[分享]沥青路面再生设备研究现状与发展

沥青路面再生技术就是利用专用设备将旧沥青路面进行翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青、新集料等按一定比例重新拌和成混合料，满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的技术。

随着我国公路基础设施总量的不断增加，传统的粗放型的公路养护技术已不能满足交通行业需求，资源节约、材料循环利用、节能降耗、保护生态环境、防止公路污染等绿色低碳的养护技术已成为我国公路养护工程实施的主流趋势。根据国家发展循环经济和节能减排的总体要求，以推进公路材料循环利用为重点，加快发展绿色低碳公路养护技术和工艺，降低养护能耗，促进绿色低碳养护产业快速发展。而沥青路面再生技术正是响应国家发展循环经济和节能减排要求的资源节约和材料循环利用技术。对该项技术的应用就离不开沥青路面再生设备的研究，这对维护和改善我国公路的质量，降低路面工程造价都有重要的意义。

本文从其国内外研究现状及热点研究方向与目前存在的主要问题与发展趋势进行分析，以期对我国沥青路面再生设备的研究、发展及应用推广提供一定的借鉴。

沥青混凝土路面再生设备国内外研究现状

 1.厂拌热再生设备

厂拌热再生技术是利用厂拌热再生设备将旧沥青路面经铣刨后运到沥青混合料拌和场，通过破碎、筛分，并根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、集料级配等情况，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂等进行加热搅拌，使混合料达到规定的各项指标，并按热拌沥青混合料的施工工艺重新铺筑路面。

从设备类型上来分主要有连续式与间歇式两种，连续式主要有热集料加热滚筒式、带热扩散器的滚筒式、筒壁加热式等，以及在这几种基础上改进的顺流式滚筒一裹敷机、逆流式滚筒一裹敷机、燃烧器伸入滚筒的逆流式滚筒搅拌设备、空气冷却的逆流式滚筒搅拌设备、双滚筒沥青搅拌设备和三套筒式厂拌热再生设备等。

2003年广佛高速公路大修中开始使用厂拌热再生技术与设备，当时采用的是ASTEC双滚筒设备。同年，国内有团体考察了欧洲道路再生状况。目前国内对连续式再生搅拌设备很多地方都限制使用，而间歇式厂拌热再生设备主要有第二烘干筒与双滚筒两种设备型式，国内目前常用的是带第二烘干筒的间歇式沥青混合料热再生设备。但是大多数是引进产品或技术，自主创新不足，热再生设备总体应用情况还停留在探索阶段。在这方面比较有代表性的生产厂家有南方路机、福建铁拓、西筑JD3000型热再生沥青搅拌成套设备等。基本上都是在常规沥青混合料搅拌设备的基础上通过改造、或在主机旁边增加“再生部分”来实现再生沥青混合料生产的功能。

另外，由于设备厂家大多只专注于设备本身的设计和研发，而关于土木工程及材料工艺等方面的知识和经验相对贫乏，传统的再生设备的设计和研发自然未能根据再生沥青混合料生产的工艺要求做到“有的放矢”。

以上两个方面的原因，导致传统再生设备存在各种问题和不足，影响到设备的综合使用性能。国外意大利的博纳地再生搅拌站采用新型滚筒挡料板特殊设计，燃烧室内置，由特殊钢材制成，耐高温、腐蚀，可作为普通滚筒生产新的沥青混合料；也可作为再生滚筒再生铣刨料，目前的再生效果还有待于市场检验。

2.就地热再生设备

就地热再生技术(就地热再生)是指利用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序，一次性实现对表面一定深度范围内(一般不超过6cm)的旧沥青混凝土路面再生的一种技术。

目前，国内施工单位普遍使用的具有代表性的就地热再生设备主要是从芬兰的卡罗泰康Kalottikon和德国的维特根Wintgen。国产的有江苏英达、鞍山森远和宝应奥新三家公司各自研发的国产就地热再生机组。上述就地热再生设备在行走方式、加热形式、燃料类型、控制方式、机组组成数、操作方式等方面均有不同，其中最为核心的是加热方式的不同，直接影响沥青路面的加热效果和设备的加热能耗。

关于沥青路面就地热再生技术的应用，美国、日本、西欧等国家对该项技术的研究最早，有众多学者就沥青路面就地热再生中的沥青路面加热问题进行了针对性的研究，美国最先开始沥青混合料再生利用研究，也是目前再生技术发展最成熟的国家之一。

