本发明涉及一种高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料及其制备方法，属于公路施工材料技术领域。
背景技术：
长期以来，沥青混合料的温拌再生技术一直是道路工程领域持续研究的热门方向之一。特别是随着我国国民经济的持续快速发展，在经历了大规模的道路建设后，道路行业的重心开始逐步转向道路的大、中修养护，改造过程中产生了大量的回收沥青路面材料（简称“RAP料”），RAP料中约4%为沥青，96%为各种级配的集料。废旧沥青料有一定的使用价值，若直接丢弃，则不仅会造成严重的资源浪费，而且不利于对生态环境的保护。沥青路面再生具有节约材料、相对于其他养护方式更加经济环保、施工速度快、无需运输卡车等优点，该技术的应用是保护环境、重复利用资源的”可持续发展”战略在公路建设中的具体体现。
沥青路面再生技术按照不同的工艺，可以分为热再生技术和冷再生技术。热再生技术的最大特点是能够最大程度地恢复RAP（再生沥青路面材料）的路用性能，但RAP的掺配比例有限，通常为20%～30%左右。一般认为，RAP掺量高于40%属于大掺量再生范围（刘先淼等，厂拌热再生沥青技术在广佛高速公路路面大修工程的应用，广东建设信息，2006年10期）。RAP的掺量越高，再生剂的用量就越大，要求的加热时间就越长，再生后混合料的压实效果、路用性能（主要是抗疲劳性能、水稳定性和耐久性）受到的影响就越大。较高的加热温度会导致RAP料的进一步老化，同时会增加有害气体及粉尘的排放，不仅对施工操作人员的身体健康造成损害，同时也对大气造成了污染。热再生技术中RAP的掺量低、拌合温度高，限制了该技术的推广应用。
杨丽英等人的研究表明，温拌再生沥青混合料中的旧沥青混合料用量最高能达到45%，但此温拌再生沥青混合料的疲劳性能不及热拌沥青混合料（温拌再生沥青混合料的疲劳性能，公路交通科技，2012第10期）。程培峰等人的研究表明，温拌再生混合料的水稳定性随着RAP掺量的增加而下降；为保证路用性能，温拌再生沥青混合料中RAP掺量在40%以内时的成型温度最大可降低25～30℃，掺量为50%时最大可降温10℃（温拌再生沥青混合料水稳性能研究，重庆交通大学学报自然科学版，第34卷第1期，2015.2）。郭乃胜等人的研究表明，温拌再生技术的拌和及压实温度较热拌沥青混合料降低20℃～30℃，且降温幅度与温拌剂的特性有关；与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的动稳定度减小（温拌再生沥青混合料耐久性能，中国公路学报，第27卷第8期，2014.8）。
目前，同时满足以下条件的温拌再生技术没有相关文献记载：RAP掺量＞50%的高RAP掺量；动稳定度大于2400次/mm、25℃劈裂强度为普通热拌沥青混合料的1.5倍以上、劈裂疲劳性能（马歇尔试件，15℃，0.783MPa）为普通热拌沥青混合料的5倍以上、浸水马歇尔指标达90%以上、冻融劈裂指标达到85%以上的高性能；拌和温度为低至120～140℃的温拌性能。
随着经济社会的发展，我国需要建设和养护大量的高等级公路、城市道路，其中使用沥青混凝土路面的道路占相当大的比例。在施工中如何降低能耗、提高旧料利用率是摆在我们面前的挑战。环境污染和大气温度持续升高已开始影响了人民的生活，逐步制约了社会的发展。我国作为《京都议定书》成员国，在公路建设和养护行业中面对和解决的重大课题之一就是降低公路建设过程中的资源及能源消耗、环境污染和温室气体排放。LKW型温拌再生沥青混合料的研制和应用对改善上述状况有着深远的意义，较低的拌和温度和压实温度既可以节约能源消耗，减少了有害气体及温室气体排放，又能高效利用RAP料，节约沥青资源和矿产资源，还提高了沥青路面的耐久性。既有温拌沥青混合料的节能环保的特点，又有改性沥青混凝土优良的路用性能。具备节能环保、旧料利用、改善施工工艺、节约资金等特点，具有广阔的市场前景。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是针对现有再生沥青混合料拌合技术中RAP掺量不高、拌合温度高、能耗高，旧沥青路面材料利用率低的现状，提供一种高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料及其制备方法，通过旧料的预处理和温拌剂的使用，提高公路温拌再生混合料中RAP掺量、降低拌合温度和能耗，解决沥青再生混合料路用性能差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料及其制备方法。该高RAP掺量温拌再生沥青混合料包括如下质量百分比组分：再生沥青路面材料（RAP料）50～70%、集料28.2～47.2%、沥青（新掺沥青）和温拌再生剂1.8～2.8%，温拌再生剂的含量为沥青（新掺沥青）质量的0.3～0.5%。所述各组分用量根据公路实际需要在给定范围内选定。所述沥青是指新掺入的沥青，即新掺沥青。
