2015年中文第1期(111y)(copy)

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骐姚
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1 废弃沥青材料的循环利用关键技术研究杨林江 ( 浙江兰亭高科控股有限公司工程技术研究院, 浙江绍兴 ) [ 摘要 ] 通过了解国内外沥青路面再生技术的发展现状, 剖析沥青路面老化再生机理, 提出了废旧沥青混合料循环利用的技术, 研发出一套行之有效的沥青路面热再生技术, 以适应当今形势下的沥青路面再生资源循环利用和环境保护的需要, 为建设资源节约型环境友好型社会而努力 [ 关键词 ] 沥青 ; 路面 ; 废旧料 ; 循环利用 ; 热再生技术 ; 再生沥青混合料 [ 中图分类号 ] TU535 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] (2015) 前言沥青路面的热再生技术是将旧沥青路面经过翻挖回收破碎筛分后, 与新沥青新集料沥青再生剂等按一定比例重新拌和混合料, 使之能够满足一定的路用性能并用其重新铺筑路面的材料装备及施工的成套技术我国在 20 世纪 90 年代修建的沥青公路目前已相继进入了大修期, 大量翻挖铣刨的沥青混合料被废弃, 将使资源的循环利用废料的存放场地及环境的污染等问题越来越突出, 废旧沥青路面材料的再生利用不仅仅是技术问题, 更将成为全社会所关注的资源环境问题根据国家可持续发展的战略方针, 沥青路面再生技术的研究推广与应用将成为我国建设资源节约型环境友好型社会的一个重要的技术课题 2 国内外技术现状 2.1 国外技术现状国外对沥青路面再生技术的研究, 最早起源于美国目前, 美国已普及沥青路面的再生利用, 重复利用率高达 80 %; 日本从 1976 年至今在路面废料再生利用率已超过 70 %; 德国已将全部废旧沥青路面材料回收利用, 并且是世界上用于高速公路路面养护的最早国家总之, 国外沥青路面再生技术日趋成熟, 回收利用技术的水平发展较快 2.2 国内技术现状我国早期, 同济大学曾有过废旧料回收利用的技术研究, 但由于种种原因没有得到很好的研究和推广, 总的说来我国在废旧材料再生利用方面缓慢, 缺乏对再生工艺技术和装备技术的深入研究随着我国公路建设的发展, 公路里程的快速增长, 路面养护和翻修工程量倍增, 路面材料的需求量也随之提高, 其材料价格上涨幅度快, 尤其是沥青的价格成倍提高 ; 而废弃的沥青路面材料给自然环境造成的影响越来越大因此, 沥青路面的再生利用将被提到议事日程, 国家多次将其列为重点科研项目 [ 收稿日期 ] [ 作者简介 ] 杨林江,1961 年出生, 男, 浙江绍兴市人, 博士, 教授级高级工程师, 研究方向为土木工程材料 ; ltgk@163.com 56 中国工程科学

