高性能瀝青路面廠拌冷再生技術工程應用

高性能瀝青路面廠拌冷再生技術工程應用第1頁/共61頁一、概述第2頁/共61頁瀝青路面在使用一定時間后，其整體性能將逐步下降，需要周期性地實施大中修養(yǎng)護工程，同時產生了大量的廢舊瀝青路面材料。這些廢舊瀝青路面材料如能得到充分利用，即可節(jié)省大量材料資源和資金，也可避免環(huán)境污染，實現循環(huán)經濟發(fā)展模式和可持續(xù)發(fā)展。瀝青路面材料循環(huán)利用技術，簡單地說，就是在對舊路面進行養(yǎng)護維修或大修改造時，把回收的舊瀝青路面材料經過再加工，作為原材料再用回到路面工程上。瀝青路面再生技術應用背景第3頁/共61頁在公路養(yǎng)護工程中，大力推廣路面材料的循環(huán)利用技術，是建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型行業(yè)和低碳交通運輸體系的重要內容，路面材料循環(huán)利用以其節(jié)約資源、減少污染等優(yōu)勢，代表著綠色交通、環(huán)保交通的一個方向，以推廣路面材料循環(huán)利用技術，作為轉變公路養(yǎng)護發(fā)展模式的突破口。促進全行業(yè)從粗放型向資源節(jié)約型轉變。

