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        彩色瀝青路面施工

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        日本的RAP循環利用率高達47%,他們是怎么做到的?

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        日本的RAP循環利用率高達47%,他們是怎么做到的?

        發布日期:2018-03-26 作者: 點擊:

        截至2013年,在日本,平均有47%的回收瀝青路面材料(Reclaimed Asphalt Pavement,簡稱RAP)重新回到了瀝青路面中。雖然從2007年起,美國的道路行業就開始齊心協力提高RAP在瀝青路面中的循環利用率——這既是為了應對新材料的成本日益增加帶來的壓力,也是對可持續、環境友好的做法的渴求使然,但是在美國,這個比例只有20%,和日本比起來實在是相形見絀。


        法規與技術指南軟硬兼施


        根據日本自動車檢查登錄情報協會(AIRIA)公布的數據,2015年,一共有8060萬輛汽車行駛在全日本1273295km的道路上。在日本,道路施工承包商(包括瀝青混合料生產商)多為私有企業,高速公路項目則由公私合營。日本的道路建設主要是10家施工承包商的天下,其中4家私人控股公司實力超群,掌控著全國60%的瀝青攪拌站。


        日本大約有1150套瀝青攪拌站,截至2013年,年產熱拌瀝青混合料合計5000萬t(圖1)。在這些成品料中,包含RAP的熱拌瀝青混合料竟有3800萬t之多。截至2015年,美國一共有3000多套瀝青攪拌站,年產瀝青混合料大約31751萬t(本文已全部換算為公噸,即metric tonne,而非美國常用的短噸,即short ton)。兩國的Z大區別是,日本多為間歇式攪拌站,產量和生產率均小于美國常見的滾筒式攪拌設備。日本生產的瀝青混合料中,大約有15%加入了聚合物改性瀝青結合料。此外,由于日本的路網已經相當成熟,鋪筑作業多見于對現有道路的維護,故生產的大部分瀝青混合料被用作道路面層。循環利用回收的瀝青路面材料在日本已經成為慣例,也是該國在研究排水瀝青路面、保水路面結構和隔熱路面時的主要焦點。


        在日本,施工承包商把安全擺在絕對的第一位。舉國致力于可持續發展,在它的國民眼里,“循環利用”是此中的應有之義。正是在這種人人服膺、并且愿意付出實際行動的信念和行之有效的法規的支持下,日本才得以建立在循環利用領域備受推崇的地位。在這些國家法律中,有兩條對于推動RAP在新路面中的應用具有不可磨滅的作用,它們分別是頒布于1970年的《廢棄物管理和公共清潔法》和2000年的《國家和其他實體有關促進環保貨物和服務的法律》。在2000年實施的《建筑及材料回收法》中,更是明確地規定了對建筑和拆除廢料的處理。目前,日本舊路的瀝青混凝土刨除料有99%得以循環利用,與美國不分軒輊。


        雖說日本國土以亞熱帶季風氣候為主,但是,由于其島嶼自西南徂東北綿延,跨越緯度約20度,故各地氣候迥異(全國主要分為六個氣候區)。受此影響,不同地區的RAP循環利用率也有明顯的差別。在日本關東地區,RAP循環利用率平均值達到51%(圖2),神奈川縣更是達到了令人咋舌的73%。經過幾十年的研究、不知凡幾的試驗和對數以百計的瀝青路面項目的現場性能評估,日本不但將全國的RAP循環利用率提升至讓人仰望的高度,而且發展出一系列久經考驗的標準和做法,證明摻入高比例RAP的瀝青混合料的性能足以媲美未經使用的混合料。

        圖1 日本每年生產的熱拌瀝青混合料總量(含新料與再生料)

