沥青混合料热再生.讲座

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1、,沥青混合料热再生,主要内容,一、沥青混合料再生技术研究背景 二、沥青混合料再生分类 三、沥青老化及再生机理 四、再生沥青混合料的设计 五、沥青混合料厂拌热再生施工工艺 六、厂拌热再生设备的关键技术及主要设备,一、沥青混合料再生技术研究背景,路面大修的问题： 废料的堆放场地 资源的有效利用 环保,1.1 国外研究概况 沥青路面再生技术始于二十世纪30年代，1973年石油危机促进了国外大规模推广应用。至二十世纪80-90年代，沥青路面再生技术发展已经十分成熟，得到普遍的应用。,1.2 国内研究现状 我国在50到90年代，曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路，但都是作为废物利用考虑 20世纪9

2、0年代，我国进入高速公路建设高峰时期，沥青路面再生技术的研究与推广却几乎被搁置。近年来，一批早期建成的高速公路路面陆续进入大修或改建阶段，沥青路面再生技术重新引起各级决策者的重视。,二、沥青混合料再生分类,沥青路面再生技术是将不能满足使用要求的旧沥青路面沥青混合料经过一定的加工和处理，包括对旧沥青路面进行翻挖、破碎、筛分，再和新集料、新沥青、再生剂（必要时）重新混合，变成可以达到技术标准要求的混合料以后，重新铺筑为新的路面。,2.1 再生方式的分类 按照旧路面的性质不同可分为沥青路面的再生和混凝土路面的再生； 按再生形成的层位不同可分为再生面层、再生基层和再生底基层（或垫层）； 按拌和地点的不

3、同可分为现场再生和厂拌再生； 按再生方式分为冷再生和热再生。,2.1.1 现场热再生 现场热再生技术也称为表层再生技术。该技术通过现场加热、翻耕、混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现就地旧沥青路面再生，具有无须运输废旧沥青混合料，工效高，对公路运营影响低等优点。,现场热再生技术存在诸多局限性，不适宜于高速公路路面再生。局限性主要表现在： （1）处理厚度小。仅适合处理车辙、泛油、麻面和磨光等表面缺陷。对需要进行结构性再生（中、下层以至基层损坏的情况）的路面大修无能为力。 （2）由于不加入或加入很少新集料，无法有效调整配合比，对表面层集料级配不满足的路面不适用。 （3）由于不加入或加入很少新沥青，必

4、须利用专门的再生剂恢复沥青的性能，难以保障路面的耐久性。 （4）无法处理采用改性沥青铺筑的表面层。 （5）对路面层厚不均匀或质量状况变化大的路面难以保证质量要求。因此,目前现场热再生技术在发达国家也未得到普遍采用。,2.1.2 厂拌热再生 厂拌热再生技术先将旧沥青路面铣刨后运回工厂，通过破碎、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、沥青和再生剂（必要时）进行拌和，再按照与普通沥青路面完全相同的方法重新铺筑。,厂拌热再生技术利用旧沥青回收料（RAP）一般不超过50%，通常用10%30%，因此，掺入数量较大的新集料和新沥青，使再生混合料的级配和沥青结合料性能

5、均得到充分改善； 而且，在RAP用量不大的情况下，不需要使用专门的软化剂（再生剂），使混合料具有稳定的质量。 根据上述国外经验和室内试验研究成果，只要采用适当的配合比设计和严格的质量控制措施，厂拌热再生沥青路面具有与普通沥青路面相同的路用性能和耐久性。,2.1.3 现场冷再生 现场冷再生技术是用大功率路面铣刨拌和机将路面混合料在原路面上就地铣刨、翻挖、破碎，再加入稳定剂、水泥、水（或加入乳化沥青）和骨料同时就地拌和，用路拌机原地拌和，最后碾压成型。 碾压成型后的摊铺层可作为低等级公路的面层和高等级公路的下面层或基层。,现场冷再生使用的再生材料有稳定类（水泥、石灰、粉煤灰）和粘结类（乳化沥青或泡

6、沫沥青）两种，必要时加入一定量的新骨料以改善级配。,2.1.4 厂拌冷再生 将铣刨下来的旧沥青混凝土路面材料运回稳定土搅拌厂，经过破碎作为稳定土骨料，加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化沥青等一种或多种稳定剂和新料（必要时）进行搅拌，然后铺筑于基层或底基层。 这类基层具有柔性基层的特点。,厂拌冷再生技术缺点：未充分利用废弃材料中的旧沥青，而且旧沥青还会在一定程度上影响混合料的抗压强度。 优点是其生产过程几乎不需要专用设备就可实现。对于不能热再生回收的旧料（如改性沥青混合料、老化严重难于再生的混合料），可以有效解决旧料废弃和环境污染等问题，在国外被普遍采用，实践证明具有很好的应用价值。,2.2 沥青再生