瀝青路面再生技術應用背景第4頁/共61頁據統(tǒng)計，我國每年國省干線公路（包括高速公路和普通國省道）大中修里程占總里程的比例約為13%，每年國省干線公路僅瀝青面層舊料可回收利用的數量約為2.2億噸（含回收和就地利用）。如果將其換算為1×1×1立方米的體積連續(xù)排列，可繞地球赤道2圈多。瀝青路面再生技術應用背景第5頁/共61頁□發(fā)達國家瀝青路面再生利用率很高，如美國、日本和歐洲一些國家，舊路面材料回收利用率接近100%，在熱拌瀝青混合料中，舊料的添加量可達50%以上?！蹶P于路面材料循環(huán)利用的各項法規(guī)制度健全，政策配套，技術、材料、裝備研究持續(xù)。瀝青路面再生技術應用背景國外情況：第6頁/共61頁我國在20世紀80年代開始，不同程度地利用舊瀝青路面材料修路，但一般只用于輕交通路面、路面墊層和非機動車道等。近年來，為適應建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的要求，瀝青路面再生利用技術在我國公路建設和養(yǎng)護中逐步推廣應用，但在應用中還存在著一些問題急需研究和解決。瀝青路面再生技術應用背景第7頁/共61頁主要問題有三低一滯后：利用率低。就全國而言，舊路面材料回收利用率總量不足30%，遠低于發(fā)達國家90%以上的水平；舊料摻量低。廠拌熱再生混合料舊料摻加量僅為20-30%；利用價值低。一般是將瀝青面層材料用作基層、高速公路路面材料用于低等級道路，甚至是老百姓墊院子、鋪路口等無償利用；技術研究、材料與裝備研發(fā)滯后。缺少全面系統(tǒng)的技術研究，用于各種專項路面材料再生利用技術的新材料、新裝備研發(fā)也遠遠跟不上實際需要。瀝青路面再生技術應用背景第8頁/共61頁2012年交通運輸部公路局下發(fā)《關于加快推進公路路面材料循環(huán)利用工作的指導意見》（交公路發(fā)[2012]489號）中明確提出路面材料循環(huán)利用的指導思想、工作目標、主要任務和保障措施。到“十二五”末，全國基本實現公路路面舊料“零廢棄”，路面舊料回收率（含回收和就地利用）達95%以上，循環(huán)利用率（含回收后利用和就地利用）達到50%以上，其中東、中、西部分別達到60%以上、50%以上、40%以上。到2020年，全國公路路面舊料循環(huán)利用率到90%以上。瀝青路面再生技術應用背景第9頁/共61頁瀝青路面再生技術分類面層材料面層、基層材料表面層材料面層、基層、及其復合材料瀝青路面再生利用有四類技術、七種應用：廠拌熱再生廠拌冷再生就地熱再生就地冷再生第10頁/共61頁瀝青路面廠拌熱再生（面層材料）將回收的舊瀝青路面材料（RAP），選擇適宜的摻配比例與新料拌和，必要時添加一些再生劑，然后使用間歇式或連續(xù)式廠拌設備生產新的熱拌瀝青混合料。瀝青路面再生技術分類第11頁/共61頁瀝青路面就地熱再生（表面層）采用專用的就地熱再生設備，對瀝青面層進行加熱和軟化，然后耙松或銑刨至一定深度，摻入一定數量新瀝青、再生劑、新瀝青混合料等，形成新的熱拌再生瀝青混合料。瀝青路面再生技術分類第12頁/共61頁瀝青路面廠拌冷再生（面層材料、基層材料）將瀝青路面舊料（面層材料、基層材料分別回收再生利用）與新骨料、乳化瀝青或泡沫瀝青結合料、水硬性活性填料、水進行常溫拌和，常溫鋪筑形成路面結構層。瀝青路面再生技術分類第13頁/共61頁瀝青路面就地冷再生（面層、基層、面層和基層復合）采用專用的就地冷再生設備，對瀝青路面進行就地冷銑刨、破碎和篩分，摻入一定數量的新集料、乳化瀝青或泡沫瀝青結合料、水硬性類活性填料、水，經過常溫拌和，常溫鋪筑形成路面結構層。按再生層位和厚度的不同，就地冷再生分為就地面層冷再生、就地基層冷再生、全深式（面層和基層復合）冷再生。瀝青路面再生技術分類第14頁/共61頁選用原則及適應性（遵循3E：技術性、經濟性、環(huán)境性）：瀝青面層材料與基層材料——應分別回收并再生利用；路面大中修工程瀝青面層材料——應優(yōu)先考慮廠拌再生；用于中、下面層再生混合料——可優(yōu)先選擇廠拌冷再生；用于上面層的再生瀝青混合料——可選擇廠拌熱再生；路面表面功能的恢復工程——可選擇就地熱再生；基層材料再生利用——主要選擇就地或廠拌冷再生。瀝青路面再生技術選用第15頁/共61頁二、廠拌冷再生的技術特點第16頁/共61頁綜上，瀝青路面舊料循環(huán)利用的主要途徑有熱再生和冷再生兩大類，其具體實施工藝可分為廠拌再生和就地再生。由于瀝青路面廠拌熱再生對拌和設備與工藝控制要求高，且舊料摻量一般不超過30%，故僅依靠廠拌熱再生和處理5cm以內瀝青表面層的就地熱再生，難以消耗掉如此數量的瀝青路面舊料。因此，舊料摻量高（達60%~80%）且節(jié)能減排效果顯著的瀝青路面冷再生理應充當主要角色。廠拌冷再生技術現狀第17頁/共61頁早期瀝青路面冷再生采用泡沫瀝青或普通乳化瀝青作為膠結料，并摻入少量的水泥材料，由于技術研發(fā)、材料水平及工藝條件受限，冷再生混合料某些路用性能達不到技術要求，一般只用于鋪筑路面基層或低等級公路的下面層，并沒有真正實現瀝青面層舊料的高價值再生利用。采用特種乳化瀝青、水泥為膠結料，利用瀝青熱拌站生產冷再生混合料，實現高性能的目標。廠拌冷再生技術現狀第18頁/共61頁瀝青面層材料廠拌冷再生——目標是三高三低:高摻量、高價值、高性能低能耗、低排放、低造價新集料瀝青路面回收料水泥特種乳化瀝青半剛性柔性半柔性高性能高性能廠拌冷再生技術特點第19頁/共61頁高性能廠拌冷再生技術特點高摻量高性能廠拌冷再生混合料中回收舊路面材料摻量可達60%-80%。第20頁/共61頁高價值高性能廠拌冷再生混合料可直接應用于瀝青路面的中、下面層。高性能廠拌冷再生混合料用于舊水泥混凝土路面直接加鋪或碎石化后加鋪新路面結構中的聯(lián)結層。瀝青面層1-2層高性能再生面層/聯(lián)結層（8-12cm）舊瀝青/舊水泥路面（下承層）高性能廠拌冷再生技術特點第21頁/共61頁高性能良好的結構承載力和路用性能突出的抗車轍性能顯著的抗半剛性路面反射裂縫能力高性能廠拌冷再生技術特點高性能是指相對于其他冷再生技術而言，通過采用特種乳化瀝青、嚴格控制級配、與熱瀝青混合料相同的拌合（但不加熱）、攤鋪、碾壓等工藝，使冷再生混合料的路用性能大幅度提高。第22頁/共61頁常溫拌和，與熱拌瀝青混合料相比，每噸瀝青混合料拌和中可節(jié)省燃油消耗6～6.5kg。

