沥青路面回收料高比例温拌再生技术研究现况

（福建工大岩土工程研究所有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

据交通运输部发布的《2019年交通运输行业发展统计公报》显示，截至2019年末，我国公路总里程为501.25 万公里。沥青路面具有良好的路用性能及舒适的驾驶感，已经成为一种广泛应用的路面形式，以不同类型的沥青及沥青混合料结构满足各种严峻环境的考验，使用率占比高达90%以上。

沥青路面的设计使用年限为10～15年，上世纪末和本世纪初修建成的公路都已经步入大中修期，产生了许多沥青路面回收料。具不完全统计，每年仅干线公路维修工程所产生的回收料高达1.6 亿吨，如此之多的回收料，如不加以再利用，常年堆积在室外不仅对沥青、土地资源造成浪费，甚至会对环境产生一定程度的污染，严重损害周边群众的人身安全。

传统的再生方法中，新加集料的温度需高于热拌温度10～15℃，达到185℃以上，高温制作不仅会造成旧料沥青的二次老化，还会造成能源浪费、粉尘和有害气体排放等环境污染问题。温拌沥青技术可一定程度上避免这些问题的产生。

由于RAP（再生沥青混合料，Reclaimed Asphalt Pavement 的缩写）掺量的增加，RAP 的抗水损坏性能和低温抗裂性能会快速衰减，不能满足相关规范要求，目前RAP 掺量一般为20%～30%。如何提高RAP 的掺量，本文对沥青路面回收料高比例温拌再生技术研究现况进行整理，可为同行学者研究进行参考。

1 沥青路面回收料应用现状

二十世纪初，美国学者Warren Brother 对沥青路面回收料进行热再生，并完成了路面再生试验。二十世纪八十年代，美国公路系统逐渐发展并趋于完善，且由于中东战争引发的石油资源缺乏，导致原材料供应不足，而公路系统不断产生大量的沥青路面回收料，再生技术再次受到重视。

二十一世纪以后，美国道路行业应用了大量的再生沥青混合料，利用了超过半数的回收沥青混合料，再生技术在再生剂的研发、再生沥青混合料配合比设计、再生设备等方面的研究逐渐完善。

董文龙调查了美国沥青路面回收旧料利用行业的情况，2011年美国RAP平均添加比例约为五分之一，然而在再生过程中只使用少掺量的RAP 依然无法解决严重的回收料问题，导致再生效益不明显。

《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T5521—2019）和美国沥青再生协会（ARRA）将沥青路面再生方式分为厂拌冷再生、就地冷再生和全深式冷再生、厂拌热再生、就地热再生5 种。目前厂拌热再生在我国使用最广，再生后混合料性能与新料基本相当。在热再生中掺量太高的废旧RAP 会严重影响再生路面，大量有害气体也会随着较高的施工温度产生。增加RAP 再生料的混合比例，同时需要增加再生剂的投入，造成的后果是成本大幅增加和路用再生效果一般，因此这项技术在国内外的使用都受到了一定的限制。沥青路面冷再生多用泡沫沥青以及乳化沥青，但处理后路用性能较差。温拌再生沥青路面是在热再生的基础上添加温拌剂，在降低路面拌和温度的前提下，使温拌再生沥青混合料具有良好的路用性能。加入温拌剂可以降低路面的拌和温度可达20-30℃，RAP 旧料的利用率可达40%以上，这不仅能节约能源，而且废旧路面原料得到了有效的利用。因此研究温拌再生技术进，具有重大的意义且颇具应用前景。

为实现筑路材料的循环再生利用和可持续发展，有必要对沥青路面温拌再生应用成套技术进行研究，使得沥青路面材料高比例回收利用，而且温拌再生沥青材料可以应用于道路上面层，能减少新材料的利用，有助于温拌再生技术的推广应用，具有良好的社会及经济效益。

2 温拌再生技术途径

相比于热拌再生，温拌再生组成材料较为复杂，制备工艺要求更高。为使温拌再生高掺比回收料的沥青路面性能良好，需要提出一套高掺比回收料温拌再生成套技术方案。通过文献调研，主要从沥青路面温拌技术、沥青路面再生剂、RAP 大掺量设计、再生沥青混合料配合比设计方法、温拌再生沥青混合料性能五个方面进行介绍。

