环氧沥青再生路面研究报告

（宁波天意钢桥面铺装技术有限公司）

一、 课题研究的背景和需求

我国是沥青路面应用的超级大国，据2013年运输部公布的数据，全国等级公路（包括县乡公路）通车总里程超过了420万公里，其中高速公路超过了10万公里。目前，我国的高速公路建设仍处于高峰期，同时，早期修建的高速公路也陆续进入大、中修养护期，呈现出高速公路建设和养护双高峰重合的特点。根据测算，高速公路的年养护量（大、中修工程）将达到并维持在8000 km -10000 km，其中绝大部分是沥青路面。在城市道路方面，随着城市化的快速推进，城市道路沥青路面的面积不断增加，2012年中国城市建设统计年鉴的资料表明，城市道路的总面积已超过48.3亿㎡，其中绝大多数是沥青混凝土路面。城市和交通合计沥青路面的总面积已超过了100亿㎡。沥青路面随着使用期的延长，坑槽、开裂、车辙和推挤等多种病害也越发严重（如图1.1），交通运管部门每年不得不花费大量的时间和费用对破损的沥青路面进行维修养护。粗略的统计表明，国内沥青路面不维修的平均使用寿命远低于10年，即，每年沥青路面翻修罩面的数量远高于10亿平方米，可见沥青路面每年的维修工程量十分巨大。

当前，翻新这些旧沥青路面主要的方式主要是挖除旧路面，然后采用新的沥青混合料进行罩面，为此每年需消耗的石油沥青将超过1000-2000万吨，需要开山开采的石料超过了2-3亿吨，石油沥青和沙石材料等不可再生的资源消耗十分惊人，由此造成的环境压力也难以承受。据不完全统计，全国每年因翻新路面产生的旧沥青路面铣刨废料约1.6-3亿吨，若不能充分利用这些废料，仅堆放这些废料就需要占用（污染）近万亩土地。同时我们还需注意到，翻新沥青路面需要大量的新的热拌沥青混合料，需要燃烧大量的燃料油，按平均每吨热拌混合料燃烧油料7kg计，每年因维修沥青路面消耗的燃油约20亿kg，由此导致的碳排放也十分惊人。去年十二月，我国政府加入了《联合国气候变化框架公约》，简称《巴黎气候协定》，向全世界承诺我们应实现的节能减排目标，沥青路面行业因面积巨大，节能减排的任务也十分艰巨。但截至目前，我国铣刨的旧沥青路面料合理的利用率还很低，相当多昂贵的旧沥青路面铣刨料被用于道路的垫层或被浪费了。其中的关键因素是，旧料再生利用的品质较差，再生路面的寿命较短，再维修的工作量巨大。

因此，如何大幅提高旧沥青路面混合料的利用率、大幅提高再生路面混合料的综合路用性能、使之达到甚至超过新铺筑的沥青混合料的品质、明显延长再生路面的使用寿命，这已成为当前我国道路交通业迫切需要解决的重大课题。

从另一个角度看，随着我国道路交通发展的不断完善，新建道路在逐年减少，道路施工企业获取新建项目的竞争越发激烈。沥青路面施工企业面临新建项目开工不足将会是一种新常态，道路施工企业面临着转型的需要，如何研发新技术满足国家进一步发展的需要、在市场竞争中获得先机和有利地位是每一个道路施工企业无法回避的现实问题。这既是企业发展新的发展机遇也是一种衰亡的风险。当前的旧路面再生市场仍处在发展的初期阶段，为维护现有沥青道路的正常使用，各种新技术在不断地进行研究尝试，但还都没有成熟并形成技术垄断，各企业都还有竞争发展的机会。仅在沥青路面领域，按最保守的估算，每年十几亿平方米的沥青路面的翻修费用达到1000-2000亿元，即使只占有10%的市场份额也会给企业带来巨大的发展机遇。因此，投入精力研究新型的再生沥青路面一定会给企业带来生存发展的新机遇，值得下力气研究。

二、当前国内外沥青路面再生技术的现状介绍

为了理解当前再生沥青路面为什么不容易做好的原因，我们不得不深入了解现有的各种不同的沥青混凝土再生技术，分析现有技术面临的各种困难和存在的问题，进而寻找解决问题的办法。

2.1、再生路面的分类

论及国内外现有的沥青路面再生技术，总体上来说可分为冷再生和热再生两大类。就热再生而言，按旧料再生的方式和施工位置划分，又可以划分为就地热再生与厂拌热再生两种方式。

