基于热再生沥青混凝土的RAP大比例添加方法分析

胡聪勤

乌鲁木齐汇聚路面工程有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000

RAP再生集料是不同等级公路翻修、改扩建过程中产生的具备较高经济价值的废旧沥青路面材料，同时,也是一种会对环境产生不利影响的固体垃圾。但通过再生技术，RAP再生集料可以再次满足路面设计要求，节省大量生产成本，实现循环再利用,实现路面材料的可持续发展。早在第一次世界大战期间的1915年，美国交通道路行业就开始对沥青路面材料再生技术开始进行研究,率先获得大量的应用成果和实际经验。经历行业内多年的研发和应用，目前国内外已形成各种成熟且效益可观的RAP回收再生体系，随着技术水平的提高，RAP集料的添加比例也逐步提高，为RAP集料回收再利用提供了产业技术保障。

1 研究背景

1.1 热再生沥青混凝土RAP大比例添加技术研究背景

目前我国的公路建设飞速发展，每年投资规模已超过2000亿元。在20世纪90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃，这种状况一方面造成环境污染，另一方面对于我国这种优质沥青极为缺乏的国家来说是一种资源的浪费。同时，大量的使用新石料、开采石矿会导致森林植被减少、水土流失等严重的生态环境破坏。而RAP的热再生技术的应用很好的解决了以上问题。同时，RAP集料的添加比例越高，其创造的经济和环保价值就越高。基于以上原因，热再生沥青混凝土RAP大比例添加技术的研究愈显得尤为重要。

1.2 热再生沥青混凝土RAP大比例添加技术

结合市场占有率和技术普及程度，当前的热再生大比例添加技术有以下两种：

就地热再生：利用沥青路面热再生联合机组来就地完成沥青路面的热再生修复。原有路面材料100%就地利用，不需要搬运废料及废弃物堆放场地，可减少环境污染；对交通干扰最小，现在国外应用很广，国内受限于设备成本大、再生深度浅和无法解决软弱路基和基层的问题，这项技术的应用未得到大批量的普及。

厂拌热再生：将RAP经过翻挖后运回拌和厂，再集中破碎分级，根据路面不同层次的质量要求，进行配比设计，确定旧沥青混合料的添加比例，再生剂、新沥青材料、新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的理清混合料，从而获得优良的再生沥青混合料，铺筑成再生沥青路面。普通厂拌热再生混合料的产量和生产效率受到RAP集料用量的影响，RAP集料添加量普遍较低，仅为混合料总量的30-40%。高添加比例的RAP拌热再生沥青混合料在采用特殊的再生剂和生产工艺后，RAP集料掺配比可以达到50%以上，极大的提高了再生沥青混合料的生产效率，但限于工艺设备投入或改升级成本大，目前技术应用还处于初期起步探索阶段[1]。

2 热再生沥青混凝土RAP大比例添加方式分析

2.1 热再生沥青混凝土RAP大比例添加工艺技术基础

RAP沥青剥离技术：采用适合的设备（如立轴式剥离主机），在尽量保持RAP原始级配的情况下，将裹附在表面的沥青质进行有效剥离，使利用价值最高的沥青质进一步富集，进而高效再利用。

RAP集料高频筛分技术：RAP集料的高频筛分技术能有效的将细集料(粒径3mm以下，沥青相对含量较高)和粗集料（粒径3mm以上，沥青相对含量较低）分离，提高RAP集料的细分化程度，在再利用时能有针对性的根据不同粒径和沥青含量的RAP进行精细化利用。

逆流式柔和加热技术：逆流式柔和加热技术是近几年发展出来的RAP高效加热技术，其技术关键点在于采用逆流式加热，热能利用率更高；大风量炉膛设计，间接柔和加热，避免RAP沥青再次老化；防粘式扬料板设计，解决RAP集料加热后粘附烘干筒壁问题。

RAP沥青再生剂技术：RAP沥青再生剂包括活化剂和软化剂，能够补充老化沥青质中有机成分，改善RAP沥青的沥青质的延度和粘度指标，提高RAP集料拌和和易性和摊铺性能。

2.2 热再生沥青混凝土RAP大比例添加工艺技术影响因素

2.2.1 RAP预处理方式

采用不同的RAP与处理方式很大程度上决定RAP集料级配和沥青相对含量的高低.简单破碎筛分后采用常规热再生添加的方式，能有效保持各种级配中沥青含量变化不多，所以其综合利用率一般在40%以下，成品路用性能较为稳定，较为适合一般企业采用；当采用剥离筛分预处理的热再生添加方式，由于RAP粗集料沥青含量减少较多,可在原生骨料中大比例添加甚至完全取代原生粗集料,其综合添加比例较上一种预处理方式较高。同时，因细集料中沥青含量在二次加工过程中得到提升，采用常规的烘干滚筒加热会造成严重的粘料堵料问题，目前还无法采用热再生的方式对剥离筛分后的RAP细集料进行加热添加，经部分企业小批量的实验，剥离筛分后的RAP细集料进行冷投至拌缸均质拌和成再生沥青混凝泥土，这种方法也能满足规范要求，同时进一步提升了RAP集料的综合添加比例。