所述温拌再生剂为市售LKW型沥青混合料温拌再生剂或其他普通沥青混合料温拌再生剂，再生沥青路面材料（RAP料）和沥青（新掺沥青）为满足国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）相关要求的回收沥青路面材料和沥青；集料为普通公路用集料、包括骨料和细集料（骨料和细集料比例根据国家规范和公路实际需要确定）。根据混合料类型的不同，沥青掺量可为2.3%～2.8%（AC-16）、2.0%～2.5%（AC-20）、1.8%～2.3%（AC-25）三种。
本发明高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料的制备方法，包括如下步骤：
（1）RAP料回收与堆放
对需要铣刨的旧沥青路面进行抽样检测，确定路面材料质量满足使用要求，采用路面铣刨设备对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨获得的旧沥青回收料分类堆放（立牌记录回收料的原材质、沥青含量、使用年份、含水量、日期、吨数等信息），铣刨时避开路面沉陷、龟网裂等被污染过的路段，确保回收料洁净无杂物；
（2）回收料破碎与筛分
将步骤（1）获得的同批回收料用机械充分混合后进行破碎处理至粒径≤31.5mm，然后进行筛分处理，将其筛分为粒径0～10mm、10～31.5mm的两档基准料；
（3）基准料分仓堆放
将步骤（2）获得的两档基准料分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的场地上，避免不同类型基准料混杂，堆放高度≤4m，避免物料重压与结块，多雨地区采用防雨棚遮盖；
（4）基准料检测
分别对两档基准料随机取样检测质量，符合国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）要求的作为RAP料备用，供后续再生沥青混合料工序使用；
（5）温拌再生沥青混合料制备
根据国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）要求进行综合级配设计，按照前述原料配比要求，取步骤（4）得到的RAP料和集料（包括骨料、细集料）、沥青（新掺沥青）、温拌再生剂，采用间歇式温拌再生沥青混合料专用拌合设备，先将RAP料和骨料加入拌合设备的拌合锅，然后再添加沥青、细集料和温拌再生剂，按常规热拌沥青混合料生产工艺，采用热空气加热方式对物料进行加温拌和处理（避免明火直接接触物料而导致RAP中沥青的老化），控制拌和温度为130℃～140℃（温度根据环境温度和施工点距离选择），拌合时间20～35s，得到高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料。
本发明的一般拌和温度根据环境温度和施工点距离，在130℃～140℃之间控制，各种矿料拌合时间一般控制在30秒左右，其他工艺和普通热拌沥青混合料生产工艺相同。
本发明骨料为普通公路沥青混合料用碎石、破碎砾石、筛选砾石或矿渣等，粒径一般大于2.36㎜；细集料为普通公路沥青混合料用矿粉，一般由石灰岩等碱性石料经磨细加工得到的，在沥青混合料中起填料作用的以碳酸钙为主要成分的矿物质粉末。
所述间歇式温拌再生沥青混合料拌合设备配有RAP料专用加热滚筒和独立RAP料添加装置，RAP料添加装置的添加能力大于拌合设备总生产能力的50%，以满足高掺量的需求。
所述温拌再生剂为市售LKW温拌再生剂或其他普通温拌再生剂，如抚顺远达石油化工助剂有限公司生产的市售LKW温拌再生剂等。
所述高RAP掺量温拌再生沥青混合料的制备方法中，提取步骤（5）得到的RAP料时，应从料堆的一端开始在全高范围内取料。
本发明采用现有温拌再生沥青混合料专用间歇式拌合生产设备生产，室内试验设备和普通热拌沥青混合料设备相同。
本发明采用上述步骤获得的高质量RAP料，再配以LKW型温拌再生剂与集料、沥青混合温拌，由于温拌剂的作用和RAP料的科学搭配，降低了沥青在130℃～140℃温度下的粘度，使得新沥青与旧沥青充分融合，在提高沥青混合料的温拌效果的同时，加强了沥青与集料间的胶结，从而得到具有良好施工和易性的再生沥青混合料，并使得再生沥青混合料的强度、抗疲劳性能、高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性均高于热拌沥青混合料。在实现沥青混合料“温拌”和“再生”的同时，突破了热再生技术中RAP料利用率低（一般不超过45%）的限制，提高了温拌后沥青混合料的路用性能。