低能耗整個生產施工過程只有運輸、攤鋪、碾壓機械存在廢氣排放，再生混合料生產基本為零排放、零污染。低排放節(jié)省石料60%-80%、節(jié)省瀝青用量40%，節(jié)省燃油能源90%以上；綜合可降低路面工程造價5%-10%。低造價高性能廠拌冷再生技術特點第23頁/共61頁對比項目單位特種乳化瀝青冷再生泡沫瀝青冷再生普通乳化瀝青冷再生AC-25熱料60℃馬歇爾穩(wěn)定度KN7.87.847.310.915℃劈裂強度MPa0.850.420.331.26凍融強度比TSR%86.973.675.184動穩(wěn)定度次/mm8027360365332602低溫彎曲應變με2165-17622560動態(tài)模量MPa5000--3000抗反射裂縫次555362-400特種乳化瀝青冷再生與其他冷再生混合料技術對比高性能廠拌冷再生技術特點第24頁/共61頁泡沫瀝青和普通乳化瀝青冷再生各項技術指標偏低，達不到熱拌瀝青混合料技術要求，且多采用就地（深層）冷再生，故一般用于鋪筑基層或低等級公路下面層。而特種乳化瀝青廠拌再生混合料呈現了高性能、半柔性的特點，用于鋪筑瀝青中、下面層。高性能廠拌冷再生技術特點第25頁/共61頁與普通乳化瀝青不同，用于高性能瀝青路面廠拌冷再生混合料的特種乳化瀝青要求要求破乳速度、與水泥拌和性、篩上剩余量、恩格拉黏度、延度等指標協(xié)調性較高，且乳化過程中盡可能降低對基質瀝青性能的損害。關鍵在于：乳化劑乳化能力優(yōu)越，適宜的PH環(huán)境和制備工藝（通常邊乳化邊改性的制備工藝效果較好，乳液具有更小的粒度、性能和存儲穩(wěn)定性）。高性能廠拌冷再生技術特點第26頁/共61頁HiRM-高性能特種乳化瀝青的掃描電鏡照片從照片中可以看出，制得的乳化瀝青粒徑大約為2微米。①放大倍數：6,000