7、方式的选择 2.2.1 现场冷再生： 现场冷再生对设施要求较低、生产成本不高，但同时再生路面的质量不是很好。因此，目前该方法在国内主要是用于低等级道路路面和基层的铺筑，国外多用于乡村道路的翻修。,2.2.2 厂拌冷再生 虽然能保证工程质量，但仅能用于基层或底基层，经济性不理想；而且基层极少大规模翻修，少量修补又难于压实，一般被水泥混凝土或沥青混合料代替，市场空间很小。但厂拌冷再生设备相对较简单，费用也较低。,2.2.3 厂拌热再生 具有较好的适应性，适用于各类被破坏路面，经过严格的配合比调整，再生沥青混合料能确保技术指标不低于使用全部新料拌制的沥青混合料，路用性能满足高级路面的使用要求，能最大

8、限度地发挥沥青混凝土路面废料的作用。,2.2.4 现场热再生 与厂拌再生工艺相比而言，其再生混合料的拌和质量控制难度较大，再生设备价格也比较昂贵，但现场再生具有施工速度快、旧料利用率高、减少了旧料的运输与储存等优点。 多用于基层承载能力良好、面层因疲劳而龟裂的路段，特别适用于老化不太严重，但平整度较差的路面。,三、沥青老化及再生机理,3.1 沥青的组成和结构 沥青的使用性能与其化学组成和结构有密切的关系,研究沥青中各个化学成分和结构。对于搞清楚沥青性质的变化原因、改进沥青质量、延长沥青寿命和开展沥青的再生研究有十分重要的意义。 沥青一般可分为石油沥青和天然沥青：石油沥青是石油经过各种炼制工艺加

9、工得到的产品；天然沥青是地壳中石油在各种自然因素的作用下，其轻质油分蒸发，经浓缩、氧化形成的产品。道路沥青主要是石油沥青。,3.1.1 沥青的化学组成 1）元素组成 沥青是由多种碳氢化合物以及非金属（氧、硫、氮）的衍生物组成的混合物,它的主要元素是碳（80%-87%），氢（10%-15%）,其次是非烃元素，还含有少量的微量的金属元素。沥青是由多种化合物组成的混合物， 由于其组成结构的复杂性，以及目前分析技术的限制，要将沥青分离为纯粹的化合物单体，存在许多困难，也没有必要。,2）化学组分 化学组分分析就是利用沥青在不同有机溶剂中的选择性溶解或在不同的吸附剂上的选择吸附，将沥青分离为几个化学性质与

10、路用性能有一定联系的组，这些组就称为沥青的“组分”，每一种组分反映了沥青的不同性质。 我国习惯用四组分分析方法将沥青分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质。,1、沥青质 沥青质为黑褐色到黑色易碎的粉末状固体，平均相对分子质量可达数千到一万，是高度缩合的芳香烃，相对密度大于1，没有固定的熔点，加热时会首先膨胀，到达300时会分解成气体和焦炭。 沥青质是沥青胶体体系的核心，在沥青中的含量一般为8%15%。 沥青质有很强的极性，其含量对沥青的流变性能、热稳定性和粘性有很大的影响。其含量越高，沥青的软化点越高，粘度也越大，沥青就相应的越硬、越脆。相反沥青质的相对含量越低，沥青的流变性会增加。,2、胶质 胶质

11、也称极性芳烃，平均相对分子质量在1300-1800，相对密度在1.01.08之间，胶质的含量一般为20%40%。胶质对沥青的粘结力、延度有很大的影响。 胶质的化学组成和性质是介于沥青质和油分之间，但是更加的接近沥青质，一般为半固体状态或粘稠状物质。有很强的极性，影响了沥青的分散效果，具有很强的粘附力。 胶质和沥青质之间的比例决定了沥青的胶体结构的类型。 胶质的化学稳定性比较的差，在吸附剂的影响下稍稍加热，甚至在室温的条件下，在有空气存在时（特别是有光照的作用下）很容易氧化缔合，部分的变为沥青质。,3、芳香分 芳香分是一些带环烷和长链烷基的芳香烃，平均相对分子质量在8001000，它是溶胶沥青质