        圖2 日本各地區的RAP循環利用率


        日本的瀝青循環使用發軔于1970年代。1980年代,日本建設省對回收瀝青混合料的性能進行調查。1984年,日本道路協會發布了第一份論及RAP循環使用的出版物——《路面廢料回收利用技術手冊》(Handbook of Recycling Technology of Pavement Waste)。1992年,實地使用性能研究確認,摻入RAP的再生瀝青混合料與未經使用的混合料在性能上一般無二。在使用RAP摻量為30%~100%的再生瀝青混合料鋪筑的213個位置,只發現其中5處開裂率大于10%,無一例外地位于交通繁忙的車行道上。研究總結了被認為是導致開裂率升高的因素,也促成了針對RAP質量和瀝青攪拌站操作之標準的創立。1992年,日本道路協會頒布了首份熱拌瀝青循環使用技術指南《路面廠拌再生手冊》(Handbook of Plant Recycling of Pavement);2004年,《路面再生手冊》問世,6年后又發布了修訂版。2013年,日本瀝青混合料協會(JAMA)為瀝青攪拌站用戶編寫了一本手冊,指導他們使用和處理RAP。


        1984年,日本一共生產了大約200萬t含RAP的瀝青混合料;到了2000年,該數字已經飆升至4200萬t。雖然從1990年代開始,日本的瀝青混合料產量便因受到經濟衰退的影響而下降,但是RAP摻量卻有增無減——從2000年的32.5%穩步提高至2013年的47%。而驅使日本舉國戮力改善瀝青再生狀況的,是以下幾個動機:


        (1)盡可能減少瀝青鋪路材料的浪費。

        (2)節約自然資源(主要是瀝青和骨料等原材料)。

        (3)節約開采、加工和運輸原材料時消耗的能源。

        (4)通過節約能源,達到減少碳排放的目的。

        (5)降低瀝青鋪路的成本。


        混合料類型


        2013年,日本的瀝青混合料總產量大約為5000萬t,其中3800萬t摻入了比例各異的RAP,其余部分多用于多孔磨耗層(排水瀝青路面)。這些摻入RAP的再生瀝青混合料,有76%被用來鋪筑瀝青道路面層。


        日本常用的瀝青混合料類型是AC-13密級配面層混合料,與美國的0.5 inch標稱Z大粒徑(NMAS)混合料類似。表1為典型的日本密級配面層混合料級配。結合表中的數據繪制Superpave級配范圍(12.5 mm NMAS)曲線圖,發現生產級配曲線并未與Z大密度線相交。這樣設計骨料級配的結果是該國的瀝青混合料對離析比較寬容,因此,日本的道路鮮見離析現象也就不足為奇了。


        表1 典型的日本密級配面層混合料級配


        微信圖片_20170911151116.jpg

        其他混合料類型包括用作面層的AC-13間斷級配混合料,主要用作聯結層的AC-20混合料以及用于提高抗滑性能、減少行車噪聲的開級配(多孔)混合料。


        RAP的收集與加工


        在日本,許多瀝青攪拌站會在廠區附設加工RAP的設施。它負責接收不同來源的廢舊瀝青路面材料,再加工成為可用的RAP料堆。送入該設施的舊料主要是少量的瀝青路面厚塊,形狀與美國常見的銑刨料有所不同。銑刨的路面舊料和小規模路面拆除所得碎石從工程現場開始被追蹤,直至處理、再生、用于新的瀝青路面。


        RAP的處理作業被封閉在建筑物內,不但可以減少揚塵,而且有利于令RAP保持相對干燥。在破碎機的上方蒙上一層薄霧,更進一步除去灰塵。與美國的做法相比,日本將RAP的含水量維持在極低的水平——進入再生瀝青攪拌站之前,RAP的含水量一般為1.5%~2%。


        RAP的處理包括多個階段的破碎與篩分。加工后的RAP被篩分為5~13mm和5mm以下兩種粒徑。RAP料堆貯于大料倉中,上方遮蓋以控制含水量。


        RAP檢測與規格


        日本規定,RAP需滿足表2中的各項要求,方能作為再生瀝青混合料的組成部分。譬如,瀝青含量至少為3.8%;從RAP中提取、回收的瀝青的針入度不低于20;加工后的RAP通過0.075 mm篩孔(P200)的比例不得超過5%。至于那些未能滿足上述要求的少數廢料,則被派作其他用場,比如用于粒料基層。


