公路黑色固体废弃物循环利用与厂拌热再生中基准料合成技术

郭小宏

（重庆交通大学 经管学院，重庆 400074）

沥青路面在建成使用一定年限后，由于受多种因素影响，原路面混合料的性能会发生变化，不能满足路用性能要求。在山区公路沥青路面的使用中，由于环境状况和技术状况复杂，原路面混合料的性能变化更快、变异性更大。这样在恢复路面性能的养护工程中，会产生大量的黑色固体废弃物。这些黑色固体废弃物实质是不能达到沥青路面结构层性能要求的旧沥青路面材料，若将其废弃，将给公路沿线带来严重的环境污染与生态破坏。所以在山区公路养护中，考虑到环境保护的特殊要求，恢复沥青路面性能所采用的养护技术，一定要符合资源节约、节能减排的绿色养护要求，将养护与资源循环利用相结合。

在公路养护中，若能将大量的黑色固体废弃物重新加以循环利用，将这些不能达到沥青路面结构层性能要求的旧沥青路面材料加工成符合路面结构层性能要求的材料，既能满足公路养护对混合料的需求，同时也能避免公路养护中旧料对环境的污染与破坏、缓解公路养护资金压力，因此沥青路面厂拌热再生技术就成了必然的选择。

然而，沥青路面厂拌热再生技术对原沥青路面材料性能的稳定性要求较高，这与实际的黑色固体废弃物性能变异性大、稳定性差形成较大矛盾。因此，分析研究公路黑色固体废弃物的性能与变异性，掌握其性能和变异的变化规律，采用针对性的预处理技术，将黑色固体废弃物加工成各项性能相对稳定、符合沥青路面厂拌再生对原材料性能要求、能够形成不同规格的再生材料原材料——RAP基准料，就变得十分重要。我们将这一技术称为“旧沥青路面材料基准料合成技术”。

表1 某高速公路沥青路面不同车道黑色固废性能变化情况

1 公路黑色固体废弃物的性能与变异

（1）路面不同的行车道，由于承受的车轮荷载不同，导致不同车道、不同路段固废的沥青含量、集料级配的变化不同。表1为国内某条高速公路养护前不同车道固体废弃物的性能变化情况；表2为同一高速公路不同路段固体废弃物的性能变化情况。表1与表2说明：同一高速公路路面在通车运行多年后，由于路面所处的环境与技术状况不同，养护中不同车道、不同路段的固废性能是不同的。

（2）同一路段、不同年限路面固废的沥青含量、集料级配的变化。图1为国内某条高速公路养护前同一路段、不同年限路面固废的级配变化情况；表3为同一路段、不同年限路面固废的沥青性能变化情况。

图1筛分曲线显示：大粒径粗集料几乎没有，说明固废材料中原来大粒径集料基本上已经破碎转化为小的集料；与规范AC-20Ⅰ相比，大于13.2mm的颗粒明显比规范减少，而4.75 9.5mm的颗粒则比规范明显偏多。表3说明：使用5年和10年的固废材料中，旧沥青3大指标的值在规范要求之外；与原始新沥青比较，针入度、延度降低，软化点升高，说明2个年限的沥青都有不同程度的老化；10年旧沥青的针入度和延度比5年旧沥青低，软化点则比较高，说明了沥青的老化程度随着使用年限的增加而增大。

图1、表1-表3说明：由于原路面设计、施工和不同的外界运行环境，加之后期路面养护情况不同，同一时期公路养护中产生的公路黑色固体废弃物其性能呈现较大变化与差异性。

2 公路黑色固废转化成沥青路面再生原材料的机理

如果将公路黑色固废作为一种可以利用的资源，通过循环利用的途径，将其变为沥青路面养护中的热拌沥青混合料，对不同来源的黑色固废而言，最重要的问题是解决黑色固废性能变异性大、稳定性差与沥青路面厂拌热再生技术对原沥青路面材料性能的稳定性要求较高所形成的矛盾。

“旧沥青路面材料基准料合成技术（Reference Material Synthetic Technology of Hot Mix Recycled Mixture，简称：基准料合成技术 RMS-HMR）”就是针对这一问题，采用针对性的预处理技术，将实际黑色固废中的集料级配、沥青含量与沥青老化程度的变异情况进行控制，将其加工成各项性能相对稳定、符合沥青路面厂拌再生对再生原材料要求的一种绿色公路养护技术。