所谓冷再生，即在常温状态下将旧沥青回收料进行重新拌合铺筑，形成再生路面，再生过程中没有对回收的旧沥青混合料进行再次加热的工序。通常，冷再生采用乳化沥青或发泡沥青等材料降低胶结料的粘度，在常温条件下将旧料的颗粒重新拌合粘结起来，使重新铺筑的旧沥青混合料具有一定的路用性能，实现旧料的再生利用。冷拌再生技术的着眼点是规避旧沥青混合料的加热遇到的困难，强调再生施工的方便。显然，冷再生的缺点是旧料中原有的沥青材料缺少再熔融重新分散于混合料中的过程，再生后的混合料几乎完全依赖于乳化沥青或发泡沥青对旧料颗粒的包裹粘结，因此，冷再生混合料的综合路用性能较差，通常只能用于基层或垫层再生，不能用于重载交通的高等级沥青路面面层结构。本课题研究的重点是高品质热再生沥青混合料，对性能不良的冷再生不做更详细的论述。

所谓热再生，则需要对旧沥青混合料进行再次加热，通过加热搅拌使旧沥青料中的沥青恢复一定的熔融状态，通过添加再生剂等材料使老化的旧沥青性能得到一定的改善，最后经过拌合以及摊铺碾压等工序的施工，形成翻新的再生沥青路面。就路面再生的施工的方式而言，热再生又分为“就地热再生”和“厂拌热再生”两种方式。

2.1.1就地热再生

就地热再生最显著的特征是“就地”。所谓“就地”是指，再生路面的施工在需要翻修的路面现场完成。通常的方式是，现场对拟翻新的旧路面“就地”进行强力的烘烤加热，然后用铣刨机将烘烤过的旧沥青路面的面层铣刨翻松，并将这种加热、铣刨翻松的旧料收拢起来，与新添加的沥青、再生剂以及部分新沥青混合料重新拌合混溶，形成再生的沥青混合料，最后用摊铺机等设备“就地”铺筑碾压，形成翻新的沥青路面。

就地热再生的特点是，从路面的加热烘烤直至最后再生铺装完成，中间有烘烤、翻松、收拢、配置新沥青混合料、添加再生剂和沥青重新拌合以及摊铺碾压施工等多个工序流程，多台套不同的设备同时联合作业，直至翻新路面施工完成。因为施工现场各种施工设备组合形成很长的队列，这种就地翻新路面的设备组合也通常被称之为。这种方式是当前国内外流行的再生方式之一。

现场就地热再生的优点是旧路面更新施工的工期较短，再生翻新后的路面很短时间即可重新开放交通，对交通车流的持续影响比较小，铣刨下来的旧沥青路面料几乎可以被完全利用。但现场就地热再生技术的不足之处在于，就地再生需要大型的“就地再生列车”联合设备，专用设备采购费用比较昂贵（约2000-3000万元/套）。另一方面，就地再生设备在现场对旧沥青路面的加热烘烤能力有限，一般再生深度仅限于路面的上面层（4-150px），对于中下面层也需要翻新的旧沥青路面而言，就地再生设备往往无能为力。另外，现场加热效率不高，热量损失较大，加热所需的乙炔等燃料的燃烧对现场环境有较大影响。就再生混合料的品质而言，就地热再生的混合料与新拌沥青路面混合料相比也往往有较大差距，其原因是，铣刨下来的旧沥青料级配变化较大且难以有效控制，旧混合料的加热温度也有限，虽然添加了新沥青和再生剂等，但再生后的混合料品质和路面的使用寿命仍不甚理想。对于重载交通的高速公路而言，就地热再生混合料通常不能满足使用要求。许多时候，就地再生路面上还需要做一层新沥青面层混合料罩面，以弥补就地再生料孔隙率和综合路用性能方面存在的不足。

按照辽宁、广东深圳等地的调查统计，就地热再生路面当前的综合造价大约每平方米约60-65元人民币，与新建SMA路面面层的费用基本相当，其中高昂的设备费用占了很大比例。如果考虑再生路面实际寿命较短和需要进行新沥青混合料罩面的因素，就地再生路面的综合效费比并不高。

例如，东北某项目原路面面层为AC-13C型，现路面损坏较严重，决定以就地热再生

的方式进行翻新罩面。对现场铣刨料进行抽提筛分，添加再生剂和少量的新沥青重新配伍后得到的就地再生混合料的特性如表2.1.1所示。其动稳定度值仅约1500次/mm，相比改性沥青混合料面层一般大于3000次/mm的动稳定度值有较大的差距。再生料的小梁低温弯曲值比规范要求也略有差距。其原因是，旧料铣刨后级配组成和油石比变化波动较大，性能不易稳定。