2.2.2 RAP集料沥青含量及老化程度

RAP集料沥青含量越高，其利用经济价值越高，采用大比例添加创造更高的经济效益。不同层次的RAP集料的原始沥青含量由上至下逐渐减少，同时随路面的年限的增加呈现降低的趋势，所以，在RAP热再生时，要根据回收料的层次和使用年限进行RAP沥青含量进行定量测定，已达到RAP集料经济价值的最优。同时，以往的沥青路面经过多年的使用，使得沥青老化程度比较严重，与新沥青相比,针入度与延度明显下降，年度和软化点显著提高。不同区域和不同批次回收回来的RAP集料在沥青老化程度也有所不同，这就需要生产技术人员要加以检测区分后进行再利用。同时，RAP集料沥青含量的多少和沥青老化程度的高低关系到再生剂添加量的多少，直接关系到RAP再生沥青混凝土的生产成本。所以，RAP集料沥青含量及老化程度是影响RAP大比例添加工艺的重要因素。

2.2.3 加热烘干工艺

加热烘干工艺直接影响到RAP集料再利用的性能质量，是RAP再生沥青混凝土大比例添加生产工艺的重要质量控制环节。加热烘干工艺的不同，直接关系到生产过程中能源的消耗，决定了生产成本的高低。同时，烘干加热工艺中的加热温度参数的不同，直接影响到RAP集料添加后的路用性能；烘干加热加热温度偏低，RAP集料残余沥青无法有效软化，在拌和时无法与新沥青、新集料有效结合，在增加拌和时间的同时造成成品混合料温度下降，降低摊铺性能和路用性能；烘干加热温度偏高时，一方面增加额外加热能源成本，不利于生产成本的控制，同时过高的温度会造成本就变性的RAP集料表面残余沥青的二次老化，在加热过程中释放更多的有机烟雾，影响整个拌和系统的除尘环保设备的使用性能，极端情况下，会造成烘干设备和管道内部出现明火引燃有机烟雾和RAP集料的安全事故发生。结合当前的RAP集料再利用方式，主流的RAP集料烘干加热工艺有如下两种[2]：

一是顺流式加热烘干工艺，就是加热火焰方向与物料移动方向一致，RAP料与热气流从同一端进入烘干筒，冷RAP料遇高温热气流迅速升温，直到筒体中部才出现温升降缓，最终在烘干筒出口的温度通常为130℃左右。这种方式是目前较为成熟且采用最多的烘干加热工艺。其优点是设备投入成本低，工艺成熟，由于加热温区温度随RAP集料的走向逐步升降低，RAP集料中的沥青对烘干筒的粘附效应随加热温区温度的降低呈升高的趋势，不利于解决烘干筒粘料的问题。同时，为保护RAP料中的旧沥青性能，不宜使用较大功率的燃烧器以防止沥青过热老化，而受RAP料最终加热温度影响，在采用顺流加热式RAP烘干筒的厂拌热再生设备中，RAP的添加比例通常为30%左右，最大不超过50%。由于RAP集料流向是顺火焰方向，即呈现出冷料热火、热料冷火的现象，尾气温度较物料温度偏高，这就造成了这种烘干加热方式较下一种方式在加热能源上偏高。

二是 “逆流式加热烘干工艺采用间接加热方式，物料流向逆着燃烧器火焰喷射方向，即加热方式呈现冷料冷火、热火热料的现象，加热温区温度随RAP集料的走向逐步升升高，RAP集料中的沥青对烘干筒的粘附效应随加热温区温度的升高呈降低的趋势，有利于解决烘干筒粘料的问题。同时采用大容量的热风炉膛，火焰不与RAP料直接接触，热风热量分布更均匀更温和，既能提供充分的接触面积，对RAP物料进行快速加热，又能有效保证RAP料中的沥青不出现老化，保持旧沥青的拌合性能。同时，由于“冷料热火、热料冷火”的现象，逆流式加热烘干工艺的尾气温度可控制在100℃上下，降低了整个烘干加热系统的能量排放，降低了生成能耗成本。经实验论证，部分逆流式加热烘干工艺设备允许加热温度可大于140℃，添加比例超过50%，理论上可实现最大100%的RAP料添加比例[3]。