本发明在提高RAP掺量（50%～70%）的同时，降低了材料的加热温度和施工温度，拌和温度从常规的160～180℃下降为130～140℃，不仅减少了沥青的老化和能耗，而且提高了再生后沥青混合料的路用性能，所获得的再生混合料的动稳定度大于2400次/mm、25℃劈裂强度达到普通热拌沥青混合料的1.5倍以上、劈裂疲劳性能（马歇尔试件，15℃，0.783MPa）达到普通热拌沥青混合料的5倍以上、浸水马歇尔指标达90%以上、冻融劈裂指标得到85%以上、低温小梁弯曲微应变指标大于2000（与普通热拌沥青混合料性能对比见表1），实现了节能、减排和RAP料的高效再生利用。
本发明温拌再生技术的混合料拌和温度为130～140℃，节约了燃油、降低了能耗和温室气体排放（节能减排效果见表2）。此外，RAP掺量的提高减少了新石料、新沥青的用量，降低了混合料的生产成本；混合料性能的提高还延长了路面的使用寿命，间接降低了公路养护成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：本发明高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料用于AC-20下面层施工，取代常规AC-20热拌沥青混凝土下面层，在保证混凝土路用性能的同时，达到充分利用回收沥青路面材料、减少新集料用量、降低拌合温度、节能减排的效果。
本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料包括如下质量百分比组分：再生沥青路面材料（RAP料）再生沥青路面材料60%、集料38%、新掺沥青和温拌再生剂2.0%，其中温拌再生剂的含量为新掺沥青质量的0.3%。
本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
（1）RAP料回收与堆放
对需要铣刨的旧沥青路面进行抽样检测，确定路面材料质量满足使用要求，采用路面铣刨设备对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨获得的旧沥青回收料分类堆放（立牌记录回收料的原材质、沥青含量、使用年份、含水量、日期、吨数等信息），铣刨时避开路面沉陷、龟网裂等被污染过的路段，确保回收料洁净无杂物；
（2）回收料破碎与筛分
将步骤（1）获得的同批回收料用机械充分混合后进行破碎处理至粒径≤26.5mm，然后进行筛分处理，将其筛分为粒径0～10mm、10～26.5mm的两档基准料BAP1和BAP2；
（3）基准料分仓堆放
将步骤（2）获得的两档基准料BAP1、BAP2分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的场地上，避免不同类型基准料混杂，堆放高度3m，避免物料重压与结块，并用防雨棚遮盖；
（4）基准料检测
分别对两档基准料随机取样，按《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）检测其质量，符合规范要求的作为RAP料备用，供后续再生沥青混合料工序使用；
（5）温拌再生沥青混合料制备
根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）要求进行综合级配设计，按照前述原料配比和表3的要求，取步骤（4）得到的两挡RAP料（BAP1与BAP2）、以及集料（骨料、细集料）、沥青、温拌再生剂，采用间歇式温拌再生沥青混合料拌合设备（铁拓再生沥青拌和设备），先将RAP料和碎石骨料加入拌合设备的拌合锅，然后再添加沥青、细集料和KWF-Ⅱ型温拌再生剂，按常规热拌沥青混合料生产工艺，采用热空气加热方式对物料进行加温拌和处理，控制拌和温度为130℃，拌合时间25s，得到用于AC-20下面层施工的高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料。
本发明的RAP料和沥青为满足国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）相关要求的回收沥青路面材料和沥青；集料采用普通公路用集料，包括普通公路用碎石骨料和细集料（表3中，2＃和3＃为碎石骨料，4＃为矿粉细集料）。
本发明温拌再生剂采用抚顺远达石油化工助剂有限公司生产的市售LKW-Ⅱ型温拌再生剂；提取步骤（5）得到的RAP料时，应从料堆的一端开始在全高范围内取料。
本发明其他工艺与普通热拌沥青混合料生产工艺相同，采用现有温拌再生沥青混合料专用间歇式拌合生产设备生产，拌合设备配有RAP料专用加热滚筒和独立RAP料添加装置的专用拌合设备，RAP料添加装置的添加能力为拌合设备总生产能力的60%（以满足60%高掺量的需求），其它室内试验设备和普通热拌沥青混合料设备相同。
上述高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料通过运输、摊铺和碾压，最终形成AC-20温拌再生沥青混凝土下面层（配合比设计指标见表4和表5）。