╳②放大倍數：18,000

╳RecyclingofPavementmaterialsGLYH王松根公路養(yǎng)護系列講座

暢/安/舒/美第27頁/共61頁HiRM-高性能特種乳化瀝青的透射電鏡照片從照片中同樣可以看出，制得的乳化瀝青粒徑大約為2微米。放大倍數：8,000

╳RecyclingofPavementmaterialsGLYH王松根公路養(yǎng)護系列講座

暢/安/舒/美第28頁/共61頁三、廠拌冷再生工程應用第29頁/共61頁特種廠拌冷再生施工工藝舊料的破碎和篩分混合料配合比設計混合料的攤鋪磨耗層的攤鋪混合料的碾壓粘層油的灑布結構層的養(yǎng)生混合料的拌制第30頁/共61頁舊路銑刨材料要求——潔凈不含土，4.75mm以下細料砂當量應不小于60%；——設定刨機合適的工藝參數，不應過度破碎與產生大量粉塵，0.075mm篩孔通過率應不大于5%；——不得與基層銑刨料混合堆放。舊路銑刨材料預處理要求——堆料場應配備振動篩，將舊路銑刨材料篩分成2～3檔不同規(guī)格的料，并嚴格分開堆放；——篩分檔好的銑刨料應覆蓋做好防雨、防二次污染。舊料摻量根據再生混合料礦料級配范圍及設計級配，以及舊路銑刨材料級配、新集料級配，確定舊路銑刨材料摻配比例，至少可以做到舊路銑刨材料摻量60%以上。舊料處理第31頁/共61頁級配設計最佳含水率最佳乳化瀝青用量性能驗證配合比設計方法采用基于擊實、馬歇爾與路用性能檢驗的綜合設計方法。配合比設計依據特種廠拌冷再生混合料滿足體積指標與路用性能技術要求。配合比設計第32頁/共61頁特種廠拌冷再生混合料的拌制常溫拌和，按熱拌工藝控制生產，僅需添加一套加水及計量系統(tǒng)，并傳輸到拌和設備控制室。特種廠拌冷再生混合料的運輸特種乳化瀝青破乳時間為4～8小時，一般要求運距小于60km。特種廠拌冷再生混合料的攤鋪特種廠拌冷再生混合料采用常溫攤鋪，其工藝類似普通熱拌混合料。拌合、運輸、攤鋪第33頁/共61頁冷再生結構層的養(yǎng)生天氣干燥、平均氣溫高于20℃，宜養(yǎng)生24h。若天氣潮濕，平均氣溫低于7℃，應養(yǎng)生3～5天。交通量小或交通管制困難的，可結合施工工藝，采取開放輕交通的方式進行養(yǎng)生。冷再生混合料的碾壓初壓：中型壓路機靜壓1~2遍，復壓：單鋼輪壓路機振壓3~5遍；終壓：20t以上輪胎壓路機1~2遍。碾壓、養(yǎng)生第34頁/共61頁粘層油的灑布特種冷再生結構層表面須灑布粘層油，具體要求符合現行施工技術規(guī)范。磨耗層的鋪筑須滿足相關設計要求。表面層鋪筑第35頁/共61頁特種廠拌冷再生（HiRM）技術應用

日蘭高速公路（G1511）山東日照段（4km）日蘭高速公路（G1511）山東濟寧段（10km）G206國道江蘇徐州北段（8km）G202國道吉林段（12km）

G108國道山西臨汾段（10km）S333省道江蘇鹽城段（10km）S348省道山東菏澤段（7km）北京市延慶縣古龍路（16km）……北京、山東、吉林、江蘇、福建、湖北等省市還將陸續(xù)推廣應用。第36頁/共61頁日蘭高速（G1511）日照段4cmSMA-138cmAC-2510cmHiRM-25舊基層、底基層、土基2010.07第37頁/共61頁跟蹤觀測與評價路面損壞狀況指數PCI均大于95，屬于“優(yōu)”等級；路面行駛質量指數RQI大于93，屬于“優(yōu)”等級；路面車轍深度指數RDI大于90，即車轍小于5mm。日蘭高速（G1511）日照段第38頁/共61頁4cmSMA-137/9cmHiRM-25舊基層、底基層與土基2011.04G206徐州段第39頁/共61頁路面損壞狀況指數PCI均大于95%，屬于“優(yōu)”等級；路面行駛質量指數RQI大于94%，屬于“優(yōu)”等級；路面車轍深度指數RDI大于95%，車轍小于3mm。跟蹤觀測與評價G206徐州段第40頁/共61頁G202吉林段一級公路表面僅有浮粒，整體強度較好。4cmSMA-1310/12cmHiRM-25舊水泥板、底基層與土基2011.07第41頁/共61頁跟蹤觀測與評價路面損壞狀況指數PCI均大于95，屬于“優(yōu)”等級；路面行駛質量指數RQI大于92，屬于“優(yōu)”等級；路面車轍深度指數RDI大于95，車轍小于3.5mm。G202吉林段一級公路第42頁/共61頁4cmSMA-1312cmCR-25舊基層、底基層與土基2011.07G202吉林段二級公路第43頁/共61頁4cmAC-138cmHiRM-20基層、再生底基層與土基2011.09S333東臺段第44頁/共61頁四、效益分析第45頁/共61頁