2.2.4 配合比设计

沥青混合料的配合比设计很大程度上决定了最终成品沥青混凝土路用性能的好坏，尤其在RAP再生沥青混凝土的配合比设计时，要通过实验确定添加RAP集料后的级配和油石比，并根据使用场景的不同适当调整生产参数。

2.2.5 再生剂用量

理论上，再生剂用量越大，RAP添加比例提升越大，但从经济技术层面考虑，其用量不宜过多，推荐使用量为混合料质量的0.3%～0.5%。

2.2.6 RAP再生沥青混凝土使用分层

RAP再生沥青混凝土用于路面基层和面层的添加比例随级配粒径的增加而减小。

2.3 热再生沥青混凝土RAP大比例添加工艺技术要求

要求RAP的预处理设备能够有效还原和筛分集料级配，同时，各级别RAP集料分别堆放，规避高温、雨天等不利环境因素对RAP集料的二次影响。

具备准确测定RAP集料理化性质的检验检测设备及人员。RAP集料理化性质以以下几个指标进行测定分析：矿料级配、沥青含量、沥青老化程度、含水率、矿当量，其中，沥青老化指标通过针入度、延度、软化点参数进行界定。这些指标的测定不仅需要完备的检验检测设备，也需要相关的检测人员具备科学的实验检验方法和素养。企业在计划RAP集料的再利用的前期，就需要综合考虑检验检测设备及人员的配备问题。

具备高效的加热烘干方式，既要保证RAP集料沥青的再加热质量，又要兼顾加热效能。通过加热方式的合理选用，不仅能为企业节省加热所消耗的能源，而且能够提高RAP集料的加热质量，提升成品再生沥青混凝土路用性能。

优化配合比设计，通过试验确定最优油石比和添加级配比例。优异的配合比设计不仅提高成品再生沥青混凝土的路用性能和使用寿命，同时降低生产材料成本，提高经济效益。

要求根据不同沥青老化程度的RAP集料试验确定再生剂的用量。精准的RAP集料沥青老化程度分析，是确定再生剂使用量多少的必要条件，是评判企业在RAP集料再利用的精细化程度的重要指标，合理的再生剂用量有利于成品再生沥青混凝土路用性能的提高。

3 提高RAP添加热比例方式分析

3.1 优化热再生沥青混凝土生产配合比设计

热再生沥青混凝土生产配合比设计关系到最终成品路用性能指标的实现和工厂经济效益，是热再生沥青混凝土生产过程中的重要工艺过程，试验检测人员要根据RAP集料级配、沥青含量的不同，采用马歇尔设计方法确定最优油石比和级配[4]。同时，在路用性能指标的实验过程中，试验检验人员要选取合适的检验指标对RAP热再生沥青混凝土的路用性能进行全面的分析评价，一般选取以下指标进行检验分析：稳定度、空隙率、冻融劈裂强度、动稳定度等关键指标，通过浸水马歇尔实验、冻融劈裂试验、车辙实验等验证RAP热再生沥青混凝土的路用性能。

3.2 优化热再生沥青混凝土生产设备

生产设备是热再生沥青混凝土生产的重要执行部分，生产设备的计量精度、控制响应速度等基础参数关系到RAP集料加热质量、添加比例等关键指标，最终影响到成品路用性能指标。

实验表明，在采用逆流加热设备时，添加RAP集料的热再生沥青混凝土质量更稳定、路用性能更好，添加比例可达到50%-60%之多；同时能耗较顺流加热方式低5%-10%。

工厂决策人员在考虑提高RAP添加热比例的时候，首先要正确意识到生产设备的重要性，保持科学的认知态度，把优化生产设备作为一条提高RAP添加热比例有效途径。

3.3 优化热再生沥青混凝土生产工艺流程

围绕RAP集料级配还原率和沥青含量2个关键指标，生产决策人员根据自身情况选择合适的工艺流程，并严格按照工艺流程配置预处理设备；之后根据预处理工艺，配套或改造现有设备，使其适应预处理后的RAP集料生产要求。一般情况下，当选择破碎筛分工艺时，需配套独立加热烘干设备；当选择剥离筛分工艺时，则无需独立配备加热烘干设备，但应配备相应的冷添加设备。

4 技术展望

热再生沥青混凝土生产的RAP大比例添加技术，是道路交通行业资源循环利用重要组成部分和必由之路，其技术先进程度决定了行业发展的未来。通过以上的分析，这项技术将向着添加比例更高（100%）、路用性能更好、应用范围更宽、经济效益更大的方向发展。

5 结语

综上所述，热再生沥青混凝土生产的RAP大比例添加方法需综合考虑多种因素，避免在最求经济效益的最大化的同时忽略成品的路用性能。新技术和新材料的应用为RAP大比例添加提供了多种可行方案，行业从业人员可根据自身实际情况经过验证后选择性使用。