RMS-HMR通过以下4个工艺过程实现降低黑色固废性能的变异性，提高稳定性，并将黑色固废加工成不同规格要求、性能稳定的热拌再生混合料原材料——基准料。

（1）使用柔性破碎技术，分别对不同来源的黑色固废进行破碎、筛分与分档，并分别堆放。不同来源的黑色固废性能不同，采用柔性破碎技术分别破碎，可使不同来源的黑色固废性能保持稳定，避免变异性的扩大；对破碎后的材料进行筛分与分档，根据当地常用的热拌再生沥青混合料类型与目标级配，将材料分成2 5档并进行筛分。分档较多时，同一档料的均匀性就越好，但堆放的堆数也越多。按照《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）的要求：RAP最大粒径应小于再生混合料的最大公称粒径。根据RAP的最大公称粒径，理论上可以将破碎后的黑色固废分成以下档：0 4.75mm，4.75 13.2mm，13.2 16mm，16 19mm，19 26.5mm或近似档位的黑色固废颗粒料。

表2 某高速公路沥青路面不同路段黑色固废性能变化情况

图1 某高速公路同一路段、不同年限路面（AC-20Ⅰ)固废的级配变化情况

表3 某高速公路同路段不同年份的路面固废沥青（70号A级）沥青性能变化情况

（2）对不同料源与档位的黑色固废颗粒料进行综合性能与变异性分析，并对同一档位而且性能相近、但料源不同的黑色固废颗粒料进行混合。根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）中规定，对不同料源与档位的黑色固废颗粒料堆的材料性能与变异性进行取样分析，包括含水量、原沥青的老化情况、油石比、级配等；通过比较不同颗粒料堆的材料性能与变异性，对同一档位且性能相近、但料源不同的黑色固废颗粒料堆进行混合，以减少颗粒料堆数量；对混合后不同档位的黑色固废颗粒料材料再次进行综合性能与变异性分析，以确定不同档位的黑色固废颗粒料材料有利于不同规格基准料的合成。

（3）根据再生沥青混合料目标级配与各档位黑色固废颗粒料的配比与变异性，以黑色固废颗粒料的实际配比与变异情况为基础，通过运用灰色关联法计算，进行适用于沥青路面厂拌再生技术的再生材料原料合成设计。按最接近再生沥青混合料目标级配的要求，确定每一档黑色固废颗粒料的比例，并按确定的比例，将各档黑色固废颗粒料充分混合，成为用于某一再生沥青混合料目标级配设计的基准料。

（4）检验基准料级配。若基准料关键筛孔与再生沥青混合料目标级配中值距离绝对值的平均值K0、变异系数CV都小于目标级配上下限对应的值，则用于该再生沥青混合料目标级配设计的基准料合成成功。基准料级配越接近目标级配，则添加新集料就越少，就越节省资源。

3 公路黑色固废转化沥青路面再生原材料——基准料的生产过程

将公路黑色固废作为一种可以利用的资源，则公路黑色固废转化成沥青路面再生原材料——基准料的合成生产过程为：RAP料就地预处理 → RAP料破碎 → RAP料筛分 → 不同档位RAP颗粒料储存 → 不同规格基准料拌合 → 不同规格基准料储存。

3.1 旧沥青路面材料分段移除

（1）旧沥青路面标识与分段。根据旧路面材料的性能调查情况，依据旧路面材料的品质差异，对不同品质的旧路面材料所处路段进行标识与分段。品质差异不大的旧路面材料可用相同的标识。

（2）旧沥青路面材料移除。利用旧沥青路面材料移除设备，根据已经标识的路段进行路面材料的移除。当采用路面翻松设备移除原路面材料时，对同一标识路段内的翻松材料可以就地进行预处理，并将处理后的材料运至后场堆放。不同标识路段内的材料应分别堆放。当采用路面铣刨设备移除原路面材料时，对同一标识路段内的路面材料应分层铣刨，并运至后场堆放。不同标识路段内、不同结构层的材料应分别堆放。

（3）旧沥青路面材料堆放。严禁将不同性质的旧沥青路面材料混合堆放。当不同路段的旧路面材料性能相近时，可以混合堆放。

3.2 旧沥青路面材料破碎与筛分

（1）旧沥青路面材料的破碎。应考虑到本年度（或季度）内，对本地区厂拌再生沥青混合料不同类型与基准料不同类型的需要。一般情况下，旧沥青路面材料破碎后形成的料粒径范围应在本地区基准料不同类型的需要范围。

