走近沥青路面材料再生技术

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作为体量巨大的带状构造物，公路路面维修养护过程中，将产生大量的固体废弃物。再生利用是实现绿色循环利用的必由之路，沥青再生技术也由此得到重视。近年来，围绕沥青再生技术，又衍生出了就地热再生、厂拌冷再生等技术。为进一步了解沥青路面材料再生技术，本刊特邀请行业内的专家，详细分析了废旧沥青路面回收料的技术性能、各类再生技术的优缺点和适用场合、再生沥青混合料设计与施工过程中的技术关键，并就再生技术的未来发展趋势提出了相关建议。

再生技术的类型及特点

废旧沥青路面材料再生利用技术根据拌和方式和施工场地的不同，分为厂拌热再生（HCPR）、厂拌冷再生（CCPR）、就地热再生（HIPR）和就地冷再生（CIPR）。由于就地热再生现场设备加热深度有限，全深式再生（FDR）基本以就地冷再生为主，可以说，全深式冷再生是就地冷再生的其中一类。

再生技术的对比

美国沥青路面再生协会（ARRA）所著《沥青路面再生技术手册》中并无关于厂拌热再生的章节，主要原因是将厂拌热再生混合料与热拌沥青混合料（HMA）一视同仁，仅在工艺或材料组成方面略有调整。此外，美国大量使用的是连续式拌和生产方式，而我国大量使用的是间歇式拌和生产方式。该专著对其他三种再生技术均有全面系统的表述。其中，厂拌与就地是指再生混合料的生产场地不同；冷与热是指拌和生产的温度不同。

就地、冷、热再生均需要专门的设备，厂拌热再生的拌和生产是在改进后的热拌设备上进行，而厂拌冷再生根据所采用的胶结料不同，设备也有一定差异。冷再生回收料的掺量主要受级配控制，热再生回收料的掺量主要受加热与投送设备和级配控制。

根据再生技术的不同，材料组成设计方法具有明显差异，热再生混合料配合比设计采用马歇尔击实体积设计法，冷再生混合料配合比设计采用改进的马歇尔击实法，并无体积指标的要求，很显然一类是按照热拌沥青混合料进行组成设计，另一类是按照半刚性基层材料进行组成设计，相应的材料标准也不同，热再生混合料依据热拌沥青混合料标准，冷再生混合料考虑到力学性能的差异，并非参考半刚性基层材料标准，而是采用独特的、介于半刚性与柔性材料之间的一套材料标准，因此，就材料性能而言，热再生混合料优于冷再生混合料。

废旧沥青路面回收料的技术性能

废旧沥青路面材料回收来自两个源头，一个是老旧沥青路面的维修现场，另一个是沥青混合料拌和站正式生产前调试过程中废弃的混合料。废旧沥青路面材料是通过铣刨、挖除、破碎旧沥青路面等方式收集，以及生产过程中废弃的沥青混合料。

这种材料是一种被油（沥青）浸润、界面极性被改善、甚至改变的矿料颗粒，即“黑石子”，而这些“黑石子”下一次再与亲油材料（沥青）进行胶结时，将会具有先天的“亲和力”，相比本质上界面更加亲水的新石子，具有黏附性较大的优势。回收料中一般含有3%至8%的沥青，虽然存在老化，但仍具有一定的黏结性能，通过加热方式再生利用，可以最大程度激活材料原有特性。而常温方式的再生利用，更多是基于固体废弃物颗粒再利用的层面。

沥青混合料回收料性能分析的关键是沥青与矿料的分离，这就需要抽提分离装置，保证将两种材料充分分离，同时回收料中沥青不被二次老化，从而准确分析样品所代表的较大数量回收料性能指标，以便制定有针对性的再生方案。

热再生混合料的拌和工艺

由于冷再生与热再生混合料拌和工艺的不同，热再生技术需要对回收料，加热之后输送添加到拌缸中，加热的回收料由于沥青软化而产生黏性，须对普通矿料加热与输送设备专门的改造设计，否则将导致间歇式拌和楼加热滚筒内壁和热料仓振动筛黏结较多回收料细颗粒，而无法正常运转或低效运转，严重影响热拌沥青混合料的生产。

2019年，在建筑业高速发展的驱动下，我国砂石资源的消耗量超过200亿吨，随着天然砂石资源越发趋紧和环境保护日益增强，砂石采集点和矿山数量大幅减少，砂石供应日趋紧张、价格不断上涨。

