沥青路面再生利用关键技术研究
沥青路面再生利用关键技术研究
报告简本
1研究背景
公路沥青路面再生是通过重复利用沥青和石料，最大限度地利用资源和减少环境污染（减少开采石料造成的环境破坏和丢弃旧沥青混合料的直接污染）的技术，将需要翻修或废弃的旧沥青路面，经翻挖、回收、破碎、筛分，再与部分新集料与新沥青（及再生剂，必要时）适当配合，重新拌制获得满足路用性能要求的再生沥青混合料，并用于铺筑路面面层或基层。
沥青路面再生利用可为国家节约大量的沥青与砂石材料，缓解资源消耗压力；有利于处治废料，循环利用资源，保护生态环境。根据国外经验，沥青路面再生利用可以降低工程造价，提高寿命周期成本效益。因此，沥青路面再生利用应该成为我国公路建设可持续发展和保护生态环境的战略手段，可以期待显著的经济效益和社会效益。
自本项目立项后，由浙江兰亭高科有限公司主持，长沙理工大学、湖南省交通科学研究院、四川省交通厅公路规划勘察设计研究院、浙江省公路管理局共同参加，于2004年12月～2007年12月共同开展西部交通建设科技项目－“沥青路面再生利用关键技术研究”。
项目组结合项目的实践工程，通过大量的资料整理、室内试验、试验分析和理论研究、检测测试，在再生设备评价及选用、再生剂研制及选用、旧沥青路面性能调查与再生方式选择、沥青路面厂拌热再生关键技术研究、厂拌冷再生关键技术研究、就地热再生关键技术研究等方面，得到了一批有价值的可供工程应用参考的研究结果和建议。为此，本报告将根据研究大纲确定的研究内容及项目研究过程中解决的新问题，对本项目获得的主要研究结果和结论进行总结。
2国内外研究现状分析
从欧美等发达国家沥青路面再生利用技术研究发展的状况来看，这些国家都特别重视再生实用性的研究，他们在再生剂的开发以及实际工程应用中的各种挖掘、铣刨、破碎、拌和等机械设备的研制方面都取得了很大的成就，正逐步形成一套比较完整的再生实用技术，并且达到了规范化和标准化的程度。国外对沥青
再生机理的理论研究较少，但在再生剂的再生效果、再生沥青混合料的路用性能等方面积累了丰富的数据，进行了深入的研究，为沥青路面再生技术的实用可操作性提供了科学依据。
我国对沥青路面材料的再生利用研究相对较晚，在早期曾不同程度地利用废旧沥青料来修路，但都将其作为废料利用考虑，一般只用于轻交通道路、人行道或道路垫层。1983 年建设部下达了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目，由上海市政工程研究所为主，组织相关单位进行过专题研究，当时的主攻方向是把渣油路面加热适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料。于1991年6月发布了《热拌再生沥青路面施工及验收规程CJJ43-91》，提出了再生沥青混合料所用的矿料、沥青的品质和混合料的技术要求，应符合不用废料的普通沥青混合料的有关要求，对原路面性能评价、再生剂的选择、施工工艺等方面阐述较少，不能很好的指导施工。
我国从八十年代中后期开始进行大规模的公路建设，人力、物力的不足及对沥青再生技术不够重视，致使我国对这方面研究的深化与延伸基本处于停滞状态。进入二十一世纪以来，现在我国很多路面，特别是高等级路面已经或即将进入维修或改建期，大量的翻挖、铣刨沥青混合料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面是资源的极大浪费。近几年一些公路养护单位尝试着将旧料简单再生后用于高等级公路或道路基层，如97年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面，取得了一定效果。但由于缺乏必要的理论指导及科学的设计方法和机械设备的支持，目前在我国再生旧料并没有在实际工程中得到大量应用，主要原因在于：
1）国内沥青路面再生设备的研究与开发大大落后于欧美国家。尽管国产沥青路面再生设备近些年来有了一定的发展，但和国外产品相比，我们在品种规格、技术性能及总体技术水平上仍有较大的差距。有关沥青路面铣刨、加热和复拌工作过程的理论研究，在国内显得非常薄弱，在铣刨作业阻力的实际计算以及铣刨转子切削速度、机器作业速度与铣刨厚度对铣刨作业阻力的影响上还缺乏精确的定量分析，以及再生设备的温度控制和拌和设计还需要有所改进。