1915年Warren Brothers对旧沥青层块进行加热重新利用，取得了较好的使用效果，节省了可观的费用，但这项技术没有得到足够的重视。西欧国家十分重视沥青路面再生利用技术,联邦德国、芬兰、荷兰等国家相继地进行小型试验，并迅速推广应用。

沥青路面就地热再生技术在我国的应用时间不长，只有不到20年的历史，关于专门研究沥青路面加热的、可查阅公开报道的更是不多。沥青路面加热取决于沥青材料对热能的吸收特性，但沥青材料作为一种热的不良导体，很难对深层的沥青路面材料进行加热，不管采用红外加热、热风加热、还是改变加热工艺采用间歇式加热等方法都不能很好的既能保证加热效率又能保证加热均匀性，而加热效率和加热均匀性又直接关系到沥青路面就地热再生施工质量与再生路面的整体路用性能。

纵观国外研究状况，主要集中在从施工工艺入手解决沥青路面加热存在的问题，从深层次上，着眼于加热方式、多因素耦合影响对沥青路面加热过程中热能传递规律，从根本上解决这一问题的研究还是少之又少，从有限的文献中并未发现。

3.场(厂)拌冷再生设备

场拌冷再生技术是将旧沥青路面铣刨后运到沥青混合料拌和场(厂)，通过破碎、筛分(必要时)，并根据旧料中沥青含量、沥青老化度、集料级配等指标，掺入一定数量的新集料、再生结合料(乳化沥青、泡沫沥青等)、再生剂(必要时)进行常温拌和，使混合料达到规定的各项指标，按常温沥青混凝土的施工工艺重新铺筑，形成路面基层或者下面层的一种技术。

厂拌冷再生工艺包括以下四个步骤：

①现有旧路面的挖除处理；

②破碎和堆放；

③拌和；

④摊铺、压实和养生。

拌和再生料可以使用间歇式、滚筒式或连续式拌和设备。连续拌和式再生设备是应用最广的一种，以德国维特根公司生产的连续拌和式再生设备k MA200最为出名。

目前间歇式厂拌冷再生的拌和器通常采用双卧轴强制搅拌方式。破碎好的回收料、外加集料、新的沥青胶结料和外加水等按照设计比例加入拌和器中。添加顺序通常是：回收料和外加集料、水泥等外加固体填料、水、沥青胶结料。这些材料在拌和器中搅拌均匀后，将混合料装到运输车上，然后准备拌和下一批料。

国内有代表的设备有中交西筑的CRS300厂拌冷再生混合料搅拌设备，采用独特的二次搅拌技术使得乳化沥青再门棍合料性能更加稳定；设备各总成均采用模块化的结构设计，使用运输及拆装。高远圣工的GYCBL200型厂拌冷再生设备，其搅拌主机采用具有自主知识产权的“连续式”、“强制”、“角度”和“沸腾”的搅拌技术，搅拌力度大，搅拌效率高，混合均匀，搅拌能力强。铁拓TCM250型沥青厂拌冷再生设备，其搅拌系统采用双拌缸串联倾斜式设计，密布小叶桨应用大线速搅拌方案，延长搅拌时间，可保证混合均匀度，解决了小参比添加剂搅拌不均匀问题。也有对水泥在线稳定土厂拌设备的基础上，增加了乳化沥青添加系统、水泥添加系统、矿粉添加系统等功能，并根据冷再生混合料生产的需要，新加了二次拌合系统，改装形成厂拌冷再生混合料生产设备。

4.就地冷再生设备

就地冷再生技术是指利用专用的就地冷再生设备，对沥青路面进行现场冷铣刨，掺入一定数量的新集料、再生结合料(乳化沥青、泡沫沥青、水泥、消石灰等)、再生剂(必要时)，经混拌、摊铺、碾压等工序, 一次性实现对表面一定深度范围内的旧沥青路面再生，形成路面基层或下面层的一种技术。在此基础上发展而来的将沥青层和部分基层材料同时进行就地冷再生，形成路面基层的一种全深式再生技术，实际上是就地冷再生的一种，只不过是再生厚度范围内包含了部分基层。