再生技术材料汇总

1 厂拌热再生混合料

在沥青拌和厂，将一定比例的沥青混合料回收料（RAP）与新集料、新沥青胶结料和再生剂（必要时）等热态拌和形成的沥青混合料。

2 厂拌冷再生混合料

在沥青拌和厂，将一定比例的沥青混合料回收料与新集料、乳化沥青或泡沫沥青，以及矿粉、水泥、水等在常温下拌和形成的沥青混合料。

3 就地热再生混合料

采用专用热再生设备，对沥青路面就地加热、耙松，并掺入一定数量的新沥青胶结料、矿料和再生剂等热态拌和形成的沥青混合料。

4 就地冷再生混合料

采用专用冷再生设备，对沥青路面就地铣刨、处理，并掺入一定数量的泡沫沥青或乳化沥青、矿料、水泥、水等常温拌和形成的沥青混合料。

因此，用间歇式拌和楼生产热再生沥青混合料，回收料的加热和传送是两个关键环节，是目前国内外沥青拌和楼供应商和相关科研人员技术革新的重要领域，围绕能源效率发挥和设备高效运转，国内外厂家使出浑身解数，最大程度地激活利用回收料原有的性能，不断改进升级拌和生产设备，形成许多专门的技术，如双滚筒加热、螺旋热风、斜向直投等，都是针对回收料厂拌热再生拌和工艺应运而生，既保证了回收料的烘干加热和正常投送，又确保了回收料中沥青不被过度加热碳化。

回收料中沥青经受热、氧、紫外线等作用后，必然会发生一定程度的老化，一般情况下，再生利用时随着掺量增加、性能有所下降，尤其是低温抗裂性能和疲劳耐久性。由于材料性能设计要求、回收料级配和设备加热及投送能力的差异，厂拌热再生混合料的回收料掺量也有所不同，而且始终难以提高，多数在30%以下，目前将温拌与厂拌热再生技术有效结合，可降低终端沥青混合料的拌和温度，也就是降低新骨料、新沥青和回收料的加热温度，从而削弱回收料中沥青软化所致的黏筒、黏缸和堵筛等现象，在保证路用性能的基础上可以适当提高回收料掺量，一般情况下回收料掺量可达40%至60%。

热再生技术还有一个很重要的问题是再生剂的使用，国外也称还原剂，主要目的是在一定温度下与回收料中沥青，充分融合、软化，最大限度地激活老化沥青，继续发挥原有的黏结特性。

交通基础设施建养行业是建筑业中资源消耗大户，以沥青路面为例，沥青混合料中砂石占比超过90%。

一般情况下，沥青老化主要是轻质组分减少、重质组分增多的物理化学变化，再生就是添加轻质组分的过程，在适当的时候添加以便充分融合。所以，新沥青尤其是软沥青，本身即为最好的再生剂，可以增加老化沥青中的轻质组分，如饱和分、芳香分。回收料掺量在10%以下的厂拌热冷再生直接添加针入度较大的新沥青即可，无需添加再生剂。另外，再生剂的掺加与否及掺量大小均需根据回收料中沥青的老化程度来确定，因此对回收料中沥青针入度和黏度检测就显得尤为重要。

冷再生混合料的拌和工艺

冷再生技术施工简便、回收料掺量较大，是提高利用率最直接有效的措施，也是目前应用较为广泛的一项技术。

冷再生采用乳化沥青或泡沫沥青，辅以水泥，作为新的胶结料体系，将回收料黏结在一起，形成一定强度、稳定性的柔性材料。其中，厂拌冷再生一般采用乳化沥青、辅以水泥的方式，在拌和场集中生产、输运到工地、摊铺碾压、养生后开放交通，国内应用该技术已有十几年的时间；就地冷再生多采用泡沫沥青、辅以水泥的方式，现场的再生技术主要是对设备有较高的要求，需要配置一系列机具和设备，其中最关键的沥青发泡设备，目前国外厂家的设备应用较多。但由于就地冷再生需要现场添加新骨料及水泥，而且工地材料颗粒及性能变异性大，铺筑泡沫冷再生混合料施工质量控制难度较大。而对于厂拌冷再生混合料施工，回收料在拌和场分档、检测后，集中拌和生产，可以充分控制质量，对材料性能的发挥具有更加可靠的保证。

