沥青搅拌楼：美国沥青路面再生技术进展

沥青搅拌楼：美国沥青路面再生技术进展美国沥青路面再生技术进展大规模的经济建设推动了交通建筑的发展，较早修建的沥青路面已逐步进入维修期。

文章综述美国沥青路面再生维修方案的选择，现场热再生、全厚式和现场冷再生的配合比设计流程、取样、实验方法和质量控制，并结合我国实际提出尚待研究的问题。

2008中国乳化沥青技术和路面维修养护技术大会论文作者：杨韵华沥青路面的再生利用，是将旧沥青路面经过铣刨、破碎、翻挖、掺加专用再生剂、无机、有机新结合料、新集料等按比例重新拌和成混合料，按规定工艺铺筑路面，满足要求的使用性能。

沥青路面再生利用是保护环境、资源循环利用、节约能源和可持续发展的重要技术措施。

1 沥青路面再生技术概述与分类1.1 热再生(HIR) 是将再生沥青路面(RAP))与新集料、新沥青和专用再生剂(需要时)在工厂拌和再生混合料。

热再生中用RAP的比例与拌和设备的类型有关。

拌和需要的热量一般多于热拌沥青混合料（HMA)，为此，有专门设计或改进的间隙式或连续式热再生拌和设备。

1.2 现场热再生(HIR)分表面再生法、复拌法和重铺法表面再生法是用预热机和加热机加热软化沥青路面，然后用锋利的耙齿或小直径的旋转刀头翻松达到一定的处理厚度。

如需要在翻松路面上添加再生剂，处理厚度通常在20～40mm。

其特点是既不加新集料，也不添新的热沥青混合料，因此整个路面总厚度不变。

表面再生通常是为随后的热沥青混合料(HMA)加铺做准备。

复拌法是加热、、软化和翻松旧沥青路面，按需要加入新沥青、新集料、专用再生剂(需要时)和新HMA，拌和成混
合料。

它通常用作磨耗层，也可加铺碎石封层或新HMA。

处理厚度通常在25～70mm。

重铺法是将表面再生法或复拌法同时结合铺设一层新HMA加铺层。

其特点是表面再生或复拌层与新HMA铺层热结合并同时碾压，因此新、旧HMA加铺层厚度比分层加铺要薄。

再生混合料充当整平层，新HMA充当面层或磨耗层。

1.3 冷刨(CP) 是用专门设备剥离现有路面到合适的深度、纵断面和横断面，经清扫可立即用作行驶面，如需要，在清扫路面上喷洒粘层后加铺新HMA或再生混合料。

1.4 全厚再生(FDR) 是将全部厚度的沥青面层、基层、底基层或路基铣刨、粉碎、拌和以提供良好的基层材料，然后，在其上面加铺沥青面层或磨耗层。

道路类似于现场冷再生(CIR)，不需加热。

处理厚度视原路面结构而定，通常100～300mm。

1.5 冷再生(CR) 是再生路面过程中无需加热的方法。

根据使用的工艺可分成CIR和厂拌冷再生(CCPR)。

CIR是100％使用该过程产生的RAP，当仅使用乳化沥青或泡沫沥青作再生剂时，CIR处理厚度通常为50～100mm。

当使用化学稳定剂，其处理厚度可达125～150mm。

CCPR是在固定的冷拌厂进行沥青再生的方法。

固定工厂可以是专门设计的工厂或CIR车组的配置(不需铣刨机)。

CCPR混合料能立即使用或堆积起来以后再用。

2 工程评价当路面状况恶化到养护行为不再有成本效益时，则需进行维修。

为确保工程成功，工程评价是旧沥青路面维修前的首要工作。

维修方案选择得当，再生沥青路面将经济、耐久。

2.1 维修方案选择维修方案选择时应该以科学的态度认真地进行，例如，对路面病害造成的原因分析时，出现的裂缝是由荷载还是非荷载造
成，。

如是荷载造成，进而分析是疲劳还是其他原因。

在路面破损评价中将路面弯沉与车辙深度相联系，确定道路结构破损的位置，并明确车辙与弯沉是否有关。

选择可能的维修方案时，在明确维修道路破损类型和程度后，应考虑回收原路面材；料的质量、维修道路的期望设计年限，原道路结构的承载能力及维修道路性能标准等。

维修方案选择的步骤见图1。

2.2 维修策略维修方法有一次维修法及分期维修法分期维修法是采取上述某种再生方法部分地维修道路，达到一定性能和结构承载能力，日后加铺新HMA层，求取经济实用的厚度。