        表2 RAP的質量要求

        微信圖片_20170911151159.jpg

        近年,由于聚合物改性瀝青和多次循環使用的瀝青路面舊料用量增多(根據Suzuki等人在2010年國際瀝青路面會議上的報告,日本回收的瀝青路面舊料大部分包含聚合物改性瀝青),越來越多RAP結合料無法滿足規格要求。為了應對這個問題,日本開發了一個用來替代Z小針入度的指標。相應地,取代針入度試驗的,是在20℃下對壓實的100%RAP試件進行的間接拉伸強度試驗。借助該試驗,得到一個被稱作“IDT模量”的間接拉伸系數。如果壓實RAP試件的IDT模量超過1.70 MPa/mm,就不能加入新的瀝青混合料中。


        日本的瀝青混合料使用的新骨料多為本土生產的砂巖和花崗巖,偶見石灰巖。由于磨光值的緣故,石灰巖不能用作面層材料。日本對碎石的具體要求見表3、4。


        表3 日本對碎石骨料的具體要求


        表4 各級碎石通過下列篩孔的質量百分率


        配合比設計


        日本使用馬歇爾法設計配合比。試件的單面擊實次數因交通量的輕重而異,50次用于設計交通量小于1000 vpd的路面,75次則用于日交通量在1000 vpd以上的路面。配合比設計標準如表5所示。


        表5 馬歇爾法的配合比設計標準

        微信圖片_20170911151336.jpg


        通過測定進行薄膜烘箱試驗前后的軟化點、延度、閃點、質量損失和針入度比,對瀝青結合料作針入度分級。對于未經使用的瀝青,Z常見的針入度等級為40/60和60/80。聚合物改性瀝青結合料常用于多孔磨耗層混合料和密級配混合料,用來鋪筑干線公路及其他重交通車行道。日本使用的瀝青結合料主要由進口自中東國家的原油提煉而成。


        摻配圖用來確定合適的新結合料與再生結合料的混合比例。日本使用基于針入度值的摻配圖,遵循的概念與美國使用的基于PG分級(Performance Graded,即性能分級體系,是美國聯邦公路管理局進行的戰略公路計劃中關于瀝青分級體系的研究成果)和粘度的摻配圖一致。如圖3所示,新結合料與再生結合料按60:40的比例摻配,可以得到設計的針入度目標值(50)。

        微信圖片_20170911151402.jpg

        圖3 基于針入度的摻配圖


        對于含有聚合物改性瀝青的RAP,摻量可以根據IDT系數確定,如圖4所示。使用這種方法時,對于一般用途的瀝青混合料,IDT系數的設計值為0.75 MPa/mm。


        微信圖片_20170911151457.jpg

        圖4 基于IDT系數確定RAP摻量


        使用至少養生5 h的標準馬歇爾試件做間接拉伸強度試驗,溫度、加載速率分別為20℃、50 mm/min。IDT系數f的計算公式為:


        式中:σt為間接拉伸強度,x為位移。


        式中:P為Z大斷裂負荷,d為試件的厚度,L為試件的直徑。


        表6為摻入RAP的瀝青混合料作一般用途和用于寒冷地區時,針入度等級和IDT系數的設計范圍。


        表6 含RAP的瀝青混合料的設計范圍

        微信圖片_20170911151545.jpg

        在日本,RAP含量較高的瀝青混合料通常會加入再生劑(或稱軟化劑),目的是恢復RAP結合料的一些物理特性。日本對再生劑的具體要求見表7;至于這些再生劑的化學性質與調制配方,則是瀝青廠商不可言說的商業機密。再生劑的用量通常占RAP結合料質量的5%~10%,約占混合料總質量的0.25%~0.30%。


        表7 日本對再生劑的要求

        微信圖片_20170911151605.jpg

        有報告指出,使用再生劑的成本與改用更軟的瀝青的成本大致相同。日本進一步研究了使用高針入度(即硬度更低)的瀝青取代添加再生劑的做法。在一份發表于2010年的文獻中,Kanou等人報告了使用富含石蠟的再生劑做試驗的結果:使用富含石蠟的再生劑反復回收利用廢舊瀝青材料,會導致復合膠結料變得硬脆易碎。