冷再生混合料采用乳化沥青或泡沫沥青作为新的胶结料，乳化沥青冷再生与泡沫沥青冷再生混合料的强度增长机理也是不同的。冷再生乳化沥青是中裂、慢裂拌和型阳离子乳化沥青，厂拌冷再生用慢裂型，就地冷再生和全深式冷再生用中裂、慢裂型均可。性能指标包括破乳速度、筛上残留物比例、黏度、黏附性、拌和均匀度、储存稳定性，以及蒸发残留物含量、针入度、延度和溶解度等十余项；冷再生泡沫沥青技术指标有膨胀率和半衰期，可以通过调整发泡温度、用水量和气压等来改善。从以上技术指标可知，乳化沥青有微颗粒大小及均匀度的要求，而泡沫沥青却无微颗粒的要求，这在一定程度上决定了强度形成规律，通过试件的横截面发现，泡沫沥青冷再生混合料中存在均匀分布的黑点，而乳化沥青冷再生混合料却无这种情况，一个是点状分布而另一个是均匀分布。相比而言，乳化沥青冷再生混合料在强度方面略优于泡沫沥青冷再生混合料。

材料组成设计方面，两种冷再生混合料也采用马歇尔击实方法，虽然击实次数都是双面75次和112次，但乳化沥青冷再生有“二次”击实的要求，为“50次+25次”和“75次+37次”两个过程，而泡沫沥青冷再生并无“二次”击实的要求；乳化沥青冷再生混合料设计空隙率须在8%至13%范围内，主要考虑了二次碾压追密的现象，空隙率太大，铺筑上层沥青混合料时路面结构厚度变化较大，空隙率太小则容易发生早期车辙病害。泡沫沥青冷再生混合料试件早期是散的，其空隙率难以测定，故暂时没有要求。然而，乳化沥青冷再生、泡沫沥青冷再生混合料在15℃劈裂强度、干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比，和60℃动稳定度等性能指标基本一致。

沥青来自石油资源，我国储量有限、部分依靠国外进口。

我国提出“高质量发展”的思路，各行各业都在“节能减排、绿色发展”上下功夫。

水泥等填料在冷再生中的功能，学术界暂时尚未有明确结论，但有一点比较明显，采用乳化沥青或泡沫沥青作为新胶结料的冷再生混合料，其中水是必不可少的，在强度形成过程中需要处理好水的去留问题，首先是从连通孔隙中蒸发，其次是自由水转变为化合水的方式。所以，一方面冷再生混合料设计有较大的空隙率，另一方面冷再生多数采用水泥发挥水化作用、实现自由水的固化。相关规范中建议水泥用量不宜超过1.5%，不应超过1.8%，起到提高早期强度和水稳定性的作用，过多的水泥会降低抗裂性、增加脆性，从而丧失柔性材料优势。

再生技术适用范围

再生技术的适用范围，实际上是根据回收料性能、路面性能状态、交通环境、道路等级、施工条件、资金情况及再生技术特点等，选择再生技术的逆过程。现行规范按照公路等级和路面结构层位，推荐了适合的再生技术，涉及高速公路、一级、二级、三级和四级公路，涵盖路面表面层、中面层、下面层、基层和底基层五个竖向深度，给出的建议为“可使用、宜使用、不应使用”3种。

根据再生混合料性能和质量控制难度，一般来说，厂拌热再生优于就地热再生、厂拌冷再生、就地冷再生和全深式冷再生，但回收料的掺量却是相反的方向。性能越好，可使用的公路等级和层位就越高，例如：厂拌热再生对于高速公路、一级和二级公路的表面层是“可使用”、中下面层及基层是“宜使用”，其他等级公路和层位是“宜使用”，底基层一般均不使用厂拌热再生，原因在于资源利用效率是最低的。美国部分州不允许厂拌热再生在表面层使用，而在中下面层中使用却未限制掺量，我国可根据材料性能和掺加比例适当选择，例如：北京市曾将掺量10%的SMA回收料用于铺筑SMA-13表面层。

就地热再生主要用于高速公路、一级、二级公路的沥青面层，尤其适合高速公路、一级公路的中、表面层。考虑到就地热再生具有较高的附加值，三级公路、四级公路沥青面层不应使用。这种方式对现场加热设备有较高的要求，加热、耙松与拌和的均匀度是施工质量的关键，各环节组成一列综合作业机组，需要一定空间的施工场地，考虑到加热效率问题，再生深度应与加热功率相匹配。