2）国内沥青再生剂研制工作至今仍处于起步阶段，未形成系列高效再生剂产品进行推广应用。国外从七十年代石油危机后开始再生剂研制工作，迄今为止、在国外特别是美国已有许多种再生剂应用于路面再生，形成再生利用技术，并达到标准化的程度。我国是从八十年代开始沥青路面再生利用研究的，再生剂的研制工作至今基本上还处于起步阶段。而今一些高等级公路已陆陆续续进入了维修
或改建期，废旧沥青混合料的再生利用已引起了有关部门的日益重视，作为沥青路面再生利用的关键材料和技术之一，开发高效再生剂这一工作也就成了急待研究的课题。
3）国内对各种沥青路面再生方式的结构设计、混合料设计、路用性能的研究非常零散、不系统，不能很好指导目前重交通高等级公路的再生利用。我国早期的再生技术研究都将其作为废料利用考虑，一般只用于轻交通道路、人行道或道路垫层。不论是哪种再生方式，如厂拌热再生、厂拌冷再生、就地热再生等，近期研究零散地将其应用到高等级公路的基层或下面层，但到目前为止，都没有系统深入的进行沥青路面再生利用的研究，已有研究成果不足以指导今后大规模的旧沥青路面再生利用。
我国公路和机场的建设近10多年来取得了很大的成绩，按照沥青路面设计寿命15～20年算，从现在起全国每年有10％的沥青路面需要翻修，旧沥青层的废弃量将达到每年200万吨之巨。如能加以再生利用，每年可节省材料费3亿元以上，而这个数字是以每年约15％的速度增长的。预计10年以后，沥青路面大、中修产生的旧沥青混合料每年将超过1000万吨，届时旧沥青混合料再生利用每年将可节约材料费至少15亿元。目前，由于我国还没有完全掌握旧沥青路面的再生技术，也没有可供工程推广应用的沥青再生设备，这些为数巨大的旧沥青混凝土层翻挖后只能白白废弃掉，不仅浪费了资源，也对环境造成了严重的污染。因此，沥青路面再生问题的及早解决，已经迫在眉睫，亟待对沥青路面旧料再生技术进行系统、深入的研究。
3 主要研究内容
当前沥青路面再生技术主要包括厂拌热再生、厂拌冷再生、就地热再生、就地冷再生、全厚再生等五种形式。根据各类再生技术特点、适用范围以及国内沥青路面技术现状，主要对厂拌热再生、厂拌冷再生和就地热再生技术作为研究目标。为使采用再生技术的再生沥青路面的设计和施工提供系统的、先进的技术指导，本课题共分为六个专题展开研究：
专题一：再生剂的研制及选用
专题二：现有再生设备的对比分析与评价
专题三：旧沥青路面性能评价及再生方式选择
专题四：沥青路面厂拌热再生利用关键技术研究
专题五：沥青路面厂拌冷再生利用关键技术研究
专题六：沥青路面就地热再生利用关键技术研究
3.1总体目标
结合课题试验路的旧沥青路面情况、再生利用后的使用要求等条件，研究沥青路面再生利用中再生设备选用、再生剂的研制与选用、沥青路面再生利用结构设计、混合料配合比设计、路用性能研究、施工工艺及质量控制等关键技术，通过试验路的实施与评价，总结提出各种技术文件，用以指导沥青路面再生利用的生产、设计和施工，以利于再生技术的推广应用。
3.2关键技术
在国内外已有研究成果及成功经验的基础上，结合项目的工程实践，开展沥青路面再生利用关键技术的研究，主要解决以下关键问题：
1)厂拌热再生拟解决关键技术: 旧沥青混合料的沥青性能评价、再生剂的研制、再生工艺、再生沥青混合料路用性能评价指标、再生沥青混合料的配合比设计、厂拌热再生沥青路面结构组合设计、厂拌热再生拌和机动态计量的准确性。
2)厂拌冷再生拟解决关键技术：旧沥青混合料的沥青性能评价、再生剂的研制、冷再生混合料的配合比设计、冷再生混合料的评价方法与指标、冷再生路面的结构组合设计、冷再生混合料贮存稳定性与施工工艺。
3)就地热再生拟解决的关键技术：就地加热方式对沥青混合料性能的影响、再生沥青混合料的配合比设计与性能评价、就地热再生施工质量控制。
4 主要技术路线与成果
在总体规划的基础上，再生技术的研究与开发以实用技术研究为重点，明确依托西部项目依托工程的技术特点，以开发“实用可靠、经济合理、易于推广”作为研究工作的技术原则。
主要通过相关的技术资料调研与依托工程相结合，室内试验与现场试验相结合，理论分析与测试数据分析相结合，工程试验与工程应用及跟踪观测相结合等技术手段，提出一系列再生和施工的技术方案、技术规范、并研制成高效的系列再生剂。在对旧沥青材料进行评价的基础上，确定适合的再生方式、再生设备和再生剂以及再生混合料的技术要求，提出再生混合料的性能评价指标。根据厂拌热再生、冷再生和就地热再生的需要，准备好力求先进的冷、热再生设备和配套