2.1 沥青路面温拌再生技术

目前广为采用的温拌技术主要有机添加剂法、化学添加法和发泡技术。

我国在上世纪八十年代开始对路面试验段进行试验研究和铺筑研究，经过几十年的发展，我国在温拌再生领域也取得了成果。通过室内混合料配合比试验，温拌沥青混合料的设计方法和压实试验，阮妨对温拌沥青混合料拌和与施工温度进行了初步研究。上述试验结果表明，温拌沥青混合料配合设计方法与热拌沥青混合料不同，存在一定的差异，有必要制定专门的设计规范对其进行规定[1]。吴英彪对泡沫再生沥青的研究发现，泡沫沥青的再生能较大程度的降低混合料的拌和温度，这是与热拌沥青混合料相比得出的结论。在旧料掺量为25%的条件下，泡沫再生相比于热拌沥青混合料少消耗能源达到了30%，应用前景可观。徐世法、李根等人评估了基于Sasobit 的温拌再生沥青混合料在RAP 掺量分别为0%、15%、30%、45%、60%时的性能，这些实验得出的结论是，140℃是温拌沥青混合料的最低压实温度，并且RAP 掺量越多，水稳定性能越低，高温性能越强，疲劳性能越低，并且RAP 掺量为30%是性能衰变的拐点。刘唐志研究了不同RAP 旧料中Evotherm 温拌沥青路用性能，试验结果表明，对于某一特定工程，RAP 旧料的掺量应该根据实际的工程试验来定量，一般Evotherm 温拌沥青RAP 旧料掺量介于30%-40%之间[2]。

2.2 沥青路面再生剂

沥青路面上的沥青结构会在各种自然因素和汽车荷载的作用下发生变化，这会导致路面的物理性能和力学性能下降。沥青所含的四种成分中，其中饱和分含量在老化过程中基本不发生变化，芳香分转化为胶质，胶质又转化为沥青质，因此直接造成了老化后的沥青针入度降低，粘度增加。通过添加一定再生剂提高其流变指数并降低其粘度的过程称为沥青再生。添加再生剂后再次改变老化沥青的组分，通过对组分的分析，适量减少沥青质含量时，胶质和油分的含量也会逐渐增加。此时芳香分由于沥青质有较好的溶解和分散能力，它的含量成为了再生剂的技术指标之一。再生剂必须具有良好的流变性质才能使得再生剂与老化沥青充分混合。同时，再生剂和老化沥青之间的充分渗透也表明对再生剂的粘度要求相对较低，一般在0.01～20Pa S 范围内。

自上世纪石油危机以来，再生剂已进入快速发展时期。沥青再生剂在不同时期的组分、作用有很大不同，再生剂的发展经历了四个主要阶段：

第一阶段：再生剂调制的初始阶段发生在20世纪70年代，降低粘度的方法是向老化沥青中加入较低粘度的油分。因此，石油工业生产出的轻质产品成为了该阶段再生剂的主要成分，其组分主要是三环或四环的芳烃。分子量小、粘度低和渗透性能良好是它的特点，但再生路面的早期阶段容易产生车辙、整体耐久性较差，代表专利有US3793189、US4074894、US4067552等。

第二阶段：再生剂的结构类型发生变化发生在上世纪80年代后，在这个阶段高闪点、大分子量的渣油类再生剂得到推广和应用。同时，为提高再生路用性能，增加其粘性，再生剂中会加入聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等组分。

第三阶段：生剂改性开始受到学者的关注是在90年代之后，在再生剂成分没有大变化的条件下，树脂、氯丁橡胶、芳香族烯烃单体等高分子聚合物在混合料拌和过程中加入到再生剂中，同时，在一些道路工程中，废旧橡胶轮胎粉末也被用作添加物。

第四阶段：21世纪以来，沥青再生剂的发展出现两主要方向，一方面，直接喷射到路面上将再生剂作为沥青封层，可以起到预防性养护的作用。它还可以封闭沥青路表面的裂缝，延长了道路的使用寿命，日本JSR 株式会社的RF 系列再生剂为这类型再生剂的代表。另一方面，再生剂的调制也越来越趋向于绿色环保。武汉理工大学吴少鹏等人利用废弃食用油对三种老化沥青进行再生研究，试验结果表明废弃食用油能够软化老化沥青。东南大学龚明辉利用生物柴油残渣获得的生物油对老化沥青进行再生，研究表明生物油能恢复老化沥青的物理性能和流变性能。

2.3 RAP 高掺量设计

如何提高再生沥青混合料中RAP 的配合比例是目前对沥青再生技术研究的主要集中点。高RAP 掺量通常意味着RAP 料质量比占混合料总质量的20%至30%或更高，然而，随着RAP 掺量的增加，再生沥青混合料的耐久性会明显降低。

尽管现在美国路面废料的利用率稳定在80%以上，但与厂拌热再生混合料相比，RAP 掺量并不高，在2011年时平均RAP 掺量提高到了19.1%，这是因为美国成立了相关专家组，致力于提高高RAP 掺量的厂拌热再生混合料在沥青摊铺中的应用，即使这样，高RAP 掺量的再生沥青路面仍不常见。随着再生利用规范的不断出现和修订，日本将RAP 掺量从2000年的32.5%提高至2013年的47%。