2 国内沥青路面的特点是沥青含蜡量较高, 路面面层厚度较薄, 质量等级较低, 这种情况的再生最佳的途径应该是以厂拌热再生为宜我国经过多年研究, 沥青路面再生技术已逐步形成了自己特有的再生工艺, 开发出了适合国情的沥青路面再生设备 3 沥青路面再生 [1] 3.1 路面再生的定义沥青路面再生, 一般的理解就是重复利用路面在维修时挖出来的旧沥青混合料但不同的再生方法其利用的程度有天壤之别如所谓的冷再生技术, 只是把价格高昂的沥青混合料当作黑集料来普遍利用, 不能与沥青的再生相提并论我们先约定沥青路面再生的定义 : 旧沥青路面的沥青混合料经过一定的加工和处理, 变化可以达到沥青路面技术要求的混合料, 重铺成为新的沥青路面在这里需要说明的是再生有 3 层含义 :a. 沥青的再生 ;b. 沥青混合料的再生 ( 包含旧沥青再生和集料级配再生 );c. 沥青路面的再生沥青路面的再生的首要条件是沥青的再生, 然后旧沥青混合料再生, 最后重铺成为路面由于旧沥青不能单独分离出来, 因此, 沥青的再生只能是在沥青混合料的再生过程中完成的 3.2 路面老化的机理沥青路面的老化是专指沥青混合料和沥青的老化沥青路面在水温作用以及长期行车荷载作用下, 沥青混合料会丧失原有的特性, 随之出现老化和脆化 ; 旧沥青老化, 出现油分减少沥青质和胶质增加, 老化现象越来越明显 ; 沥青路面表现出开裂和松散麻面和坑洞等现象沥青的物理特征表现为 :a. 针入度减少, 延度降低, 而软化点升高 ;b. 反映流变性质的粘度增加, 非牛顿性质增强 3.3 再生的基本原理沥青路面再生就是沥青的再生, 沥青再生是沥青老化的逆过程, 在理论上可以概括为 :a. 调低旧沥青材料的粘度, 使旧沥青的粘度达到需要的粘度范围 ;b. 调整旧沥青材料的流变性, 使旧沥青的非牛顿特性减弱再生剂是一种低粘度低饱和酚的矿物油料, 其粘度在 0.1~20 Pa s 其作用是溶解旧沥青质, 分散沥青质, 改善它的流变性, 使其非牛顿性质降低通常需要对旧沥青路面混合料进行必要的抽提试验进而测定旧沥青混合料中的沥青含量沥青性能以及矿料颗粒级配从而来确定需要添加的新集料和旧料掺加比例, 使之级配达到较合理的水平此外, 还需要确定需添加的新沥青和再生剂的用量新拌制的再生混合料试块成型以后, 需要进行马歇尔试验劈裂试验车辙试验是评价再生混合料技术性能的主要指标, 能否正常使用很大程度上取决于它的指标 4 废旧料热再生技术沥青路面废旧料再生工艺方法较多, 其真正意义上的废旧沥青混合料再生的最佳方法是厂拌热再生技术, 下面主要剖析厂拌热再生的工艺材料选用和配合比设计等方面研究 4.1 热再生工艺热再生在国外应用已经非常普遍, 它的工艺是先将旧沥青混凝土路面铣刨后运回工厂, 通过破碎 ( 或筛分 ), 并根据旧料中沥青含量沥青老化程度碎石级配等指标, 掺入一定数量的新集料沥青及再生剂, 使其油石比碎石级配等指标达到设计要求, 进行加热拌和, 使沥青混合料达到规范规定的各项指标, 参照新建沥青混凝土路面的施工方法进行重新铺筑利用这种方法, 可以对已被翻挖的基层路基的一些特殊地段进行有效的补强, 沥青层的重铺分别按下面层中面层上面层 ( 磨耗层 ) 的不同技术要求进行配合比设计, 确定旧沥青回收料的掺加比例这种再生方式属于结构性再生, 具有较好的适应性, 能有效地用于各种条件下旧沥青混凝土路面的再生利用厂拌热再生是利用旧沥青路面回收料与新集料和新沥青及再生剂拌制而成的沥青再生混合料的一种方法实践证明, 如果采用正确完善的设计和施工方案, 这种厂拌热再生的沥青混凝土性能是可以达到甚至超过普通热拌沥青混凝土在现有的各种路面再生方法中, 厂拌热再生被认为是一种相当实用而可行的方法厂拌热再生可以用来改进原有路面混合料设计中的问题改善和修复路面外观, 也可以作为路面高程受限时的修复方案厂拌热再生的优点包括 : 设备投入比较少, 回收料循环利用, 避免了回收料堆放和处置问题, 保护了环境, 尾气排放符合国家的环保要求 2015 年第 17 卷第 1 期 57

3 4.2 材料评价及选择 1) 厂拌热再生沥青混合料 (RAP) 沥青性能评价从沥青混合料中回收沥青, 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 (JTG E ) 中的阿布森法进行抽提试验检测再生沥青性能, 结果表 1 见表 1 2) 材料选择通过对特种沥青与日本 Tafpacksupur(TPS) 高粘度沥青性能比较 ( 见表 2), 选用特种沥青新材料, 可以大幅提高性能 [2] 再生沥青性能检测结果 Table 1 Performance test results of reclaimed asphalt [2] 检验项目新沥青 AH-70 旧沥青检测方法针入度 (25, g,5 s)/0.1 mm T0604 延度 (5 cm/min,15 )/cm > 1.7 软化点 (R & B)/ T0606 旋转薄膜加热试验 (163,5 h) 质量损失 /% 针入度比 /% T0610 T0604 延度 (5 cm/min,25 )/cm > 6 延度 (5 cm/min,15 )/cm 表 2 特种沥青性能 Table 2 Performance of special asphalt 试验项目日本 TPS 高粘度沥青的主要技术指标特种沥青主要技术指标实测检测方法针入度 (25, g,5 s)/mm >40 55 T0604 软化点 (TR & B)/ >80 85 T 延度 (5 cm/min)/cm 动力粘度 /(Pa s) > T0620 韧性 /(N m) >15 17 T0624 粘韧性 /(N m) >20 20 T0624 3) 再生料取样地点及混合料性能检测再生料取样地点为云南玉元高速维修养护拌合站粗细集料 : 集料的磨光值应符合级配设计要求石料需有足够的强度抗压碎性和抗冲击性应符合 JTG E 规定为保证混合料防滑功能, 石料外形应具有近似立方体形状, 针片状颗料比一般要求高, 针片状颗料不超过 10 % 沥青混合料中细集料使用量较少, 细集料及石粉等与沥青之间应有很好的粘附性能设计采用的集料为玄武岩, 视密度为 g/cm 3, 吸水率为 0.3 %, 洛杉矶磨耗值为 13 %, 压碎值为 15 %, 检测结果见表 3 Table 3 表 3 粗细集料筛分结果 Screening results of coarse and fine aggregates 名称筛孔通过率 /% ~ ~ ~ ~ ) 填料配合比设计采用的填料上虞石料厂的矿粉, 矿粉筛分结果见表 4 表 4 矿粉筛分结果 Table 4 Screening results of mineral powder 名称筛孔通过率 /% 矿粉中国工程科学