这种方法尤其适用于旧面层不平、表面状况较差，或只需轻微加强的情况。

分期维修可将主要投资费用分散到其他项目，以提高效益，延缓主要投资费用的支付等。

3 配合比设计设计原则：恢复旧路面老化沥青到新沥青的性能。

恢复老化沥青的措施是掺加专用再生剂或再生剂。

再生剂有：软质沥青、乳化沥青、泡沫沥青等。

3.1 HIR法HIR 配合比设计有3种方法，掺配图法、综合法和Superpave法。

3.1.1 掺配图法主要考虑老化沥青的粘度和所需再生剂的用量，见图2掺配图设计流程。

由流程可看出此法较简单，仅选用再生剂和确定掺加比例。

3.1.2 综合法综合法HIR配合比设计不仅考虑沥青的流变性质也考虑再生混合料的性能。

见图3设计流程。

设计流程图看似复杂，但逻辑性强，易于使用。

流程图所包含的步骤都必须遵守，目的是判明影响再生混合料性能的重要因素。

加新集料的方法：用已加热的新集料作载体拌和新沥青后，再掺到已预热的旧路面混和料中。

其优点是粗集料预先裹覆，可缩短老沥青路面的加热时间，提高生产率，又有利于
环保等。

3.1.3 Superpave法Superpave技术是SHRP的一项研究成果，是沥青基于使用性能的沥青结合料规范即PG性能规范，使用旋转压实仪(SGC)的体积法设计配合比。

最初Superpave仅用于新沥青和新HMA，近年延伸到掺用不大于40％RAP的研究。

旧沥青经掺配新沥青或再生剂，使所配制的再生沥青等级满足高、中和低温性能的要求。

高温性能：用动态剪切流变仪(DSR)测定沥青在高、中温荷载频率下沥青的复数剪切模量和相位角(G*／Sin8)，以控制车辙变形。

中温性能：要求旋口薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PA V)残留物的G*／Sin8，控制常温条件的疲劳开裂；低温性能：用RTFOT+PA V残留物蠕变劲度值(s)和蠕变速率值（m）以控制低温开裂。

Superpave 设计步骤见图4。

图4再生混合料设计流程图Superpave方法确定掺配新沥青的比例和等级(1)将老化沥青和新沥青以不同比例掺配得出各种温度下掺配沥青G*／SinB 值。

Y坐标为双对数G*／SinB值，图5中左边纵坐标为老化沥青的G*／Sin8 值，右边纵坐标为掺配沥青的G*／SinB 值。

(2)连接两点的直线与1.0KPa和2.0KPa两条水平线相交，交点分别为A和B。

(3)A点对应的X坐标为掺加沥青用量的最大值，而B点所对应的x坐标为掺加沥青用量的最小值。

(4)根据经验考虑有关因素，预估再生工程中掺加的新沥青用量。

(5)用工程所在地环境温度，测试老化沥青和掺加新沥青的G*／Sin8 值。

当G*／Sin5分别为1.0、2.0KPa水平线相交，对应x轴即为新沥青掺加量范围。

(6)该掺量百分比与(4)中预估掺量进行比较，如高于对应x 轴中掺量的最低百分率，则需降低PG等级重新测试，直至G*／Sin8
交点的掺量最大值和最小值符合(3)中A、B线对应X轴的掺量范围。