        混合料的生產


        截至2014年12月,日本共有1150套瀝青攪拌站在運營。除了176套,其余皆可以添加RAP。在這些具備再生功能的瀝青攪拌站中,有17.7%使用了間接加熱系統,68.8%訴諸并行加熱,13.5%則采納了鼓式拌和的方法。圖5為采用間接加熱方法生產再生瀝青混合料的間歇式攪拌站,RAP通過與過熱的新骨料在稱量斗及攪拌缸中接觸而受熱。在圖6中,采用并行加熱方法的間歇式瀝青攪拌站另置一個滾筒于原有烘干滾筒的上方,單獨烘干、加熱舊料。鼓式拌和與美國常見的連續式拌和攪拌站類似,RAP與新骨料靠同一個烘干滾筒烘干、加熱。隨后,瀝青、各種添加劑與熱料進入一個分開的連續式攪拌缸,充分拌和、裹覆(圖7)。


        圖5 間接加熱

        圖6 并行加熱

        微信圖片_20170911151755.jpg

        圖7 鼓式拌和


        日本使用并行加熱的方法生產高RAP含量瀝青混合料(圖8),與大部分美國攪拌站有以下重要區別:


        (1)RAP料堆和新骨料的含水量極低。為了控制原材料的含水量,日本的瀝青混合料生產商在破碎過程中會盡量少用水,料堆及儲料倉均有遮蓋物。


        (2)使用間歇式,而非連續式瀝青攪拌站。在過去30年里,美國的大部分瀝青混合料已經改用連續式攪拌站生產,原因是它們的生產率(每小時產量)比間歇式攪拌站更高,運營成本也更低。日本廣泛使用間歇式攪拌站,攪拌站分布比美國更加密集。雖然日本的瀝青攪拌站被設計在相對較低的生產率(180 t/h,是大部分美國瀝青攪拌站的一半)下運行,但是它們的可靠性值得稱道——有的攪拌站幾乎每天工作二十四小時,一周時間內,只在星期日下午停工。


        (3)使用單獨的滾筒烘干、加熱RAP。日本的大部分瀝青攪拌站使用一個單獨的滾筒烘干和加熱RAP,即所謂的并行加熱方法。日本大成ROTEC株式會社的一套位于東京都江東區青海的瀝青攪拌站,使用了直徑2.5m、長10m的RAP干燥滾筒,每小時處理能力為100t。歐洲和亞洲其他國家也使用了這種并行加熱方法。至于美國的大部分在用間歇式瀝青攪拌站,間接加熱方式更加常見。但是,由于往稱量斗或拌和機內的熱骨料里加入濕的RAP會導致蒸汽爆炸,使用間接加熱生產時,RAP摻量通常被限制在20%以內。并行加熱方法避免了這個問題,RAP摻配比例也就高得多。


        (4)采用后燃器技術(Afterburner Technology)除掉RAP烘干滾筒廢氣中的所有碳氫化合物。在并流烘干滾筒中直接加熱RAP至165℃左右,可能會導致RAP結合料被進一步氧化,產生大量煙氣。日本的瀝青攪拌站用導管輸送RAP烘干滾筒的廢氣至一個后燃器(又稱熱氧化器或除臭器),其內700℃高溫會把任何殘留碳氫化合物燃燒殆盡。后燃器的排氣又被輸送至新骨料烘干滾筒,發揮余熱。


        (5)再生劑直接與加熱后的RAP在一個小型葉片拌和機中攪拌。這種做法的優點是再生劑可以快速地在變軟了的老化RAP結合料中擴散?;謴托阅艿臒酭AP隨后被轉移到一個貯料倉中,放置2~3 h,以便調整到Z佳狀態。據觀察,在加入新骨料和瀝青之前,經過再生劑還原和調節的RAP看起來和新制成的HMA一樣。瀝青混合料成品的溫度通常為160℃左右,骨料被瀝青結合料充分裹覆,即使在被轉移至筒倉之前,也可見攪拌均勻。