4 总之高性能材料的选择与研制是再生沥青路路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20 面的难点和重点进行配合比设计 1 AC-20I 配合比设计曲线如图 1 所示 RAP 一般采用马歇尔设计方法进行配合比设 2 设计级配范围选用 JTG E 密集配沥计确定 RAP 的掺配比例新材料品种及配合比矿青混合料矿料级配如表 5 所示料级配最佳沥青用量配合比设计流程按照公图1 AC-20I 设计级配曲线 Fig. 1 AC-20I design grading curve 表5 AC-20 热再生沥青混合料矿料级配 Table 5 AC-20 mineral aggregate gradation of hot recycled asphalt mixture 矿料级配筛孔尺寸/mm RAP 掺 50 %通过率下限中值上限规定范围/% 注混合料名称 AC-20 掺配比例 RAP 50 % 3 特种沥青 RAP 混合料低温路用性能与粘度关系曲线弯曲劲度模与粘度关系曲线见图 2 最大弯拉应变与粘度关系曲线见图 3 图3 最大弯拉应变与粘度关系曲线 Fig. 3 The maximum tensile strain-viscosity curve 图 2 弯曲劲度模与粘度关系曲线 Fig. 2 Bending stiffness modulus-viscosity curve 4 特种沥青 RAP 混合料高温性能与粘度关系曲线 60 动稳定度与粘度关系曲线见图 4 浸水残留稳定度与粘度关系曲线见图 5 肯特堡飞散残 2015 年第 17 卷第 1 期 59

5 留量与粘度关系曲线见图 6 5 结语特种沥青指标显示在突出提升 60 动力粘度的前提下兼具优良的低温延度弹性恢复能力和耐老化性同时保持了良好的施工性能特种沥青动稳定度大于次而重交沥青次苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯嵌段共聚物 (SBS) 改性沥青次橡胶沥青次日本高粘沥青次德国抗车辙剂沥青也只有次这就图4 Fig 动稳定度与粘度关系曲线 60 dynamic stability-viscosity curve 说明特种沥青再生混合料具有较高的高温稳定性厂拌热再生沥青混合料技术的推广应用对减少公路施工碳排放促进环境保护降低工程成本提高经济效益都有十分重要的意义厂拌热再生技术较好的经济效益和社会效益主要有沥青再生利用可循环利用旧路面的沥青减少对新的优质沥青的消耗能有效缓解我国作为石油进口大国的资源压力可循环利用旧路用材料中的砂石材料减少了公路建设中新的砂石材料的使用比率进而减少了开采砂石料防止水土流失保护了生态环境由于沥青混合料是不可降解性材料沥青混合图 5 浸水残留稳定度与粘度关系曲线 Fig. 5 Immersion residual stability-viscosity curve 料的再生利用可以杜绝或减少丢弃填埋旧沥青混合料而造成的环境污染沥青路面再生利用可以降低路面建设成本具有显著的社会与经济效益特种沥青高掺配 RAP 能够更充分地利用旧的再生沥青混合料最大限度地利用资源可以 % 地处理沥青路面维修时产生的废旧沥青混合料有利于社会的可持续发展对建设低碳交通意义重大参考文献图 6 肯特堡飞散残留量与粘度关系曲线 [1] 陈启宗. 克服影响我国沥青路面再生机械发展的技术偏见 [C]// 沥青路面材料拌和新技术及厂拌热再生新工艺应用发展研讨会论文集. 北京 [2] 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E [S] Fig. 6 Cantanbro stripping residue-viscosity curve 60 中国工程科学

6 Research on the key technologies of waste asphalt material recycling Yang Linjiang (Engineering Technology Researching Institute of Lanting Gaoke Holdings Co. Ltd.,Shaoxing,Zhejiang ,China) [Abstract] By understanding the domestic and international development situations of asphalt pavement recycling technology,and analyzing the mechanism of asphalt pavement aging and recycling,this essay proposed the technologies of recycling of waste asphalt mixtures. It also developed a set of effective technologies of hot recycling of asphalt pavement,to adapt to the needs of asphalt pavement recycling,resources circulating and environment protecting in the current situation,which in an effort to construct a resource-saving and environment-friendly society. [Key words] asphalt;pavement;waste material;recycling;hot recycling technology;reclaimed asphalt mixture 2015 年第 17 卷第 1 期 61

标题

第 33 卷第 3 期徐州工程学院学报 ( 自然科学版 ) 2018 年 9 月 Vol.33No.3 Journalof XuzhouInstitute of Technology (NaturalSciences Edition) Sep 2018 全再生沥青混合料路用性能研究黄维蓉 a, 宋鹏 b ( 重庆交通大学 a. 材料科学与工程学院 ;b. 土木工程学院, 重庆 400074) 摘要