乳化沥青厂拌冷再生一般不能用于各等级公路的表面层，宜使用在高速公路、一级公路的下面层和基层，用于二、三和四级公路可以提高层位。

就地冷再生一般不能用于高速公路、一级公路的中、表面层和二级公路表面层，宜使用在下面层和基层，也适宜在三、四级公路各层中使用。

全深式冷再生宜用于各等级公路的基层、底基层，低等级公路可以适当提高层位。泡沫沥青冷再生适合就地再生、短距离厂拌再生，其关键是沥青发泡设备，一类是移动式，另一类是固定式，根据运距的远近合理选择。乳化沥青冷再生以集中工厂为主，回收料掺量可达100%。

就地再生技术的使用需要评估路面技术状况。其中，就地热再生要求路面结构强度指数PSSI不小于80，回收料沥青针入度不小于20（0.1毫米）、沥青含量不小于3.8%；就地冷再生要求PSSI不小于80，路面破损状况指数PCI不大于90；全深式冷再生要求PSSI不小于70，PCI不大于85。同时，就地再生技术的应用要求路面病害主要集中在再生深度范围内、下承层的强度应符合设计要求，可以保证再生技术的使用效果。

结构组合设计时，应结合回收料再生技术的加热深度、可压实厚度来确定再生层路面结构厚度，采用一级加热耙松工艺的就地热再生深度宜在20毫米至60毫米，乳化沥青或泡沫沥青冷再生压实厚度宜在80毫米至200毫米，全深式冷再生压实厚度宜在100毫米至200毫米范围。同时应根据交通荷载等级，根据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）的规定确定冷再生层的厚度，厂拌热再生混合料的厚度设计应符合该规范对应级配类型的相关规定。

从节约资源的角度而言，再生利用是解决矛盾的重要途径。

再生技术的未来发展趋势

交通运输部《“十三五”养护管理发展纲要》提出：实现“养护科学决策、绿色养护生产、科学养护实施、良好路况、良好桥隧状况”等五个养护转型的目标，要求国省干线公路每年大中修的比例不少于13%，其中大修不少于8%。

针对废旧沥青路面回收料再生利用，国内外学术界科研力度持续加大、工业界不断推进工程实践。面对我国繁重的路面养护任务和巨大的环境保护压力，应从“深加工和多元化”角度思考废旧沥青路面回收料的再生利用问题。

热再生技术的回收料掺量大比例方向

冷再生技术在回收料级配合理、使用层位较低时可以达到较大掺量，理论上可达100%，而热再生技术考虑到性能要求和较高的使用层位，掺加比例多在30%以下，提高回收料掺量始终是困扰行业发展的问题，需从高效再生剂开发与加热传送拌和工艺方面寻找突破点。将温拌技术用于厂拌热再生，改变了掺加工艺参数，部分解决了黏缸、黏筒及堵筛的问题，将掺量提高到50%左右。下一步应在保证路用性能不降低情况下，研发更高掺量的厂拌热再生。

基于回收料分类精细化的多元化利用方向

厂拌再生根据回收料分档，按照级配确定冷料仓上料的比例而拌和生产，这种分类分档是为更加精准地控制混合料质量，确保其性能。目前，再生技术回收料最多分中、粗、细三档，实际上，回收料分档越多对于再生利用更有好处，越细的沥青含量就越多、越粗的沥青含量就越少，根据材料组成可以确定更加适合的利用方式，细的部分可以用于稀浆封层、微表处施工中提高材料黏聚力，超细的部分可以作为硬质沥青来改善混合料的抗车辙能力，中、粗部分也可以与花岗岩集料掺配使用以提高水稳定性，这些方式可以实现废旧沥青路面回收料的多元化利用。

基于提高使用结构层位的高效利用方向

热再生可用于各沥青面层，但表面层的大规模工程应用并不多见，我国高等级道路路面典型结构基本上是“玄武岩或辉绿岩表面层+石灰岩中下面层”，表面层主要考虑到抗滑性和抗滑耐久性，使用质地不同的石料。

经济发达地区沥青路面表面层大量使用沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA），该材料优质粗集料多、沥青含量大、矿粉比例大、还掺加纤维加筋材料，经过十多年的使用需进行维修，SMA回收料的再生利用也应当用于表面层SMA混合料中，含有更高附加值的SMA回收料，应用于更高的路面结构层位，从而实现高效再生利用，即“好钢用在刀刃上”，这是才最大限度的节约资源和保护环境，从而实现绿色高质量发展。

废旧沥青路面回收料的再次再生

我国对一次再生的研究和实践已有十多年的时间，但早期建设的公路将迎来第二次、第三次大修，再生过一次的废旧沥青路面材料如何再次再生，需要系统掌握沥青、改性沥青长期老化的性能衰减规律，从而得到合理利用的方法。