废旧沥青砼路面材料回收利用成套设备的研制*
发布时间:2009-05-14
霍尚斌 山西省交通科学研究院
摘要：针对废旧沥青混凝土路面材料提出一种新的再生工艺，介绍了以该工艺为基础的成套再生设备的研发及生产施工工艺及工序的制定。
关键词：废旧沥青砼；回收利用；工艺；设备；研制
目前，在我国高等级沥青路面的维护及改造工程中，大量废旧的沥青混凝土材料很难处理，大量堆积在道路两侧和其它固定场地，既污染环境，又浪费了宝贵的资源。
废旧沥青混凝土材料中的老化沥青，只占沥青重量很小的比例，剩余的沥青、骨料完全可以回收利用。特别是块状石料和石粉等材料是典型的无机物质，除块状石料在路面剥离过程中不可避免会出现少量碎裂外，不存在所谓的材料变质等化学变化现象。这为材料的回收利用提供了基础。近几年我国修筑的高等级路面大多为沥青路面，而且进口沥青占很大比例，价格昂贵。沥青及路用石料的价格也随国际能源危机而日趋上升,特别在国家加快建设节约型社会，大力发展循环经济，推进废物综合利用的形势下，废弃沥青混凝土材料的回收利用显得尤为重要。有鉴于此，山西省交通科学研究院于2006年提出题为废旧沥青砼路面材料回收利用的成套设备及技术研究课题，并报省交通厅正式立项。
1 主要研究内容及再生工艺的制定
本项研究是利用高等级公路尤其是高速公路的翻新和改造时所遗弃的废旧沥青混凝土材料为主料，经破碎、加热软化、配料拌合工序后，生成新的路用热混合料或沥青常温拌合料，可作为普通沥青路面和高等级沥青路面日常修补材料，也可以作为乡村公路、路肩、庭院、便道、停车场的铺筑材料。
课题组在总结国内外沥青混合料再生工艺和方法的基础上，确定了以厂拌热再生为基础，应用热风加热理论为沥青路面旧料再生的工艺方法。
利用废旧沥青混合料再生常温拌合料是我们课题的重点，由于再生常温拌合料是由旧沥青混合料、再生剂、改性沥青（沥青、添加剂、柴油配合而成）和新集料组成的，所以在设计方法上与普通沥青混合料有所不同。课题组提出了再生常温拌合料的配合比设计的方法。并对再生沥青、再生常温拌合料各项性能进行深入的试验分析，从旧料参配比例、不同级配类型，不同沥青及骨料组合试验等多层次进行了研究，又从再生沥青混合料的高低温性能和抗水损害的多方面进行了试验，保证了再生常温拌合料性能的可靠性、适用性、安全性。
课题组提出的再生热料也是研究的另一个重要方向（市场需求更大），其成果主要作为乡村公路、路肩、庭院、便道、停车场的铺筑材料。由于对级配等级的要求比较低，所以再生热料的制作工艺在保证沥青再生合格、防止沥青再次老化和添加适量新沥青的基础上基本不做骨料级配调整。这样热料再生的设计就比较简单，只是对设备的加热系统和加热过程提出了更高的要求。
根据常温拌和料和普通热料的上述基本设计，制定了下述工艺流程，见图1和图2.