12、的分散介质，在沥青中的含量一般为33%48%。 芳香分是由沥青中分子量最低的环烷芳香化合物组成，粘稠状液体，呈棕色，对其他高分子烃类物质有较强的溶解能力。,4、饱和分 饱和分主要由直链和支链饱和烃、烷基烃和一些烷基芳香烃组成，平均相对分子质量在500800之间。饱和分是一种非极性的稠状油类，颜色比较浅，在沥青中的含量一般为18%25%。 饱和分和芳香分统称为沥青中的油分，对沥青有润滑和软化作用。随饱和分的增加沥青的稠度降低，温度的感应性加大。,3.1.2 沥青溶液的结构 1）沥青胶体结构理论 现代胶体理论认为, 沥青的胶体结构以固态微粒的沥青质为分散相, 液态的芳香分、饱和分为分散介质, 半固

13、态的胶质起着胶溶剂的作用。若干沥青质微粒聚集在一起, 吸附极性的胶质, 形成“胶团”, 胶溶于分散介质中, 形成稳定的胶体。 根据沥青中各组分的化学组成和相对含量的不同, 胶体结构可分为3 种类型：溶胶结构、溶凝胶结构和凝胶结构。,（a）溶胶型结构 （b）溶凝胶型结构 （c） 凝胶型结构,1、溶胶型沥青 当沥青质的含量不多（例如10%以下），相对分子质量也不很大，同时有一定量的胶质，这样胶团就可以完全胶溶而分散在芳香分和饱和分的介质中,这样的沥青在实际上可视为真溶液或分散度非常高的近似真溶液。 这种溶液具有牛顿液体的性质，其粘度与应力成比例。 此时胶团相距比较的远,他们之间的吸引力比较的小,沥

14、青的粘附力主要是由于范德华力和偶极力引起的。这类沥青对温度的变化很敏感，在沥青的分子中没有相对分子质量很大或很小的物质，即相对分子质量的分布范围较窄，分散相和分散介质之间的化学组成及性质比较接近。 这类沥青在路用性能上，具有较好的自愈性和低温的变形能力，但是温度感应性比较的差。,2、溶凝胶型沥青 沥青中沥青质含量适当（例如15%-25%之间），并有较多数量芳香度较高的胶质。这样形成的胶团数量增多，胶体中胶团的浓度增加，胶团距离相对靠近，它们之间有一定的吸引力。这是一种介于溶胶与凝胶之间的结构，称为溶凝胶结构，这种结构的沥青称为溶凝胶型沥青。 这类沥青在高温时具有较低的感温性，低温时又具有较好的

15、变形能力。修筑高等级沥青路面时所使用的沥青，都属于这类胶体结构类型。,3、凝胶型沥青 当沥青质的浓度增大（例如大于30%），同时可溶质没有足够的芳香族组分，分散介质的溶解能力不足，生成的胶团较大，或由于分子聚集体的形成而生成网状结构，具有结构粘度，表现出非牛顿流体的性质，这类沥青一般为凝胶型沥青。 这类沥青的特点是弹性比较的好,温度的感应性比较的低,低温变形能力比较的差。 老化沥青由于氧化比较的严重,多属于这种结构。,2）沥青溶液理论 在沥青高分子溶液里，分散相沥青质与分散介质沥青脂（树脂质和油分）具有很强的亲和能力，而且在每个沥青质分子的表面上紧紧的保持着一层沥青脂的溶剂分子，形成高分子溶液

16、。 沥青脂减少时,沥青质含量相对增加,为浓溶液,如果增加沥青脂就可以变为较稀的溶液。 凝胶型沥青，沥青质的含量高，为较浓的高分子溶液；溶胶型沥青,沥青质含量较少,为稀的高分子溶液；而溶凝胶型沥青就是位于二者之间。,3.1.3 沥青的化学组成与胶体结构的关系 石油沥青的化学组成对使用性能的影响，通常表现在化学组成对沥青的各项技术指标和沥青混合料路用性能的影响，如石油沥青中的饱和分、芳香分、胶质和沥青质对石油沥青的针入度、软化点、延度和粘度的影响。 由于石油沥青是一个胶体分散体系，其分散相是以沥青质为核心吸附部分胶体而形成的胶束。因此，沥青的物理化学性质和使用性能很大程度决定于其胶体体系的性质，而能否形成稳定的胶体体系又与其化学组成有密切的关系。,沥青的化学组成与胶体性能存在如下的关系： 1)沥青中饱和分的含量不能过多,饱和分过多，将使沥青中分散介质的芳香度过低，不能形成稳定的胶体分散体系。 2)沥青中芳香分的存在是必需的，它的存在提高了沥青中分散介质的芳香度，使胶体体系易于稳定。 3)胶质本身具有良好的塑性和粘附性，是沥青中必不可少的组分，它能使沥青质稳定地胶溶于体系中。 4)沥青质的存在可改善沥青高温性能，但沥青质含量过多会使沥青的延度大大减小，而且在低温情况下易于脆裂。,