前面已經得出，我國瀝青路面每年可回收再生利用的面層材料數量可達2億2千萬噸。

如果將瀝青路面舊料全部用于公路大中修、改建和新建，則可直接節(jié)省石料資源2億2千萬噸（約9170萬立方米），價值：2.2×80=176（億元）（1）節(jié)省石料資源如果鋪滿整個足球場（世界杯賽場105mX68m），高度可達12840米，比珠峰還要高的多！第46頁/共61頁如果將瀝青面層舊料完全用于公路大中修、改建和新建，若完全用新料時AC-25的油石比為4.2%，當舊料摻量為70%時，可節(jié)約瀝青用量43%。則可節(jié)省瀝青資源合計為：

22,000/70%×4.2%×43%=568（萬噸），價值:568×0.5=284（億元）（2）節(jié)省瀝青資源

如果用容量為5000噸的瀝青罐進行儲存，需要1136個這樣大的瀝青罐！第47頁/共61頁（3）節(jié)省燃油資源

若瀝青面層舊料完全用于常溫拌和冷再生，按每噸瀝青混合料節(jié)約燃油6公斤計算，則可節(jié)約燃油為：22,000/70%×0.006=189（萬噸），價值:189×0.36=68（億元）如果用容量為45m3的汽油運輸車進行運輸，需要近45,650輛這樣運輸車進行運輸！第48頁/共61頁（4）減少二氧化碳排放

碳排放由四部分構成：用電量、用水量、用氣量、耗油量。二氧化碳減排計算公式：將用量與相應的二氧化碳排放強度系數相乘，計算公式和強度系數如下：用電的二氧化碳排放：度數×0.785（公斤）用水的二氧化碳排放：噸數×0.91（公斤）用氣的二氧化碳排放：立方數×0.19（公斤）耗油的二氧化碳排放：公升數×2.7（公斤）輕柴油1升=0.86公斤；重柴油1升=0.92公斤第49頁/共61頁這里我們僅計算瀝青面層舊料完全用于冷再生時節(jié)省的燃油和開采同等數量的石料時節(jié)省的能源所減少的二氧化碳排放量。1）采用常溫拌和節(jié)省的燃油減少的排放量：

1,890,000,000/0.92×2.7=555（萬噸）。2）減少開山采石節(jié)省的能源減少的排放量：據調查測算，開采一噸石料需耗燃油0.413公斤（0.413/0.86=0.48升）、耗電7.73度。按再生利用22,000萬噸面層材料計算，則：少消耗燃油：22,000×0.48=10,560（萬升）；少耗電：22,000×7.73=170,060（萬度）；少排放二氧化碳約為：10,560×2.7=28.5（萬噸）170,060×0.785=133.5（萬噸）合計為28.5+133.5=162（萬噸）。第50頁/共61頁RecyclingofPavementmaterials王松根公路養(yǎng)護系列講座

暢/安/舒/美GLYH3）節(jié)省的瀝青資源所節(jié)省的能源消耗而減少的二氧化碳排放量

前面已計算，可節(jié)省瀝青資源合計為：568（萬噸）據研究測算，我國基質瀝青生產綜合能耗為：177.17kgce/t即：每生產1噸基質瀝青要消耗0.17717噸標準煤。則：560（萬噸）*0.17717=99.22（萬噸）標準煤減少二氧化碳排放：99.22*2.6=258（萬噸）第51頁/共61頁

三者合計減排數量為：555+162+258=975（萬噸）國際碳交易交割的碳排放價格約為每噸10歐元，約合人民幣80元左右,價值：

975（萬噸）×80（元/噸）=7.8（億元）

綜上合計社會效益量化價值為：

176+284+68+7.8=535.8（億元）

每噸瀝青面層材料循環(huán)利用的社會效益量化以后為：

535.8/2.2=244（元）

以上還未計算如將瀝青路面舊料廢棄后占壓土地和環(huán)境污染應支付費用的社會效益。第52頁/共61頁直接經濟效益是體現在采用路面材料循環(huán)利用技術后，工程造價不會增加或略有降低。當采用廠拌高性能半柔性路面再生技術時，從施工總成本分析，相比于中下面層常用的AC-25瀝青混合料，可節(jié)約成本5%~10%，按舊面層材料摻量70%、每生產1噸再生混合料可節(jié)省38元計算，則每再生利用一噸舊瀝青面層材料的直接經濟效益為：54（元）直接經濟效益第53頁/