2 再生设备研究
再生设备的结构主要采用了先进的热风加热系统，热风循环系统、加长型加热滚筒和强制拌合等设备，图3是设备配置及作业流程。
再生设备各主要组成部分及其作业功用如下：
a)配料装置 采用皮带式给料机，通过斗门的不同开度(给料机的无级调速)控制物料供给量，控制级配。由冷料提升机构将混合料送入烘干滚筒，结合其他调节设备测定加热效率，为设备的标准化建立量表。
b)干燥滚筒和燃烧器 废旧料送进干燥滚筒后，进行烘干、加热，滚筒为了工程试验专设了滚筒角度调节装置(升降机)，以此来调节料流速度，更详细的测算热效率。燃烧器采用轻油燃烧器，专为试验使用，热效率高，加热理论成熟后将变更设计为燃煤的加热装置。燃烧器配有油料供给系统和热风发生装置，油料供给系统保证燃油的供给；热风发生装置使加热的热空气进入滚筒，并且阻止火焰直接对旧沥青料加热。同时加入热风循环系统，将加热滚筒产生的高温尾气，由耐高温引风机引入燃烧室，进行二次燃烧，燃烧充分，有效的防止污染。
c)除尘系统 环境保护是我国的一项基本国策。除尘设备的作用是减少粉尘排放浓度，保护大气环境。接合热风循环系统在滚筒尾气处设置一级重力旋风式除尘器。
d)热料提升机构和热料预储存仓 经加热滚筒加热的旧料，由提升机提升进入储存仓，该仓起过度缓存作用，以便于计量，仓配有计量装置、保温层，仓门底部装有电加热装置，保证仓门顺利开关，开、关仓门由气缸完成。
e)再生剂计量及喷撒装置 经过加热的沥青旧料进入搅拌缸后，将计量好的再生剂喷入搅拌缸内进行搅拌，使旧料中沥青再生。
f)沥青供给系统（包括配料、计量、喷射） 沥青罐集成配料计量系统，为配置用于常温拌合料的改性沥青提供精确的计量保证。沥青罐用保温棉保温，在底部设有导热油加热装置，在顶部设有防溢报警装置。
g)搅拌器 卧式双轴强制搅拌器可以在短时间内使混合料搅拌均匀。采用耐磨性材料作为耐磨衬板和浆叶，底部应用气动开门，实现搅拌无死区。
h)控制系统 控制系统是废旧沥青砼路面回收利用的成套设备的重要组成部分，设备的生产全过程由它来指挥，所生产的沥青混凝土质量由它来保证。设备的控制系统应采用PLC+完整的适时监控系统。
并根据设备流程示意图设计了成套设备简图4.
3 工业考核及施工技术研究总结
在完成废旧料回收利用的室内试验和成套设备样机的生产后，进入了工业考核的程序。工业考核是在运风指挥部的协调下，在运风改造的二标段的料场进行的。其中运风指挥部与山西省交通科学研究院为组织单位，山西路桥一公司五处为协作单位。工业考核步骤如下：
a)设备的现场安装调试，并制定了设备运行的工作流程。
b)设备运行的考核和废料加热效果测试 通过整机性能的评价，废旧料的加热效果达到了课题组的设计要求，同时统计加热温度后绘制的烟气和废旧料的温度的关系图也符合课题组设定的要求。由此可以证明设备的热风加热和循环加热理论是成功的。图5是考核某批次实验中料温和烟气温度的关系图。
c)再生常温拌合料和再生热料考核 包括对再生常温拌合料和再生热料的生产过程中的旧料加温、沥青的再生、改性沥青（沥青、添加剂和柴油）的制备、强制拌合时间和施工时摊铺方法、碾压的方法和温度进行了研究。
d)现场养护修补的情况 在运风高速养护工地以废弃路面材料为主基料生产再生常温拌合料和再生热料并用于该路段路面坑槽及其余病害的修补，收到了较好的效果。同时在忻台线二级沥青混合路的养护中也使用该种材料进行了路面修补的养护作业。
4 研究结论
课题组经过2年的研究，在交通厅有关领导指导和运城高速公路公司的合作下完成了课题的研究内容。再生设备采用的热风加热系统及热风循环理论也基本解决了以前旧料加热无法防止沥青再次老化的问题，同时也解决了以前因加热问题而无法提高旧料参配量的难题。
废旧沥青砼路面材料回收利用的成套设备在经过实体工程应用考核后在2008年1月通过山西省科技厅和交通厅联合组织的成果鉴定。鉴定意见认为该课题的研究成果达到了国际先进水平，成套设备的性能及主要技术参数符合设计和应用要求。
项目的主要创新点为：
a)提出了废旧沥青混合料再生利用的主要性能参数指标。
b)研制了废旧沥青混合料制作常温拌合料和用于低等级公路使用的热料的成套设备。
c)设备采用了热风循环加热原理，避免了火焰对再生热料的直接加热，有效地消除了沥青老化的现象，提高了加热效率。
沥青路面材料的再生利用，较好地解决了沥青路面维修改造所产生的大量废料对环境的污染问题。并且节约沥青和砂石材料，减少了对材料的需求量，又有助于自然资源的保护。同时，降低了工程造价，节省了道路建设及养护工程的投资。因此本成果经济效益、社会和环境效益十分显著，具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1] 拾方治，马卫民．沥青路面再生技术手册[M]．北京：人民交通出版社， 2006．
[2] 何挺继，靳长征．筑路机械手册[M]．北京：人民交通出版社，1998．
[3] 美国沥青再生协会．美国沥青再生指南[M]．北京：人民交通出版社，2006