图5 沥青粘度一外加沥青比例计算图superpave法3．2FDR 法为提高旧路面混合料的性能，通常进行稳定处理改善其强度、水稳性和耐久性。

稳定方法有机械的，化学的，沥青的和复合的四种。

设计步骤汇总在表1。

3.2.1 机械稳定法配合比设计机械稳定材料有粗、细集料及回收破碎的旧水泥混凝土材料等。

论证机械稳定适用性时，必须需要考虑道路线型状况，如跨线结构的净跨径、路缘石的高度、道路宽度和边坡等以确定容许加入粒料的数量或路面的厚度。

此外，应用此法时，当地集料要丰富。

当旧料标高等受到限制，当地集料紧缺或需远运，则采用无机稳定法更为合适。

对基层有柔性要求时宜用沥青稳定。

3.2.2 化学稳定法配合比设计化学稳定的材料有水泥、石灰和粉煤灰等无机稳定剂。

水泥、石灰等除用粉状外还可以用浆体，因浆体计量精确，且利于保护环境。

水泥可以提高早期强度，水泥适用于再生材料中塑性指数小于10，如果超过10，通常使用石灰稳定，石灰与再生材料中的粘土相互作用可以降低塑性。

水泥、石灰等稳定剂可提高早期强度，如掺有粉煤灰可减少收缩导致的路面开裂。

再生材料中含粗粒料多且粒径均一可增加细料，如果再生材料太细或塑性指数高则加粒料。

3.2.3 沥青稳定法配合比设计沥青稳定材料有乳化沥青、泡沫沥青等，采用乳化沥青和泡沫沥青的组成设计步骤大体相同，但稍有差别。

选用泡沫沥青其优点是可在更宽松的气候条件下施工，有足够和易性，易压实。

用泡沫沥青作稳定剂，级配中小于0.075mm 应在5～15％范围，以免形成富沥青团，或成润滑剂，从而降低再
生混合料的强度和稳定性。

对矿粉的塑性指数不宜高，否则会阻止泡沫沥青裹覆和稳定混合料。

如用乳化沥青作稳定剂，其原因是适合与冷湿再生材料混合，但要注意乳化沥青与再生材料的相容性及工艺中用水的相容性。

乳化沥青使用不同的乳化剂与添加剂，其相容性也是不同的。

3.2.4 复合稳定法配合比设计复合稳定材料是化学稳定材料和沥青稳定材料复合应用。

其组成设计可综合3.2.2和3.2.3进行。

表1FDR法设计步骤汇总序号机械稳定法配合比设计化学稳定法配合比设计沥青稳定法配合比设计复合稳定法配合比设计1论证机械稳定法的适用性评价旧路面混合料的适用性评价旧路面混合料作柔性基层的适用性2旧路面取样、抽提、筛分、计算旧路面混合料级配及需要加入新的集料等组成设计可以综合化学稳定法和沥青稳定法进行3确定最佳含水量及相应的最大干密度通过试拌确定旧路面混合料、化学稳定材料和水的比例，以确定最佳含水量及相应的最大干湿度稳定最佳含液量4成型试件测试干、湿强度及回弹模量，经济分析成型试件，确定最佳沥青用量，测试强度和水敏感性，需要时增加动态蠕变等3．3 CIR 配合比设计设计步骤为：(1)旧路面取样(2)了解旧路面混合料的性能、抽提、筛分等(3)确定新集料的用量与级配，参考表2。

(4)选择稳定剂稳定材料有乳化沥青、泡沫沥青、水泥和石灰等，需要复合应用时，可掺加专用再生剂。

(5)预估总用水量和稳定剂用量，拌和再生混合料(6)成型试件(7)养护，有短期和长期，方法见配合比设计注意问题中(2）④(8)测试物理、力学性质包括毛体积密度，马歇尔稳定度、流值、间接拉伸强度等。

在有水影响的地区需增加测试水
稳性(9)在室内确定配合比的基础上，根据现场温度和湿度条件由有经验、有资格的人员进行调整。

表2CR 混合料级配筛孔尺寸/mmA B C D通过率%40.010025.090-10010020.090-10010012.560-8090-1001009.560-80 90-1004.7525-6035-6545-75，lt;，P class=MsoNormal style=“LINE-HEIGHT：150%; TEXT-ALIGN：center; mso-layout-grid-align：none” align=center60-80 2.1615-4520-5025-5535-650.3003-203-216-256-250.0751-72-82-92-103．4 配合比设计注意问题(1)旧路面取样取有代表性的RAP试样使充分代表工程RAP的使用性能以正确设计再生混合料。

取样前应制定详细的取样计划。

采用施工与养护记录相结合的方法来确定材料是否存在差异。

有明显差异的路段，应作为单独的取样段划出和处理。

不同混合料区域和大范围养护区域不应放在一起进行设计。

划出有代表性取样单元后，采取随机取样的方法按每个单元取路面试样。

通常建议在区域内分批随机取样，取样的批次和数量按工程长度与交通状况确定，对更大的工程，长度大于6Akm，通常每lkm随机取样1个，每个工程最少取样6个试样，对大的不均匀区域为20个或更多。