        (a)料堆 (b)冷骨料倉 (c)兩種粒徑分開存放的RAP冷料倉 (d)帶天然氣燃燒器的RAP并流烘干滾筒 (e)RAP烘干滾筒內部 (f)用來攪拌加熱后的RAP與再生劑的小型葉片拌和機 (g)將再生后的RAP熱料傳送至緩沖倉 (h)逆流烘干滾筒俯視圖 (i)位于稱量斗上方的熱骨料倉 (j)RAP緩沖倉(左邊3個)與熱混合料筒倉(右邊4個)

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        圖8 前田道路株式會社位于神奈川縣川崎市的瀝青攪拌站


        圖9為產自同一套瀝青攪拌站的三堆混合料。Z前方的瀝青混合料沒有摻入RAP,被標記為V,中間的R45與后面的R60分別表示RAP含量為45%和60%。它們的外觀沒有差別,和易性一致。

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        圖9 摻入不同比例RAP的密級配混合料


        溫拌技術在日本并非隨處可見,但是,日本瀝青行業的利益相關者紛紛表示,有意向美國學習溫拌瀝青技術及實際做法。Koshi等人在2014年國際瀝青路面會議上介紹了前田道路株式會社使用的注水發泡技術和相關的研究論文。


        考慮到日本往高RAP摻量混合料中加入的新瀝青量相對較小,普通的發泡方法被認為效果不夠好。發泡增強劑可以產生更小的氣泡、更大的膨脹比和更長的半衰期,被用來增強發泡的效果,提高混合料的和易性與壓實性。在美國,發泡技術已經成功地用于生產RAP比例為25%~50%的瀝青混合料。


        日本的瀝青攪拌站Z令人印象深刻的特點,是整潔和井井有條。廠區路面全部做了鋪設并且保持干凈,運輸卡車井然有序,實驗室干凈、整齊,攪拌站組件上清楚地寫著安全與維修要求。日本對安全文化的重視,從攪拌站廠區與道路鋪筑工地上的所有雇員無時無刻不穿安全背心、戴防塵口罩和安全帽可見一斑。


        日本的攤鋪作業


        首都圈中央連絡自動車道是一條由神奈川縣橫濱市金澤區釜利谷系統交流道經東京都、埼玉縣、茨城縣至千葉縣木更津市木更津系統交流道,且全線距離東京都中心半徑約40~60km的高規格干線道路。位于東京北部約50km的埼玉縣幸手市段大部分為高架道路,瀝青路面由40 mm密級配A型整平層+40 mm面層組成。面層采用混合設計,上部為多孔結構,下面與SMA類似。鋪筑密級配整平層那天,晴空萬里,氣溫接近10℃,很少有風。密級配混合料被置于防水的瀝青膜之上,覆以砂礫,為攤鋪機提供附著摩擦力。日本道路施工的攤鋪作業主要有以下特點:


        (1)攤鋪速度較慢。

        (2)沒有離析的跡象。

        (3)采用垂直縱向接縫施工。

        (4)壓路機碾壓速度緩慢。


        在道路施工過程中,日本的施工承包商十分重視細節和施工場地的清潔——卸料之后,每輛卡車的車身都會被清理干凈;在新鋪層上面或者附近工作時會小心翼翼。日本道路施工質量之高,和這些細節不無關系。


        日本的施工承包商使用2~3 m/min的速度攤鋪瀝青路面,比美國同行常用的9~14 m/min慢得多。攤鋪速度慢,原因之一是日本的運輸卡車的載重量是9 t(圖10),大約只有美國常用運輸卡車的一半。當然,Z主要的原因還是日本信奉“質比量重要”的文化價值觀。