国内全深式再生工程的再生结合料绝大部分采用水泥，个别采用乳化沥青和泡沫沥青。国外关于就地冷再生设备的生产公司有美国的CMI公司，美国Caterpillar(卡特彼勒)、德国Bomag(宝马)、法国Panien(奔能)、意大利玛连尼(MARINI公司，德国维特根(WIRIGEN)公司。其中世界上最大公路再生设备的厂家是德国的维特根，其冷热再生机在市场占有率方面一直名列前茅。

近年来，国内工程机械生产厂家对冷再生机的开发也很重视。如：山东公路机械厂研发出具有国际先进水平的LZS2400型就地冷再生机，西安筑路机械公司顺应国内路面机械发展趋势研发生产就地冷再生拌合机CR2500，徐工新款再生设备——XLZ230Ⅱ路面冷再生机等。

与国外厂商相比较，我国冷再生机械研究起步较晚。近年来我国工程机械厂商在冷再生机方面得到了一些发展，但是无论在品种类型多样性，还是整机总体性能等方面，国产冷再生机与国外产品相比还有很长的路要走。通过多年的研究和改进，目前的冷再生机能够实现铣拌转子的转速能够实现在最大和最小转速之间无极调速，并且在冷再生最大深度方面进行加大。就市场占有率来说，维特根的WR2500S和WR2000两种型号的机型仍然占据国内主要市场。其他国外厂家的冷再生机也有少数进入国内市场，其占有率不大，在一定时期内国产冷再生机还无法超越进口产品的市场占有率。

热点研究方向

1厂拌热再生设备

对于该类设备目前主要研究集中在：

①第二烘干筒叶片结构对再生料提升、加热、老化等方面的影响的影响，如长安大学的李航对热再生设备第二烘干筒的热效率分析和性能优化设计，利用流体分析软件、仿真软件对烘干区段的料帘进行分析，为烘干区段叶片的优化性能的设计提供了参考。

徐州师范大学的凌杰对厂拌热再生沥青混合料再生设备进行研究，对于烘干筒的设计提出了一种基于理论的设计方法，但是未对烘干筒筒内叶片形式和排列方式做深入的分析，而且该项研究没有对燃烧火焰和整个烘干筒的匹配问题进行研究，研究还有待于深入。

还有对影响烘干滚筒加热效率因素等方面的研究，如东北电力学院的吕太等人对粉煤回转筒干燥装置进行研究，他们的研究基于正交试验法研究影响烘干筒风速、湿度等的因素，研究结果发现影响这些参数的影响因素众多且影响巨大，这项研究有利于以后对粉状物料干燥装置的进一步深入研究。为后续烘干滚筒的加热提供较好的借鉴。

黄洪涛等人进行了厂拌热再生系统中循环热风烘干筒传热学分析，得出各因素对传热效果的影响，可为加热筒的设计提供一些参考,但是影响烘干筒加热的因素很多，在这方面还需更进一步深入的研究。

②回收料加热与输送中的防粘附技术研究，如基于柔性仿生技术设计的柔性提料链等。

③回收料的柔性分离与高频筛分离技术研究。现阶段常用的破碎方法有锤式破碎机、反击式破碎机、颚式破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机共五种，其基本原理都是刚性破碎，会对回收料级配造成不同程度的变异。不同于现阶段的刚性破碎目前已开展回收料的柔性分离与高频筛分离技术。

柔性分离，就是只是将骨料一分开，不是将其破碎，如边宁荷夫再生设备采用两级分离；重庆交通大学郭晓宏曾经进行了柔性破碎试验，具体操作是把旧料放到105℃烘箱里烘一个半小时到两个小时左右，取出基本软化的旧料放在手心，双手前后来回地搓动，既能使旧混合料充分破碎并且不会破坏集料。这种方法目前还未见到工厂化生产设备。回收料的高频筛分技术，如ASTEC的反击式破碎机，利用该破碎机进行了将结块的旧料一分开而不降低骨料粒径的试验。4.75 mm以下材料在筛分时容易薪附在筛网上，国外采用高频筛分技术来解决这个问题，振动频率很高，这对机械设备的可靠性要求很高，目前国内设备很难达到。

④回收料的柔和烘干与分级加热技术。各个厂家对用于加热再生混合料一的热气温度看法不一，如ASTEC双滚筒推荐热气温度为300℃左右，LlNTEC推荐热气温度为430℃左右，也有资料一显示热气温度小于650℃也是可以的，那么采用多少度的热气加热比较合适，既加热迅速，又不会对沥青造成更大的老化。