对小的区域取样数量为3到5个。

总之取样的数量与频率取决于老路处理厚度和芯样的直径、实验室试验项目及配合比设计方案的规模等因素有关。

(2)试验方法①钻芯取样的试件应谨慎干燥和加热，以免将已老化沥青再发生老化，热再生混合料应在非强制通风烘箱内加热、养护。

旧路面材料中需加人新集料、新沥青和再生剂时，其拌和温度
比再生混合料碾压温度高5，通常是待温度达120-130℃后保持30min～1h，以便再生剂有足够的时间分散到沥青中，但时间也不能太长，要符合施工实际情况。

②并非所有的专用再生剂和老化沥青都相吝。

再生剂选择要注意配伍性、改善效果与经济性。

旧沥青路面混合料如需加新集料和新沥青时其方法按3.1.2节中方方法进行。

③在试样制备试件前应将旧路面冷再生材料烘干，并测定含水量以便制件及铣刨旧路面材料时扣除其中水量。

如果采用浆体无机稳定剂或乳化沥青稳定剂，在确定拌和、拌制用水时要扣除其中含水量。

④用机械稳定或无机结合料稳定时，制件基本按公路土工试验规程中有关方法进行，但稍有改进，闷料时间为2～4h，这是模拟现场拌和与初整平再生混合料所需的时间。

试件养护条件相对湿度95％．100％，温度22～25℃，时间1天。

对于用某些无机稳定剂的试件，需在试模中保留24h一边脱模前有足够的强度。

乳化沥青稳定再生材料时通常采用马歇尔法、维姆法或改进的冷拌方法制作和压实混合料。

乳化沥青设备试件前。

先要需求制备乳化沥青的最佳油石比，以得出最佳的拌合相容性及裹覆效果，较好的压实效果是室温初始破乳前开始压实。

泡沫沥青制件前，需获得膨胀比和半衰期最佳值。

拌和加水量用先前确定的最佳用水量的90％，然后加入所需的泡沫沥青。

在40”12条件下击实75次以接近现场密度。

乳化沥青或泡沫沥青拌和、击实后的试件于室温下带模养护24h，脱模后置于光滑平板上，在40％的强通风烘箱中养护72h；也可在60℃条件养护2～4h，试件在试模中侧放；有的州在110％下放置，还有的在60℃下放24～48h，后两种
长期养生前可脱模具。