表2.1.1 就地再生混合料性能对比

*重载交通的动稳定度要求。

2.1.2 当前的厂拌热再生

厂拌热再生的重要特征是铣刨下来的旧料并不要求“立即就地”铺回原处。铣刨下来的旧沥青料被运回沥青拌合场，经破碎筛分等预处理措施，旧混合料被分类分级存储。再生混合料施工时，将重新级配好的旧沥青混合料送入再生拌合站进行加热，然后与新的热拌沥青混合料掺配混合形成所谓的再生沥青混合料，最后再次铺筑碾压，形成翻新的沥青路面。

厂拌热再生的施工方式与新沥青混合料施工几乎没有差异，所不同的仅仅是厂拌“再生的新混合料”中掺入了一定比例的加热的旧料。厂拌热再生方式的优点在于，铣刨挖除下来的旧沥青路面料被拉运至拌合场，可以从容的对旧料进行破碎筛分预处理，不受时间和现场施工温度的限制，经破碎筛分重新分级的再生料级配相对稳定。再生混合料与新沥青混合料按一定的掺配比例混合使用，混合料的热量及品质相对好控制。另外，厂拌再生的方式不受现场加热以及铣刨深度的限制，不仅可以充分利用旧路面的上面层混合料，中下面层的沥青混合料也可以用来进行沥青混合料的再生。就国内目前的使用情况而言，厂拌热再生的沥青混合料的品质要优于就地再生的混合料。特别当铣刨旧料的品质较差时，拌合场可以通过减少旧料与新料的掺配比例来保证再生混合料的品质。从现场环境的因素考虑，厂拌再生加热时对环境的影响比就地热再生要小。

当前，厂拌再生最主要的缺点是旧料的掺配比例较低，通常，旧料的掺配比例一般只能有新拌制沥青混合料的20~30%，若要增加旧料的掺配比例，则会遇到旧料的再加热以及再生料的品质控制等方面较大的困难。

2.2 国内外沥青路面再生的研究和应用情况

2.2.1国外的研究情况

国外发达国家就再生沥青路面进行研究比我国早很多。1973年，石油危机的爆发，燃油供应紧张，严格的环保法制，使得砂石材料的开发受到限制，筑路用的砂石材料供不应求，以致砂石材料价格上涨，1974年美国开始大规模研究和推广沥青混合料再生技术。据美国联邦公路局报道，在重新罩面式拓宽项目中每年要使用铣刨料9100万吨中的7300万吨旧沥青路面材料（RAP），重复利用率达80％。据美国联邦环境署的估计，1997年整个固体废料为19500万吨，沥青废料占固体废料1/3以上，沥青路面的再生利用在美国已是一项常规实践，一般来说使用15～25％的回收路面材料（RAP）的沥青混合料性能都很好。由于沥青混合料再生利用大有可为，为此相关的研究工作得到了美国联邦公路局的大力资助。此外，美国交通运输研究委员会、美国材料与试验协会、美国沥青路面工程师协会，也经常主持召开有关沥青混合料再生利用的各种学术会议，有力地推动了该项研究工作的进展和交流。1981年美国交通运输委员会编制出版了《路面废料再生指南》；同年，美国沥青协会出版了《沥青路面热拌再生技术手册》，1983年出版了《沥青路面冷拌再生技术手册》；2001年，美国沥青路面再生协会（ARRA）在联邦公路局资助下又出版了《Basic Asphalt Recycling Manual》。

前苏联对沥青路面再生技术研究较早，而且在1966年就出版了《沥青混凝土废料再生利用技术的建议》，但实际应用甚少。1979年出版了《旧沥青混凝土再生混合料技术准则》，提出了适用于各种条件下再生利用的方法，其中规定再生沥青混合料只可以用于高等级路面的基层或低等级路面的面层。1984年前苏联又出版了《再生路用沥青混凝土》，该书详细地阐述了路拌（现场）再生和厂拌再生的方法。

日本由于其能源匮乏，从1976年开始重视沥青路面再生技术的研究，1980年厂拌再生的热拌混合料累计达到50万吨，1984年7月，日本道路协会出版了《路面废料再生利用技术指南》，并且就有关厂拌再生技术编制了手册。目前日本路面废料再生利用率已超过70％。