（2）旧路面材料的破碎方式。采用柔性破碎机或专用的RAP料破碎机，对块状黑色固废进行破碎处理。柔性破碎技术采用让双辊式破碎机2个滚轴的转动速度不同，同时辊子遇到过硬或不可破碎物时可以自动退让，可使块状的黑色固废在破碎过程中沿辊子表面切线方向受到较大切向力，这样在法向压力与切向剪力的共同作用下，使得黑色固废的破碎过程呈现出一种复杂的揉搓作用。在这种揉搓作用下，块状黑色固废中不同粒径的颗粒料沿着结合的界面被揉搓分离，被分解成更小粒径的颗粒料。这一过程称为揉搓分离过程，提出的这一技术称为黑色固废柔性破碎技术。通过柔性破碎与筛分降低黑色固废性能的变异性，提高了稳定性。

在技术条件许可时，也可采用RAP料破碎机破碎旧沥青路面材料。该设备作业时，对集料破坏较少，能够保证材料的原有级配。

（3）筛分与档位。破碎后的旧沥青路面材料应进行筛分，应根据本地区基准料不同类型的需要范围，进行分档与选择档位。

为了精确控制黑色固废的变异性，提高黑色固废在再生混合料中的掺配率，黑色固废颗粒料粒径应控制在0 4.75mm、4.75 13.2mm、13.2 16mm、16 19mm、19 26.5mm等档位或近似档位。一般情况下，筛分的档位应划分为3挡：0 4.75mm、4.75 9.5mm、大于9.5mm。

对于不同来源地的黑色固废，应分别破碎后，分别筛分；对于不同来源地、但性能相近的黑色固废，经充分混合、破碎后，应一同筛分。黑色固废经过筛分，形成了规格不同、但性能稳定的黑色固废颗粒料。

（4）细料的有效利用。0 4.75mm档位的细料中含有大量老化沥青，但同时可能含有大量泥土。为了减少0 4.75mm档位老化沥青的流失，避免泥土对该档料的污染，在旧沥青路面材料移除前，应对原路面进行清洁，扫除泥土及污染物。

3.3 黑色固废颗粒料拌合

（1）黑色固废颗粒料拌合设备作业参数的确定。根据拟合成的基准料类型及各档黑色固废颗粒料在该类型基准料中的投放比例，分别调整拌合设备配料系统作业参数。当初步拌合出的基准料集料级配符合该类型基准料设计级配时，配料系统作业参数即可予以确定。

（2）沥青再生剂供给系统作业参数确定。当确有必要在黑色固废颗粒料拌合阶段，再生黑色固废颗粒料的旧沥青时，应按沥青再生剂的选用要求与确定的剂量，调整并确定沥青再生剂供给系统作业参数。

（3）黑色固废颗粒料上料。利用装载机将相关档位的黑色固废颗粒料按要求供给拌合设备配料系统。一种档位的黑色固废颗粒料，对应配料系统1个料斗。正常生产中，配料系统各料斗中黑色固废颗粒料不能出现短缺。

（4）基准料拌合。搅拌机拌合RAP颗粒料时，搅拌轴的作用速度应稳定，避免忽快忽慢。黑色固废颗粒料的拌合时间不宜过长，防止离析。具体拌合作业参数以拌合出的基准料中各粒径黑色固废颗粒料分布均匀为宜。

（5）基准料出料。拌合好的基准料直接卸给自卸汽车或成品料皮带输送机进行存储。

表4 基准料合成生产过程的质量控制标准

3.4 基准料合成生产过程的质量控制

基准料合成生产中，其质量应满足表4的要求。

4 技术应用效果

截止到2017年底，本技术先后在贵州江口、铜仁的多个国道、省道的公路改扩建工程中得到应用，累计里程达35km。在应用本技术前，该地区采用厂拌热再生技术处理黑色固废的效果不明显，每吨热拌再生沥青混合料中黑色固废掺量在15%，并且热再生混合料质量不稳定。应用本技术后，每吨热拌再生沥青混合料中的黑色固废掺量实际为40%以上，目前依托工程的技术观测时间已经超过4年。

依托工程应用的技术效果为：通过对黑色固废采用本文提出的RMS-HMR技术，与新拌沥青混合料相比，可将每吨热拌再生沥青混合料中的黑色固废掺量实际提高到40%以上；利用本技术拌制的再生沥青混合料质量稳定，满足规范要求。

依托工程应用的经济与环境效果为：每吨热拌再生混合料可节约新集料390kg，节约新沥青9.5kg，减少黑色固废400kg，减少CO2排放量2.4kg。在项目实施中，节约沥青路面直接养护费用10%左右。

贵州的依托工程实践证明：RMS-HMR技术具有良好的经济效益，显著的社会效益与环境效益。