采用该温拌再生沥青混合料进行试验路铺筑，施工过程中采用两种碾压方式：①26吨轮胎压路机碾压3～4遍，16吨单钢轮压路机静压1遍，振动2遍，收光一遍；②16吨单钢轮压路机静压1遍振动碾压2遍，轮胎压路机碾压3～4遍，单钢轮压路机收光1～2遍。该温拌再生沥青混合料的施工和易性较好，可碾压温度区间为90℃～140℃，而且粘度比较低，非常容易压密实。
温拌再生沥青混合料试验路铺筑完成后，按照《公路沥青路面再生技术规范》规定的方法进行试验检测，得到温拌再生沥青混合料路用性能与普通热拌沥青混合料性能对比情况见表5。试验数据显示，由于温拌再生剂的再生改性作用，本混合料的各项路用性能指标均高于普通沥青。
通过室内试验检测，本温拌再生混合料的15℃劈裂强度非常高，在劈裂试件破坏面可以看出试件的断裂面为混合料中的石料，说明沥青胶结料与石料的粘结力大于部分石料本身的强度。
本发明高RAP掺量高性能温拌再生AC-20沥青混合料试验铺筑121.827km公路下面层共97万平方米，使用该混合料的单价仅为新沥青混合料单价的70%左右，而且路用性能未见衰减，甚至在高温和材料模量方面还优于新沥青混合料，可延长路面结构的使用寿命。采用常规沥青混合料铺耗能如表6所示。
实施例2：本发明高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料用于AC-16上面层施工，取代常规AC-16热拌沥青混凝土上面层。
本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料（AC-16上面层沥青混合料）包括如下质量百分比组分：再生沥青路面材料（RAP料）再生沥青路面材料50%、集料47.2%、新掺沥青和温拌再生剂2.8%，温拌再生剂的含量为新掺沥青质量的0.4%。
本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料的制备方法包括如下步骤：
（1）RAP料回收与堆放
对需要铣刨的旧沥青路面进行抽样检测，确定路面材料质量满足使用要求，采用路面铣刨设备对旧沥青路面进行铣刨，对铣刨获得的旧沥青回收料分类堆放（立牌记录回收料的原材质、沥青含量、使用年份、含水量、日期、吨数等信息），铣刨时避开路面沉陷、龟网裂等被污染过的路段，确保回收料洁净无杂物；
（2）回收料破碎与筛分
将步骤（1）获得的同批回收料用机械充分混合后进行破碎处理至粒径≤26.5mm，然后进行筛分处理，将其筛分为粒径0～10mm、10～26.5mm的两档基准料BAP1、BAP2；
（3）基准料分仓堆放
将步骤（2）获得的两档基准料分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的场地上，避免不同类型基准料混杂，堆放高度2.5m（小于3m），避免物料重压与结块，并用防雨棚遮盖；
（4）基准料检测
分别对两档基准料随机取样，按《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）检测其质量，符合规范要求的作为RAP料备用，供后续再生沥青混合料工序使用；
（5）温拌再生沥青混合料制备
根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）要求进行综合级配设计，按照前述原料配比和表7的要求，取步骤（5）得到的两挡RAP料（BAP1、BAP2）、以及集料（骨料、细集料）、沥青、温拌再生剂，采用间歇式温拌再生沥青混合料拌合设备（铁拓再生沥青拌和设备），先将RAP料和碎石骨料加入拌合设备的拌合锅，然后再添加沥青、细集料和KWF-Ⅱ型温拌再生剂，按常规热拌沥青混合料生产工艺，采用热空气加热方式对物料进行加温拌和处理，控制拌和温度为140℃，拌合时间20s，得到用于AC-16上面层施工的高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料。
本发明温拌再生剂采用抚顺远达石油化工助剂有限公司生产的LKW-Ⅱ型温拌再生剂，RAP料和沥青为满足国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）相关要求的回收沥青路面材料和沥青；集料为普通公路用集料，包括普通公路用破碎碎石骨料和细集料（表7中，2＃和3＃为碎石骨料，4＃为矿粉细集料）。
本发明温拌再生剂为抚顺远达石油化工助剂有限公司生产的市售LKW-Ⅱ型温拌再生剂；提取步骤（5）得到的RAP料时，应从料堆的一端开始在全高范围内取料。
本发明其他工艺与普通热拌沥青混合料生产工艺相同，采用现有温拌再生沥青混合料专用间歇式拌合生产设备生产，拌合设备配有RAP料专用加热滚筒和独立RAP料添加装置的专用拌合设备，RAP料添加装置的添加能力为拌合设备总生产能力的50%（以满足50%高掺量的需求），其它室内试验设备和普通热拌沥青混合料设备相同。