王础通过试验发现采用25%的新料、6%再生剂以及与之相应比例的RAP料和新沥青时，再生混合料路用性能最佳。

左锋研究发现RAP 掺量提高会使沥青混合料的抗裂性能明显降低；温拌技术会促进新旧沥青之间的混溶，但不利于再生沥青混合料的水稳定性；结合红外光谱分析结果，推荐RAP 掺量为30%[3]。

熊文涛提出40%RAP+Evotherm 再生混合料Sup-20 的路用性能均符合技术要求，且表现出更好的高温抗车辙变形能力。

汤文通过室内试验研究了回收沥青混合料掺量（质量分数）对Evotherm温拌再生沥青混合料高温稳定性、低温性能、水稳定性及疲劳性能的影响。结果表明采用Evotherm 温拌技术可将RAP 掺量提高到50%。李国涛研究发现合肥誉盛公司的Z4-EM 再生剂具有较好的再生效果，130℃的条件下可以完成RAP100%全再生，并且具有良好的路用性能。

2.4 温拌再生沥青混合料配合比设计

沥青混合料再生包括沥青再生和矿料再生，沥青再生通过添加一定再生剂减少其粘度和增加其流变指数；由于矿料在使用过程中的碎裂使其细化，因此在旧沥青混合料中，规定级配曲线一般在矿料的级配曲线下方。矿料的再生就是在旧沥青混合料中添加新的矿料而重新调整混合矿料的级配，使其满足指定的级配要求。厂拌热再生配合比设计通过马歇尔设计方法经过目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段完成。通过以上三个阶段确定回收沥青路面材料（RAP）的掺配比例、新材料的品种及配比、矿料级配和最佳沥青用量。

陈梓宁等运用流变学试验原理和SHRP 试验方法，通过对不同掺配比例的再生沥青进行试验评价，从而得到兼顾高低温性能的旧沥青、再生剂和新沥青的最佳掺配比例及RAP 掺量。

许萌通过测定RAP 中旧矿料颗粒迁移状态，在探究旧矿料颗粒迁移规律的基础上，总结了基于相关规律的热再生沥青混合料级配优化设计方法。

陈舟宇将室内试验结果与依托工程相结合开展就地热再生沥青混合料优化设计研究，确定加入5%的再生剂，以恢复老化沥青的性能；加入15%的新沥青混合料以调整路面混合料级配优化其性能。现场检测结果表明路面总体质量能达到新建沥青路面的标准。

彭博进行温拌再生混合料AC－16 配比设计，确定其级配组成比例及再生剂、温拌剂掺量，并以此AC－16 再生混合料制作试验试件，确定最佳压实温度，最后分析RAP 掺量对温拌再生混合料压实温度的影响程度[4]。

2.5 再生沥青混合料性能评价

沥青路面在使用过程中受自然环境和行车荷载作用，路面材料发生老化和疲劳破坏，致使路用性能下降直至破坏。沥青路面再生旨在恢复材料性能使沥青路面恢复其功能，因此再生沥青混合料性能是对沥青路面再生效果的评价的主要指标。

陈静云研究在再生剂和不同掺量改性剂作用下取得的“再生-改性”沥青的性能，再生剂加改性剂的再生-改性方案可显著提升沥青的高温抗车辙和低温抗开裂的能力。

杨泽华通过多组高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及力学性能试验对不同RAP 掺量下泡沫温再生沥青混合料路用性能进行分析，研究结果表明材料的不均匀性可以通过RAP 材料分档处理后得到减小，这有利于保持级配的整体稳定；泡沫温再生混合料高温稳定性迅速提高、力学性能增强、低温抗裂性下降和水稳定性先小幅增大后大幅减小都可以随着RAP 掺量的增加而得到改善。

李达研究旧料掺量对温拌再生沥青混合料耐久性的影响，旧料的增加在一定程度上降低了沥青混合料的抗开裂能力，使混合料向脆化方向发展，当旧料掺量达到一定水平后，再生沥青混凝土的抗裂性能将不再降低；相同RAP 含量时，热再生沥青混合料浸水后抗变形能力、抗裂能力及动态模量均高于同等条件下的温拌再生混合料。

丁济同研究不同掺量RAP 对温拌再生沥青混合料性能的影响，温拌再生沥青混合料的高温稳定性优于温拌沥青混合料，低温抗裂性能均低于温拌沥青混合料，在RAP 掺量高于50%时，其水稳定性低于温拌沥青混合料[5]。

3 结论

由于RAP 掺量的增加，再生沥青混合料的抗水损坏性能和低温抗裂性能会快速衰减，不能满足相关规范要求，现目前沥青路面回收料利用率不高，RAP 掺量一般为20%～30%，很少有RAP 掺量超过30%的案例。如何提高RAP的掺量，本文对沥青路面回收料高比例温拌再生技术研究现况进行整理，可为同行学者研究进行参考。