西欧国家也十分重视这项技术，其中联邦德国再生技术研究的发展较快，居欧洲之首位。联邦德国是最早将再生材料应用于高速公路路面养护的国家，该国1978年就已将全部废弃沥青路面材料加以回收利用。芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作。过去再生材料主要用于低等级公路的路面和基层，近几年已开始应用于重交通道路上。法国现在对再生技术的研究也颇为重视，在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中开始逐步推广应用这项技术。欧美国家在沥青路面再生方面制定的技术规范如表2.1-1所示。

表2.1-1欧美国家沥青路面再生方面的技术规范

纵观发达国家对再生沥青混合料应用技术的研究及其发展的状况，可以看到，在再生沥青混合料拌制工艺以及与之配套的各种加热、铣刨、计量机具的研制方面，都取得了很大的成就，已经形成了一套完整的沥青再生利用技术，达到了规范化和标准化的程度。在理论研究方面，诸如再生剂的再生效果、再生沥青混合料物理力学性能的评价方法等，欧美等发达国家进行了卓有成效的研究，为沥青路面再生技术付之于实用提供了科学依据。但在大幅提高旧料掺配比例、提高混合料品质以及进一步低再生成本等方面并未获得显著的突破。

2.2.2国内的研究情况

因经济实力的原因，国内沥青混合料再生利用技术研究开始于20世纪80年代末，改革开放后期，国内基础设施建设快速发展，大量的沥青路面被先后建成，日益增加的道路维修养护工作推动了沥青路面再生技术的发展和应用。

1982年交通部曾将沥青路面的再生和循环利用问题作为科研的重点，要求院校和科研单位进行联合科研攻关，对沥青再生路面进行系统的研究。1985年，建设部也组织上海、南京、武汉、天津等市政部门对再生沥青路面进行专题研究，1991年还颁布了《热拌再生沥青混合料路面施工及验收规程》。进入90年代后，东南大学等有关单位就再生沥青混合料的性能、再生机理、再生剂的研发以及相应的施工技术进行了专题研究，并铺筑了一些试验路段，积累了一些沥青再生路面的相关经验。2008年交通运输部推出了《公路沥青路面再生技术规范》，要求再生沥青混合料的品性应接近新拌沥青混合料，并提出现有沥青路面翻新旧沥青料的利用率要超过90%。进入21世纪后，我国的交通基础设施进一步快速发展，沥青路面的面积迅猛增长，每年因道路维修消耗的石油沥青和沙石材料也在快速增加，旧沥青路面回收再用的问题再次被提上议事日程。2012年，交通运输部下发了《交通运输部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的指导意见》，要求路面材料循环利用技术到“十二五”末，全国基本实现公路路面旧料“零废弃”，循环利用率（含回收后再利用和就地利用）达到50%以上，其中东、中、西部分别达到60%以上、50%以上、40%以上。到2020年，全国公路路面旧料循环利用率达到90%以上。该指导意见还要求，省级公路管理机构和收费公路经营管理单位要根据工作方案与目标，有组织、有计划地推广一批质量稳定、性能优良的路面材料循环利用技术，纳入交通运输部节能减排的重点工作，安排节能减排专项资金予以支持。可见国家对环境友好型“绿色公路”的殷切期盼。但就目前实际应用的情况看，这些再生沥青路面的品质与新沥青路面相比还有较大差距，再生沥青路面的使用寿命比较短，再生混合料大部分被用于路面的下面层或基层，很难使用于上面层。在干线公路重载交通的运行条件下，再生后的路面因品质较差，再维修的周期则进一步缩短，往往只有2-3年就不得不再次进行翻修，消耗和花费情况进一步加剧。

通过国内外再生沥青路面的研究情况可知，国内的研究起步较晚，但发展速度很快。国外先进的就地热再生列车设备虽然昂贵，但许多地市都有成套引进的报道，国内自主研发的地热再生列车也有不少的实地应用。在厂拌热再生方面，大规模新建路面完成后，许多拌合站设备并未拆除，而是通过加装热再生干燥滚筒等设施，承担道路维修养护的任务。就再生的施工机具和施工方式而言，国内外并没有显著的技术差距。相比较而言，国外的再生的道路质量和寿命比国内的相对要好一些，这不完全是技术差距造成的。更多的是因为国内超载运输的情况比较普遍，国内各地气候条件差异较大、施工工艺和施工质量管理粗糙，使得国内的再生路面使用状况比国外相差较多。