        微信圖片_20170911151951.jpg

        圖10 日本道路施工使用的運輸卡車


        現場的攤鋪設備為福格勒的Super 1803-3i攤鋪機。雖然運輸卡車直接往攤鋪機的料斗卸料,而沒有借助任何復拌設備,但是竣工后的路面卻沒有任何離析現象。后傾自卸車將瀝青混合料倒進攤鋪機料斗后部(卸料之前,技術員會檢查每車料的溫度),每次卸料結束,料斗雙翼收起;攤鋪完畢,料斗會被完全清空,以免冷卻的聚合物改性瀝青混合料在兩翼積聚。這與美國的所謂Z佳實踐(Best Practice,是一個管理學概念,認為存在某種技術、方法、過程、活動或機制,可以使生產或管理實踐的結果達到Z優,并減少出錯的可能性)迥然有別。


        主熨平板兩端搭接約0.85 m的延長段,但是螺旋布料器卻沒有擴展。這有可能導致混合料在向熨平板延長段鋪開時出現離析。實際上,在整個攤鋪寬度內,在熨平板后邊徐徐出現的是均勻鋪筑的路面。之所以沒有發生離析,部分歸功于混合料的瀝青含量高,賦予混合料較強的內聚力。


        日本道路施工承包商處理縱向接縫的做法堪稱獨特。如圖11所示,縱向接縫以垂直的搭板對接。第一條車道的外緣用木板(類似于2×4木材,尺寸約為長89 mm、寬38 mm)形成,木板用重物固定于放樣麻線的下方。第二條車道通過此垂直面與第一條車道對接。在攤鋪第二條車道之前,靠人工在第一條車道的垂直邊緣涂上薄薄的粘層油。為了防止運輸卡車在車道之間來回移動時破壞垂直邊緣,施工承包商還會鋪設可以先于攤鋪機向前移動的木模板來保護縱向接縫(圖12)。

        圖11 縱向接縫


        圖12 攤鋪完畢仍留在原地的木模板


        在日本,無論新鋪設的道路還是舊路,離析幾乎無跡可尋,縱向接縫的制作之精良如出一轍。


        慢慢碾壓


        如圖13所示,新鋪層的壓實由三臺壓路機完成:一臺酒井重工的R2型三鋼輪壓路機(10 t)負責初壓,復壓使用酒井重工的TS650C型輪胎式壓路機(25 t),終壓則使用酒井重工的GW750型輪胎式振動壓路機(9.5 t)。如前所述,日本道路施工的特點之一是攤鋪速度較慢,這樣使得所有壓路機可以在離攤鋪機大約100 m以內作業。

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        圖13 日本道路施工之碾壓作業


        在日本,道路鋪筑項目的常見做法是在攤鋪每種混合料的首日確定碾壓的模式。在現場,監測每臺壓路機的碾壓遍數??⒐ず?,在新鋪層鉆取芯樣,檢測密實度。


        RAP應用于排水瀝青路面


        日本規定,噪聲污染的日間標準是70 dB,夜間標準是65 dB。2003年,日本國土交通省稱該國干線公路的噪聲污染不符合環保標準,罪魁禍首便是那些以40~60 km/h的Z高速度行駛在城市道路上的車輛。


        多孔磨耗層(Porous Friction Courses,簡稱PFC)又稱排水瀝青路面(Drainage Asphalt Pavements),除了可以提高路面的安全性能之外,還可以減少人口和道路稠密地區的交通噪音,故在歐洲被廣泛使用。1990年代早期,日本結合赴德考察的見聞和在東京都環狀七號線的經驗,開始將排水瀝青路面作為標準路面之一推廣。1996年,日本道路公團規定所有的高速公路必須采用排水性路面鋪裝。在這個決定和日本道路協會編寫的《排水性鋪裝技術指針(案)》的推動下,排水瀝青路面的鋪筑面積與日俱增。根據日本瀝青混合料協會(JAMA)的統計,日本每年大概生產200萬t排水性鋪裝混合料,覆蓋道路面積超過2000萬㎡。如今,超過70%的日本高速公路采用排水瀝青路面。不過,這并不適用于日本的一些較為寒冷的區域。因為在下雪天,車輛的輪胎防滑鏈對這種路面十分不利。