测试强度在25℃条件下进行。

如要评定水稳性，将试件在25℃水中浸泡24h，为缩短时间也可用真空饱和法。

表3 CIR场取样与质量检查实验类型实验目的频率取样位置或尺寸RAP 的级配，筛孔为（50、37.5或31.5mm）检查最大颗粒是否符合规范规定每0.8km传送带，观察窗或面层最少取9.0kg再生添加剂（乳化沥青，乳化再生添加剂水泥，粉煤灰，石灰等等）检查规范的执行情况每次送料，每天测试一次从再生车组的沥青罐或运输车取样，用敞口的塑料瓶盛放1.0kg的量RAP的湿度调节用水量以取得合适的配合比和最佳压实度每0.8km从混合料传送带或摊铺以后，最少取9.0kg 硬化后面层的湿度（乳化沥青/再生剂）确定何时添加新沥青每0.8km 全冷再生时提升的样品，最少取1.4kg再生添加剂的含量检查再生添加剂的用量和计数器的精确性最少每天一次储罐测定，运输车重量或计数器读数和由传送带计数器记录的RAP重量综合测得从螺旋布料器中取再生料的密度按规范要求确定压实程序和目标密度每（0.8km）1.2最少取两条带子做核子密度测试如果再生混合料的主要技术指标发生变化，在项目开始时或需要时，长（120-150m）的带上现场压实试件的压实密度按规范要求确定目标密度每（0.8km）1.6取样并做核子密度测试摊铺后从传送带，观察窗或面层取样，最少9.0Kg粉碎/铣刨的深度是否符合规范设计要求每0.2km或视需要另增200m测量面层断面，附近纵向接头和外边缘处采用厂拌冷再生时，再生料的撒布厚度检查布料厚度是否符合规范或设计要求每0.2km或视需要另增200m测量面层断面，附近纵向接头和外边缘处混合料生产设备校
准保证再生添加剂掺量和含水量每年项目开始之前应检查材料开始从拌和缸运送到运输车，液体运送到桶，罐或沥青喷洒机的计重器辅助信息再生料的温度，确定压实对温度的影响和设计控制温度最少一天四次，上午早些时候和下午晚些时候各两次再生料拌和时和摊铺前再生面层的平整度了解摊铺机的一些数据，以备将来可能写入规范连续或经挑选的现有路面和冷再生后的路面表面平度仪原路面和再生材料的各自含量？确定新添加沥青和所有沥青的含量随机？从所选地点的贮料堆或再生前的路面，以及再生的面层处，最少取重9Kg 表4现场热再生现场取样与质量检查项目规范范围检查、质量控制和质量保证工程使用改进措施或备注方法频度质量要求与允许误差方法频度质量要求与允许误差压实度为实验室标准密度的或者相应的最大95%-98%理论密度的92%-95%核子密度仪分期空隙率矿料间隙率比新HMA稍小稳定值、流值比新HMA稍大沥青膜厚度与新HMA相似均匀性与新HMA相同平整度与新建沥青路面相同外掺料（重铺法）1次/h表5 全厚度再生现场取样与质量检查项目规范范围检查、质量控制和质量保证改进措施或备注方法频度质量要求与允许误差方法频度质量要求与允许误差设计铣刨厚度250mm＞250mm定期测量20mm＞20mm粉碎老路面集料最粒次级通率0.074㎜筛分100%通过率90%-95%20%-25%全厚度内取样调整幅度粒料机械稳定泡沫稳定5%满足级配与塑性指数的要求稳定剂添加量0.5%流量装置计量或干粉喷在已知面积的油布上含水量（含液量）机械和沥青稳定化学稳定专用再生剂最佳含水量2%以上现场含水量？最佳
含水量，或最佳含水量和饱和含水量75%两者中的低者符合供应商品要求定期检查粉碎、拌和过程中取样、比最佳含水量（含液量）低些纵向和横向接缝不允许有未经处理的材料接缝，纵向搭接最小为50100mm均匀性无离析和表面无缺陷从纵向和横向搭接处检查或在离析区通过级配检查压实度单层厚度整层厚度机械、化学沥青稳定两者厚度相差？2%底部1/3处最大干密度符合设计要求平均值的95%除了有附加规定可为92%-98%平整度3m直尺个别处可以小于10㎜3m直尺纵横向多点测量纵横坡水准仪不能全大或全小4 质量控制为保证施工质量和道路性能，需建立施工质量控制规范，在施工期间严格质量检查，以确保达到规范要求。

美国沥青再生指南中仅有沥青路面冷再生指导性规范，其现场取样与试样计划见表4-1，对HIR及FDR，笔者将指南中有关检查、质量控制及质量保证规范的内容汇总如表3、表4。

5 结语(1)再生材料混合料级配混合料级配同路面性能与施工状态密切相关，目前，我国旧路面材料大多用作基层或底基层。

将旧混合料掺配新集料或新结合料，按新沥青层或稳定类基层提出技术要求，如大量的二级路，沥青面层 5.10cm，再生施工时将旧路面(含稳定基层)一次铣刨，材料共混掺配新料后用作基层。

美国指南中推荐了冷再生中旧路混合料加新料后级配有4种类型但缺乏应用条件。

(2)再生沥青混合料技术指标与结构厚度美国指南指出，HR 法RAP掺量小于50％，比当量新HMA密度大，矿料间隙率小，空隙率低，稳定度与流值高，但其性能不低于新HMA。

如要求HIR与常用HMA相同的物理力学性质铺筑时，又未必有一样的现场特性，
可见采用的新HMA与旧路混合料的性质及施工工艺存在差异，仍需加深研究与积累资料，从而制订出切合实际的技术指标。

结构层厚度设计需要材料设计参数，如混合料抗压模量，劈裂强度等。

由于对旧沥青路面混合料及掺用不同比例的新材料的混合料尚未系统研究，因而缺乏设计参数，随之也无法科学地设计出再生混合料的厚度。

(3)机械设备铣刨机械选用洽当是确保修建再生路面的质量与经济性的必要条件，但至今我国尚未开发研制。

近几年旧路面再生应用中仅购置台数不多的进EI设备或租赁应用，因而影响了再生经济效益和质量。

关于热再生拌和设备，根据再生的特点，美国有特定设计或改进间隙式和连续式的沥青拌和站，它可避免因预热汽化脱水增加沥青的老化及控制废气排放量等。

目前，我国拌和旧沥青路面混合料仍为惯用的HMA拌和机械，可见开发、研制机械设备也是当务之急。

来源：中国公路养护网沥青搅拌楼：美国沥青路面再生技术进展。