2.3 当前再生沥青混合料研究的基本观点和技术路径

国内的再生技术观念是从国外引进的，从纯技术的观点来看，国内外再生路面在基本观念和施工方式上大致是一致的，其共同点都是“试图恢复原有的沥青混凝土”，在观念上并没有本质的不同。通过阅读国内众多的研究报告发现，“恢复原有的沥青混合料” 似乎是当前道路工程界的一种“共识”。在此观念下，沥青路面发生破化的原因通常被归咎于“沥青胶结料老化”。其观点是，沥青胶结料中原有的轻质馏分失去了，沥青胶结料中的沥青脂成分显著增加，沥青的弹韧性和胶结能力明显变差，所以沥青混合料性能变差，进而导致了沥青路面发生损坏。基于这种“共识观点”，回收旧料中原有的沥青胶结料性能自然就成为再生混合料研究人员格外关注的焦点。当前，对再生旧沥青混合料研究的重点之一就是如何判别旧沥青胶结料老化的程度以及如何恢复沥青胶结料原有的技术指标。按照这样的思路，许多沥青再生剂产品应运而生，其实质是向“老化的沥青”中补偿添加损失的轻质馏分，进而使“老化”变脆的旧沥青重新恢复其延展性和粘结性。

纵观国内众多的再生技术论文，许多都大同小异，其关注的重点多集中于旧料中沥青胶结料的老化变异情况、使用再生剂后的沥青性能的恢复情况、旧料和再生后的沥青混合料级配组成情况、以及沥青性能和级配对再生混合料影响因素的分析等方面，其核心仍然是围绕着“恢复原有的沥青混凝土”，缺少观念上的技术创新。当前再生混合料研究的技术路径和方法大致如下：

1）对回收的旧沥青混合料进行抽提筛分，分析旧混合料的级配组成和油石比；

2）采用阿布森法对旧料进行抽提试验，通过对抽提回收溶液进行蒸发，进而获取旧沥青胶结料，对旧沥青进行三大指标试验并与国标要求相对比，分析判别旧沥青的老化程度；

3）选择某种再生剂或新沥青与“老化”的旧沥青进行掺配混溶，使改造后的旧沥青恢复原有的性能，使之达到或接近沥青国标的三大指标，即实现了沥青胶结料的所谓“再生”；

4）通过调整、恢复旧沥青混合料的矿料级配曲线，用“再生”后的沥青胶结料与一定比例的旧料一起加热搅拌，即形成了“再生”的沥青混合料；

5）最后，按常规的沥青混合料的试验方法对再生后的混合料进行马歇尔试验和路用性能试验，进而判定再生混合料是否满足道路使用要求；

从以上的研究技术路径可以明显看出，当前再生研究遵循的还是传统沥青混合料配合比的观念，所有的努力都没有离开“试图恢复原有的沥青混凝土”，更谈不上克服沥青混凝土原有的技术缺陷。某种程度上甚至可以说，这种观念约束了现有沥青再生技术的进一步创新发展。

三、当前厂拌再生技术遇到的困难

按照传统的沥青混合料理论和简单的逻辑推理，当沥青胶结料克服老化再生之后，其再生的沥青混合料也理应恢复性能上的优秀。然而，实际情况却并非如此。看似合理的再生研究方法在实际的再生工程上并不能完美无缺的落地应用。其原因是试验室的研究条件过于理想化，在实际生产实践中，旧料的级配和油石比等变化万千，沥青胶结料的再生效果实际上也与试验室内的状态偏差太大，施工现场无论是胶结料还是混合料均难以达到试验室的状态，因而再生混合料的使用效果不佳。除此之外，造成这种再生混合料品质不佳的原因还与以下两个主要方面的影响有关。

3.1、旧料中的油团颗粒问题

回收的旧沥青混合料不同于新的矿质石料，其主要的特征之一是旧料中含有一定数量的沥青胶结料。这种旧沥青是多以“油团颗粒”的形态存在于旧料中，完全不是试验室依靠抽提蒸发后得到的纯沥青液体状态。这些“油团颗粒”的尺寸通常很小，外表皮上包裹了一层厚厚的沥青胶浆物质。尺寸越小的颗粒包裹的沥青也相对越多，有些颗粒干脆是由细粉和沥青组成的胶泥丸状物，肉眼无法有效地辨识。当旧料按级配分档的抽提试验时，其结果清晰地表明，旧料中的沥青主要存在于3-5mm粒径以下的细料之中。见下表。

旧料外观形态                  0.15-0.3mm(40倍显微镜下的观察)

表1    按8.0mm分档抽提结果

表2    按5.6mm分档抽提结果

表3    旧料分三挡抽提结果