上述高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料通过运输、摊铺和碾压，最终形成AC-16温拌再生沥青混凝土上面层（配合比设计指标见表7和表8）。
采用该温拌再生沥青混合料进行试验路铺筑，施工过程中采用两种碾压方式：①26吨轮胎压路机碾压3～4遍，16吨单钢轮压路机静压1遍，振动2遍，收光一遍；②16吨单钢轮压路机静压1遍振动碾压2遍，轮胎压路机碾压3～4遍，单钢轮压路机收光1～2遍。该温拌再生沥青混合料的施工和易性较好，可碾压温度区间为90℃～140℃，而且粘度比较低，非常容易压密实。
温拌再生沥青混合料试验路铺筑完成后，按照《公路沥青路面再生技术规范》规定的方法进行试验检测，得到温拌再生沥青混合料路用性能与普通热拌沥青混合料性能对比情况见表9。试验数据显示，由于温拌再生剂的再生改性作用，本混合料的各项路用性能指标均高于普通沥青。
实施例3：本发明高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料用于AC-25粗粒式施工，取代常规AC-25粗粒式热拌沥青混凝土。本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料（AC-25下面层沥青混合料）包括如下质量百分比组分：再生沥青路面材料（RAP料）70%、集料28.2%、新掺沥青和温拌再生剂1.8%，温拌再生剂的含量为新掺沥青质量的0.5%。
本高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料的制备方法和使用的设备与实施例1相同。回收料破碎与筛分环节中，将步骤（1）获得的同批回收料用机械充分混合后进行破碎处理至粒径≤31.5mm，然后进行筛分处理，将其筛分为粒径0～10mm、10～31.5mm的两档基准料；基准料分仓堆放环节中将步骤（2）获得的两挡基准料分别均匀堆放在经过硬化处理且排水通畅的场地上，堆放高度3.5m（小于4m）；温拌再生沥青混合料制备环节中，按照前述原料配比和表10的要求，取步骤（4）得到的两挡RAP混合料（BAP1、BAP2）、以及集料（骨料、细集料）、沥青、温拌再生剂，按常规热拌沥青混合料生产工艺，采用热空气加热方式对物料进行加温拌和处理，控制拌和温度为135℃，拌合时间35s，得到用于AC25中粒式施工的高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料。
本发明温拌再生剂采用抚顺远达石油化工助剂有限公司生产的LKW-Ⅱ型温拌再生剂，RAP料和沥青为满足国家《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）相关要求的回收沥青路面材料和沥青；集料为普通公路用集料，包括普通公路用矿渣骨料和细集料（表10中1#、2＃和3＃为碎石骨料，4＃为细集料）。提取步骤（4）得到的RAP料时，从料堆的一端开始在全高范围内取料。采用的温拌再生沥青混合料设备的RAP料添加装置的添加能力为拌合设备总生产能力的70%（以满足70%高掺量的需求）。
上述高RAP掺量高性能温拌再生沥青混合料通过运输、摊铺和碾压，最终形成AC-25温拌再生沥青混凝土下面层（配合比设计指标见表10和表11）。
采用该温拌再生沥青混合料进行试验路铺筑，施工过程中采用两种碾压方式：①26吨轮胎压路机碾压3～4遍，16吨单钢轮压路机静压1遍，振动2遍，收光一遍；②16吨单钢轮压路机静压1遍振动碾压2遍，轮胎压路机碾压3～4遍，单钢轮压路机收光1～2遍。该温拌再生沥青混合料的施工和易性较好，可碾压温度区间为90℃～140℃，而且粘度比较低，非常容易压密实。
温拌再生沥青混合料试验路铺筑完成后，按照《公路沥青路面再生技术规范》规定的方法进行试验检测，得到温拌再生沥青混合料路用性能与普通热拌沥青混合料性能对比情况见表12。试验数据显示，由于温拌再生剂的再生改性作用，本混合料的各项路用性能指标均高于普通沥青。
经试验，与热拌沥青混合料相比，本发明拌和温度一般可降低35℃，节省加热燃料油32%，减少温室气体（二氧化碳等）排放35%以上，减少沥青烟等有毒气体排放60%以上，是一种高节能、低排放的低碳铺路技术。
实践证明，每吨沥青混合料需消耗7~8公斤燃油，而且会产生大量的温室气体（每生产一吨沥青混合料将产生约18公斤二氧化碳）和沥青烟（苯可溶物、苯并(a)芘）等有害、有毒气体。与热拌沥青混合料相比，本发明温拌再生沥青混合料的节能减排量见表2。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，但本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。