设施，然后以项目提出的技术规范为指导，进行再生沥青混合料的试生产，生产成功后转入西部依托工程铺设试验路，观测试验路一冬一夏的使用情况，最后作全过程的总结，提交研究成果。
主要关键技术路线如图1-1所示。
图1-1沥青路面再生利用关键技术研究总路线
主要技术成果及实体工程如下：
1)沥青路面再生利用设计与施工技术指南
2)沥青路面再生技术调查研究报告（研究分报告之一）
3)沥青路面现有再生设备的评价与开发（研究分报告之二）
4)系列沥青再生剂的研发（研究分报告之三）
5)旧沥青路面性能评价及再生方式选择（研究分报告之四）
6)沥青路面厂拌热再生利用关键技术研究（研究分报告之五）
7)沥青路面厂拌冷再生利用关键技术研究（研究分报告之六）
8)沥青路面就地热再生利用关键技术研究（研究分报告之七）
9)厂拌热再生沥青路面示范性试验路1km与1km实体工程
10)厂拌冷再生沥青路面示范性试验路1km
11)就地热再生沥青路面示范性试验路1km与170km实体工程
5 主要研究结论
本项目结合西部课题“沥青路面再生利用关键技术研究”项目的依托工程实践，通过充分的国内外调查研究分析、大量的室内外试验、检测测试、试验分析和理论研究，对沥青路面再生利用关键技术：再生设备、再生剂、旧沥青路面性能评价、再生方式选择、再生沥青混合料性能及结构组合设计等进行了较系统深入的研究后，主要得到如下结论：
1）基于旧沥青路面状况调查的情况分析，提出了旧沥青路面再生方式选择的具体方法，提出了再生方式初选表和再生方式综合选择指南表。按照初选表确定可选的再生方案（有可能多于1个），然后根据再生方式选择指南表，进一步确定再生方案（有可能多于1个），最后对选定的再生方案进行经济分析与评价，最终确定再生方案。其中旧沥青状况调查主要内容有：历史资料、路面破损状况、路面结构强度、旧路面材料性能等4项内容。路面破碎状况调查和路面结构强度调查内容在现行《公路沥青路面养护技术规范JTJ 073.2-2001》基础上有所补充。
2）成功二次开发了相关再生设备，有效保障了课题依托工程的实施及其效果。在双辊式破碎机基础上，成功开发出回收旧沥青混合料破碎分散设备，使用效果良好；在原有浙江兰亭高科有限公司研制的ZLS-1000型双滚筒连续式厂拌热再生设备基础上，成功二次开发将其应用于厂拌冷再生沥青混合料，使用效果良好；在铺筑就地热再生试验路段和实体工程中，成功将德国维特根公司的HM4500加
热机和RX4500再生机机组应用于再生层和罩面层双层同时摊铺成型，有效保障了层间的联结效果。
3）采用四组分法和沥青调和机理进行了再生剂的研发，通过向油分中混溶增粘树脂这一工艺来提高再生剂的抗老化性能，成功研制出了系列高效再生剂。主要有热再生剂4种：轻质油再生剂、复配型再生剂、重质油再生剂、就地热再生专用复配型再生剂等。冷再生剂主要以乳化沥青和改性乳化沥青为主体，掺配适当再生剂。所研制的系列再生剂性能指标达到国际水平，其室内路用性能和试验路依托工程使用后效果良好，均满足设计要求。
4）提出了高等级公路沥青再生剂的技术指标建议值，填补了国内空白。流动性指标：60℃动力粘度≤2 Pa.s；耐热性指标：薄膜烘箱质量损失163℃/5h范围为±1，薄膜烘箱试验粘度比（后/前）≤1.8；安全性指标：闪点>230℃。并提出了热再生剂与冷再生剂的选用方法。
5）分别对依托工程所用的厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生沥青混合料的路用性能进行了系统的研究。采用了疲劳试验、单轴压缩试验、车辙试验、冻融劈裂试验与劈裂试验、低温弯曲试验、渗水试验等试验方法，研究表明：总体上再生混合料的高温性能有所增加、强度与新拌沥青混合料基本相当、低温性能一般有所降低、水稳定性稍有降低。