        在20多年的應用過程中,日本關于排水瀝青路面的規范(表8)也在發展著。起初使用摻入中、少量聚合物和纖維素纖維的改性混合料,結果出現路面松散等病害;為了增強耐久性,日本如今使用經過4%~8%的SBS聚合物改性的PFC結合料。這種結合料在日本被稱為“高粘度結合料”,其特性要求如表9所示。


        表8 日本PFC混合料的配合比設計標準

        表9 PFC混合料對結合料特性的要求


        在針對排水瀝青路面的研究上,日本取得了一些創新,譬如將RAP摻入PFC混合料中。截至2014年底,大部分PFC混合料使用純新材料制成。但是,一些試點項目已經開始使用RAP摻量為20%~50%的PFC混合料鋪筑。初步的結果表明:在排水性鋪裝材料中摻入30%的RAP,仍然可以得到令人滿意的結果。


        得窺門道


        2014年12月初,一個由美國瀝青路面協會(NAPA)的生產商和準會員公司的代表,國家瀝青技術中心(NCAT)的主任,田納西、威斯康辛、伊利諾伊和路易斯安那等州交通運輸部門的官員,以及各州瀝青路面協會(SAPAs)主席組成的十九人考察團抵達日本。在太平洋彼岸盤桓十日,他們參觀了三處瀝青攪拌站,一個高速公路建設項目,兩條排水路面城市道路,以及日本國土交通省國土技術政策綜合研究所的土木研究所(Public Works Research Institute)、道路鋪裝業的知名施工承包商與瀝青混合料生產商Nippo株式會社的技術實驗室,Z后總結:日本的道路施工承包商之所以能夠高效地循環利用RAP,不只是技術或者設備的功勞,也仰賴于政治、社會文化等因素促成。


        這些政治、社會文化因素包括對節約原材料、避免浪費和提倡循環利用的一再強調與自覺踐行。日本頒行過若干環保法規,要求必須循環利用瀝青路面舊料。此舉既可以為國家和社會節約自然資源,又能為自己節約成本,日本的瀝青混合料生產商和道路施工承包商欣然樂從。為了有效地提高RAP的循環利用率,生產商不吝于投資Z先進的RAP處理設施及高端的瀝青攪拌站;官方機構針對RAP再生制定的規范卻力求簡單,意在鼓勵提高RAP含量的做法。專注于混合料性能的日本施工承包商和道路業主,遵從一個簡單的配合比設計和材料試驗過程。


        日本的瀝青混合料再生規范有以下幾點值得留意:


        (1)RAP的來源不一,對此沒有限定。


        (2)對RAP質量的判斷基于以下標準:瀝青含量不能低于3.8%;再生的瀝青結合料的針入度必須在20以上,或者經過擊實的RAP試件的IDT系數必須小于1.70 MPa/mm;加工后RAP通過0.075 mm篩孔(P200)的比例不得超過5%。


        (3)是否對RAP進行篩分由承包商自己選擇,并非必需。


        (4)摻配圖用來確定合適的新結合料與回收的結合料的混合比例,或者再生劑的用量。配合比設計者可以使用更軟的瀝青或者加入再生劑,使針入度達到目標值,或者混合料的間接拉伸系數符合要求。


        (5)使用馬歇爾法設計配合比,附以一個簡單的性能試驗,以及確定剛度和抗裂性能是否符合要求的間接拉伸系數。


        在日本,儲存物料的場地全部被做了鋪設、硬化處理,料堆也有遮蓋物;RAP的含水量與含塵量在破碎、加工、存放的過程中被降到Z低;恢復、檢測RAP的性能,并評價其剛度;對RAP進行篩分,攪拌站配備多個RAP料倉。這些RAP管理的Z佳實踐雖然在多年前已經得到美國同業的認可,但是實際上并沒有被廣泛采納。


