应使回收沥青路面材料（RAP）最大粒径小于再生沥青混合料最大公称粒径，不应有超粒径材料。不允许直接使用未经预处理的回收沥青路面材料（RAP）。2) 根据再生混合料的最大公称粒径合理选择筛网尺寸，将处理后的回收沥青路面材料（RAP）筛分成不少于2档的材料。3) 经过预处理的回收沥青路面材料（RAP），可用装载机等将其转运到堆料场均匀堆放，转运和堆放过程中应避免回收沥青路面材料（RAP）离析。4) 不同来源、不同结构层或经分析需要分开的不同段落的回收沥青路面材料（RAP），应进行分类储存，防止混杂。5) 为避免阳光直射导致回收沥青路面材料（RAP）受热重新结块，同时防止雨淋使回收沥青路面材料（RAP）含水量过高。回收沥青路面材料（RAP）应搭盖大棚（禁止用帆布直接覆盖料堆的方式代替大棚），并在大棚周边建立良好的防、排水系统。6) 回收沥青路面材料（RAP）应避免长时间的堆放，料仓中的回收沥青路面材料（RAP）应及时使用。若储存时间较长，料堆的高度一般以23米为宜，防止自重压实导致回收沥青路面材料（RAP）材料重新结块。7) 为提高回收沥青路面材料（RAP）的均匀性，宜使用小型推土机或铲车（自重不宜太大，防止RAP材料压实）摊开逐层堆料，使用回收沥青路面材料（RAP）时应从料堆的一端开始在全高范围内铲料。4.5 混合料拌制1) 厂拌热再生沥青混合料可以选用间歇式拌和设备或连续式拌和设备进行拌制，拌和设备必须具备回收沥青路面材料（RAP）的配料装置和计量装置。使用间歇式拌和设备时，当回收沥青路面材料（RAP）掺量大于10%，宜增加回收沥青路面材料（RAP）烘干加热系统。2) 回收沥青路面材料（RAP）料仓数量应不少于 2个，料仓内的回收沥青路面材料（RAP）含水量应不大于3%。3) 厂拌热再生沥青混合料的生产温度与拌和时间应根据拌和设备的加热干燥能力、回收沥青路面材料（RAP）含水率、再生沥青混合料的级配、新沥青的粘温曲线等综合确定，以不加剧回收沥青路面材料（RAP）的再老化，提高生产能力，降低能耗，并生产出均匀稳定的沥青混合料为原则。(1) 使用间歇式拌和设备时，应适当提高新集料的加热温度，但最高不宜超过200。(2) 使用间歇式拌和设备时，干拌时间一般比普通热拌沥青混合料延长510s，总拌和时间比普通热拌沥青混合料延长15s 左右。(3) 再生混合料出料温度应比普通热拌沥青混合料高515。(4) 回收沥青路面材料（RAP）加热时不得直接与火焰接触。4) 厂拌热再生沥青混合料拌制的其它要求，应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）对热拌沥青混合料路面的规定。4.6 摊铺和压实1) 厂拌热再生沥青混合料的摊铺温度宜比热拌沥青混合料高 515。2) 厂拌热再生沥青混合料摊铺的其他要求，应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）对热拌沥青混合料路面的的规定。3) 厂拌热再生沥青混合料的压实温度宜比热拌沥青混合料高 510。4) 厂拌热再生沥青混合料压实的其它要求，应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）对热拌沥青混合料路面的规定。4.7 养生和开放交通厂拌热再生沥青路面的养生和开放交通，应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）对热拌沥青混合料路面的规定。4.8 施工质量管理厂拌热再生沥青混合料路面的施工质量管理，应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）对热拌沥青混合料路面的规定，在施工过程中须对回收沥青路面材料（RAP）按表4-1项目进行检查。表4.1 施工过程中 RAP 质量检查材料检查项目要求值检查频率RAPRAP级配符合设计要求每天1次RAP的含水率（%）3每天1次4.9 检查验收再生后的最终沥青混合料路面要满足沥青路面施工技术规范的要求。再生沥青混合料也必须满足所有规范的要求，沥青混合料的质量靠抽样检查的方法控制。当需要添加新混合料时，新料必须经过单独的检验，抽样的频率和数量应与常规施工一样。路面施工完工后，要在路面上抽取试样以检查厚度、平整度和压实度。再生沥青路面施工质量控制和验收参照公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）和公路工程质量检验评定标准（JTJ032-98）执行。五、厂拌热再生技术经济性能分析近年来，我国修筑的高等级路面大多为沥青路面，而且进口沥青占很大比例，价格昂贵，路用石料价格也日趋上升，原材料成本在整个路面工程中所占的比例越来越大，对旧沥青混合料再生技术的研究利用显得尤为迫切。过去再生材料主要用于低等级公路的路面和基层，近年来沥青混合料再生技术发展较为成熟，有资料表明，发达国家在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中已开始逐步推广应用这项技术。5.1经济性分析利用旧料节约的费用沥青路面再生利用，不仅节约了砂石、沥青材料费而且节约了废料的运输费、堆弃费。以某工程单价为例计算利用1t废料节约的费用，其中以旧路面材料的平均含油率为4%计算，所节约的砂石料近似地等于旧料的数量，平均运距取为 25 公里。 砂： 30 元/t0.1t3 元； 碎石：85 元/t0.9t76.5 元； 沥青：4200 元/t0.04t168 元； 运输距离：1.5 元/km25km37.5 元；因此再生 1t 废料直接节约的费用在 300 元左右。5.2社会效益分析再生沥青混合料除了具有一定的经济效益外，还间接地具有良好的社会效益和环境效益，而这些效益是无法用货币来衡量的。 因为铺筑再生路面而充分利用了旧沥青混合料，解决了沥青路面翻修所产生大量废料对环境的污染问题，保护了人类生存的环境，符合我国可持续发展战略的要求；因为节约沥青和砂石材料，减少了对材料的需求量，又有助于自然资源的保护，缓和沥青材料供求的紧张状态；因为节省了投资，降低了工程造价，使某些原来不能及时翻修的旧沥青路面得以修复，从而改善了道路状况，保证了行车舒适安全，提高了公路的运输能力，减少轮胎的磨损，降低运输成本，减少可能发生的交通事故。 生产再生沥青混合料能节约矿产资源，有效减缓使用新石料、开采矿石造成的森林植被减少、水土流失等严重的生态破坏，避免了沥青路面旧料对环境的污染，其社会效益也是非常明显的。随着环保要求日趋提高，沥青路面再生将具有更为广阔的市场空间。 沥青路面再生利用经济效益分析表明，将旧沥青混合料进行厂拌热再生，不仅具有直接的经济效益，还具有社会效益和环境效益。