6)系统提出了厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生三种再生沥青路面结构组合设计方法，给出了各自的适应层位、厚度等。厂拌热再生沥青混合料可用于路面各面层，进行结构层厚度设计时可根据其所应用的场合不同参照现有相关的设计方法。厂拌冷再生沥青混合料应尽可能用于路面面层，一般不直接用于表面层，其再生层厚度设计按路面加铺设计方法进行，延续了现行《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》的理论法。就地热再生沥青混合料对二级及二级以下公路可直接作为原路面的表面层，对于高等级公路宜用于中、下面层，再生层的厚度一般为2-5cm。
7）结合项目依托工程的建设实践，参照现行交通部颁布和国家颁布的相关设计、施工技术规范和试验规程及国外相关实施规范等文献，提出了《沥青路面再生利用设计与施工技术指南》。成功铺筑了3km示范性试验路和相关的实体工程共约171km。
8）各种再生方式具有显著的经济效益和社会效益。总体上，沥青路面再生利用可以显著降低工程造价，与铺筑全新沥青路面比，其中厂拌热再生沥青路面可降低造价约20~30%，厂拌冷再生沥青路面可降低造价约40%，就地热再生沥青
路面可降低造价约50%，显著提高寿命周期成本效益。同时再生沥青路面有利于处治废料、节省能源、保护环境，促进社会的可持续发展，具有社会环保效益。
6 创新点
1)国内首次提出了旧沥青路面再生方式选择方法。在借鉴国外相关旧沥青路面再生方式确定方法的基础上，结合我国高等级公路沥青路面的实际情况，提出了可操作性强的再生方式选择方法，有利于沥青路面再生技术的有效利用。
2)成功二次开发了相关再生设备，达到国际水平。在双辊式破碎机基础上，成功开发出回收旧沥青混合料破碎分散设备，使用效果良好；通过技术改造，使双滚筒连续式沥青混合料再生设备既可以拌制热再生沥青混合料，又可以拌制冷再生沥青混合料。
3)成功研发了高等级公路用系列高效沥青再生剂，首次提出了高等级公路沥青再生剂的技术指标建议值，填补了国内空白。我国八十年代的再生剂主要是针对渣油路面再生的，本次开发的系列再生剂是针对高等级沥青路面再生的，填补了这一空白。在研发过程中,通过向油分中混溶了增粘树脂这一工艺来提高再生剂的抗老化性能，克服了传统再生剂稳定性差的特点。结合系列再生剂的研发，提出了目前我国高等级沥青路面再生剂的技术指标建议值，有效保障再生沥青路面的质量。
4)首次提出了厂拌冷再生沥青路面结构厚度设计方法。为了今后规范的拓展，该设计方法延续了现行《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》中的理论法，按路面加铺设计方法进行再生层路面厚度设计。根据不同RAP掺量的混合料室内试验结果，把厂拌冷再生材料分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，并针对Ⅱ、Ⅲ类材料对于不同的轴载累计次数推荐了路面结构组合与表面层的厚度。为方便设计，给出了按弹性层状体系理论计算出的冷再生结构表面层和再生层总厚度的选用图表。
5)改进了现有相关规范的试验方法。一是提出了阿布森改进法：在利用阿布森法回收沥青时，将回收溶液加热后即刻通CO2，CO2通入量1600mL/min、160℃持续加热时间25min，试验效果较规范好。二是提出了修正的马歇尔设计法：冷再生沥青混合料配合比设计在采用马歇尔法时，对试件采用二次击实成型、60℃恒温养生72h的室内加速养生方法、以干或湿的马歇尔稳定度或劈裂强度确定最佳油石比、以试件最大密度确定最佳液体总量，效果较好。
6)提出了沥青路面再生利用的成套技术及完善的设计与施工技术指南。
7 存在的问题与建议
由于研究时间有限，加之沥青路面再生利用关键技术研究涉及因素纵多，且再生沥青路面的工程实践总体上欠缺，因此，今后有必要进一步研究不同地域和不同气候条件下的沥青路面再生利用的关键技术，跟踪观测已再生后沥青路面的长期性能，进一步完善现有研究成果，从而为沥青路面再生利用的设计和施工提供科学合理的理论和充分的实践依据。
由于旧沥青混合料的再生利用具有显著的经济效益和社会环保效益，有利于资源的可持续发展，但再生利用初期投资较大、工序繁琐，效益在于长远利用，一般施工企业不愿承担，建议国家出台相关的政策保障废旧沥青混合料的有效再生利用。
合作者
本项目依托工程实施过程中的参加单位主要有：浙江兰亭高科有限公司、湖南长沙理工大学公路工程学院、湖南省交通科学研究院、四川省交通厅公路规划勘察设计研究院。