        日本生產高RAP含量混合料的方法與美國大相徑庭。表面上Z明顯的不同,在于瀝青攪拌站的選擇上——日本的生產商普遍使用間歇式攪拌站,美國的同業卻偏愛多產的連續式。深層的差異,在于“典范轉移”(Paradigm Shift,又稱范式轉移,這個名詞Z早出現在美國科學史及科學哲學家Thomas Samuel Kuhn的著作《科學革命的結構》里,是指一個領域里出現新的學術成果,打破了原有的假設或者法則,從而迫使人們對本學科的很多基本理論做出根本性的修正)——日本的生產商先使用一個單獨的烘干滾筒加熱、烘干RAP,再將其與再生劑混合、養護若干小時,然后才與新骨料及瀝青拌和。


        日本的高RAP含量混合料的生產方法有以下特點:


        (1)使用一個單獨的并行烘干滾筒加熱、烘干RAP。

        (2)使用熱氧化器處理RAP烘干滾筒的排放。

        (3)加入再生劑,與加熱后的RAP拌和,養護數小時,讓老化的RAP結合料的性能恢復。

        (4)瀝青攪拌站以100~180 t/h的低生產率運行。


        美國考察團稱,此行讓他們大受啟發。在過去十年,在美國瀝青路面協會(NAPA)、國家瀝青技術中心(NCAT)和聯邦公路管理局(FHWA)的RAP專家工作組的同心協力下——借助Z佳實踐教育、技術轉讓和出版物,RAP在美國瀝青路面的循環利用率總算從10%左右提升至將近20%。RAP的循環利用率此后似乎進入了一個穩定階段,而在大多數州交通運輸部的規范里,允許摻入的RAP比例是30%。全國的總體平均水平停滯不前,主要是受到RAP供應不均(城市地區富足、鄉村地區缺乏)的影響。持續提高RAP在瀝青混合料中的摻配比例,與此同時提高性能,可以進一步降低材料價格變化造成的影響。


        根據考察團在日本的觀察與經歷,美國完全可以將瀝青混合料中的RAP含量提升至更高(>25%),同時將混合料的質量與性能維持在同等甚至更高的水平。他們的共識是:持續提高RAP在瀝青路面的循環利用率,需要整個行業,包括瀝青混合料生產商、道路施工承包商、供應商、聯邦及各州市交通運輸部門通力合作。此外,他們還提出了以下建議:


        (1)考察團應該通過報告、講座和文章等形式分享此行獲得的信息,完成知識轉移。


        (2)各級交通運輸部門的規范應該允許施工承包商自己斟酌決定RAP在瀝青路面鋪裝層中的用量。它們可以提供簡單、明晰的路用性能評價標準,其中包含用來確定混合料適用性的室內混合料剛度試驗及其判斷標準;這種基于性能的測試方法,可以鼓勵承包商在使用RAP及其他材料時靈活地創新。建議交通運輸部門探討減少配合比數量的辦法,因為制定和變更如此多(有時候甚至超過100個)現場配合比公式(Job-mix Formula)的成本實在太高了。


        (3)把RAP的水分降到Z低程度,為了提高RAP的摻配比例而對其作篩分和分檔存放,遮蓋料堆,生產過程中拌和更長時間……這些Z佳實踐值得效法。就材料一端而言,保持RAP干燥(含水量極低),對混合料的生產大有裨益,因為它減少了并行加熱時的新骨料過熱量(換言之,成本會降低),為提高生產率留有余地。引入Z佳實踐,對于增加RAP含量來說至關重要。


        (4)美國瀝青行業應該考慮生產過程的潛在利益,以及如何設計制造出RAP的烘干與拌和效果更佳的連續式瀝青攪拌站。更長的新骨料與RAP拌和的時間、高剪切攪拌與儲存時間,這些生產環節的調整可以促進RAP結合料的軟化與混合。


        (5)瀝青行業還應該考慮再生劑、軟化劑或者其他有助于往混合料中加入更多RAP的添加劑。當前,美國國家公路合作研究計劃(NCHRP)的9-58項目正在研究再生劑對RAS(瀝青瓦)與RAP含量高的瀝青混合料的影響。在確定再生劑的Z佳使用時,瀝青行業應該發揮積極的作用。


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