浙江兰亭高科有限公司：国家重点高新技术企业。所属工程技术研究与长安大学、同济大学等科研机构、院校合作，以产、学、研相结合的模式建立了雄厚的软、硬件技术研发队伍，形成公路、化工、机械三位一体的研发机构。二十年来，先后实施国家级火炬计划，开发国家级重点新产品，完成省部级新产品二十余项，拥有多项国家专利，其中发明专利6项。曾获浙江省科技进步一等奖，全国交通系统科技成果一等奖。先后编著了技术专著《SBS改性沥青的生产与应用》、《改性沥青及其乳化技术》。目前为止，公司产品在国内二十余个省、市、自治区高等级公路、机场跑道和城市干道得到了广泛应用，取得了显著的社会经济效益。项目中主要承担再生设备的开发和系列再生剂的研发工作。
长沙理工大学公路工程学院：长沙理工大学是一所多学科协调发展的多科性大学，下属公路工程学院具有鲜明的交通特色，“九五”以来，获省（部）级以上优秀教学成果奖30余项，建成了一批优势明显的重点学科。近几年学院省（部）级以上先后承担纵、横向科研课题200多项，其中获国家及省、部级科技进步奖50多项，“沥青路面设计指标及参数的研究”等课题的研究达到国际先进水平。项目中主要承担沥青路面厂拌热再生利用关键技术研究。
湖南省交通科学研究院：有较大规模和实力的综合型交通科研机构，2000年7月总体转制成为高科技企业。具有交通部和建设部工程监理甲级资质、建设部公路设计甲级资质、交通部工程检测甲级资质、交通部交通工程施工综合资质。承担和完成了多项国家科技攻关项目和交通部、湖南省科委多项重大科研项目的研究，获得多项省部级科技进步奖和国家发明奖，数项成果被评为国家级和省部级新产品，已在公路建设工程中得到广泛应用。项目中主要承担沥青路面厂拌冷再生利用关键技术研究。
四川省交通厅公路规划勘察设计研究院：集设计、科研于一体的大型甲级设计研究院。持有国家勘察、设计、测绘、咨询、监理和环评等甲级证书。获得国家、部（省）级优秀设计和科技进步奖120多项。多次进入全国勘察设计行业综合实力100强。1999年通过ISO9001国际质量认证。项目中主要承担沥青路面就地热再生利用关键技术研究。
致谢
感谢浙江省公路局、诸暨公路段、绍兴公路段在厂拌热再生沥青路面和厂拌冷再生沥青路面的试验路铺筑工作和检测工作中的大力支持!
感谢四川成渝高速公路股份有限公司、华宇路桥养护新技术有限责任公司在就地热再生沥青路面的试验路铺筑工作和检测工作中的大力支持！
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[66]2005年公路水路交通行业发展统计公报[R].中华人民共和国交通部.
[67]2004年公路水路交通行业发展统计公报[R].中华人民共和国交通部.
[68]2003年公路水路交通行业发展统计公报[R].中华人民共和国交通部.
[69]2003年公路水路交通行业发展统计公报[R].中华人民共和国交通部.
[70]2001年公路水路交通行业发展统计公报[R].中华人民共和国交通部.
[71]2000年中国统计年鉴[R].中华人民共和国交通部.
总篇目
本项目的研究报告分别来自下列分研究报告：
1.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面再生利用设计与施工指南
2.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面再生技术调查研究报告（分报告
之一）
3.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面现有再生设备评价与开发（分报
告之二）
4.沥青路面再生利用关键技术研究——系列沥青再生剂的研发（分报告之三）
5.沥青路面再生利用关键技术研究——旧沥青路面性能评价及再生方式选择（分
报告之四）
6.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面厂拌热再生利用关键技术研究
（分报告之五）
7.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面厂拌冷再生利用关键技术研究
（分报告之六）
8.沥青路面再生利用关键技术研究——沥青路面就地热再生利用关键技术研究
（分报告之七）