2.就地热再生设备

就地热再生设备的发展，其核心依然是沥青路面的加热问题，因此研究热点依然集中于此。不管采用红外加热、热风加热、还是改变加热工艺采用间歇式加热等方法的目的都是为了获得较高的加热效率和沥青路面加热质量。

在这方面，诸多学者进行了一定的有价值的研究。如：同济大学的宋德朝分别采用间歇式红外加热与热风加热方法加热沥青路面，重庆交通大学的郭小宏对三种加热方式的加热原理进行研究，并就热风循环式加热机工作装置，运用多圆形喷嘴射流冲击模型对其作业过程进行分析，得出了相关参数与沥青路面表面换热系数的关系。

关于微波加热沥青路面有代表性的有东南大学的朱松青进行了沥青路面现场微波加热再生模型与实验，同济大学的李万莉进行了沥青路面再生机微波加热机理及数值模拟的研究，长安大学的高子瑜研究了频率对微波加热沥青混合料的影响。上述国内外有关沥青路面加热的研究基本上还是采用试验手段，其成果有益于沥青路面就地热再生技术的推广应用，虽然微波加热有其快速性，但是高功耗与辐射泄漏、元器件稳定性差等问题限制了其使用。

另外，沥青路面在进行大面积就地热再生前大多已经进行过局部的修补，路面材料级配不尽相同，使用的加热器也存在差异，采用上述针对某些特定级配下的试验研究，其成果对于解决沥青路面就地热再生中沥青路面加热问题的指导意义是有限的。因此，要想从根本上解决沥青路面就地热再生时沥青路面加热这一关键难题，其核心还是在于找出合适的加热方式，研究在多因素复杂耦合下其加热机理和热能在沥青路面中的传递规律与温度场分布，从而从根本上解决沥青路面加热这一难题。关于沥青路面温度场研究方面，也有学者进行了一些研究，如同济大学的贾璐，中南大学的陈嘉祺分别对环境因素作用下沥青路面温度场的分布规律和数值模型进行了预估，但是均未涉及到沥青路面再生加热过程中沥青路面内部温度变化规律。江苏大学的田晋跃对再生过程中烘干滚筒内的温度场进行了数值模拟，为再生沥青烘干滚筒的设计提供一定参考，但是对于沥青路面热再生加热机理并未涉及。对于沥青路面加热流场和沥青路面加热装置的热流场分析显然可以尝试应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的方法进行，但是目前主要还是集中在农产品加热干燥、水利等方面，而在沥青路面及其加热装置的热流场分析并不多见。如新疆农业大学的牟国良等运用流体动力学计算软件CFD对该加热装置的二维流场进行了数值模拟，获得该热风加热装置内的流场和温度场，并对加热装置内的气流和温度分布的特点进行分析，扬州大学的石丽建进行了基于CFD计算的轴流泵的改型设计。虽然东南大学的张德育借助有限元软件ABAQUS对加热温度场进行了数值模拟，但只是分析了加热方式、环境因素、加热机的操作参数及加热功率对沥青路面加热温度场的影响程度，并未就加热机理与温度在沥青路面中的传递规律进行分析，更没有提及红外与热风协同加热多因素复杂耦合时热能在沥青路面中的传热过程和机理。长安大学马登成课题组分别利用ANSYS和FLUENT两套软件，对就地热再生搅拌加热滚筒中的沥青混合料流动和加热沥青路面时，其内部温度场分布规律进行了模拟，认为将红外与热风循环加热结合起来对沥青路面加热既能提高加热效率，又能保证加热的均匀性，为后续的沥青路面就让热再生施工提供便利。

3.场(厂)拌冷再生设备

关于厂拌冷再生设备研究方面，主要集中在以下几个方面：①厂拌冷再生过程中设备结构与拌和时间、拌和均匀性间关系的研；

②泡沫沥青、乳化沥青厂拌冷再生施工技术在具体工程中的应用以及与设备参数、最佳用水量的确定及其路用性能研究等方面以及厂拌冷再生在节能减排方面；

③在低掺量元素计量技术、冷再生混合料搅拌技术等方面。

4.就地冷再生设备

关于就地冷再生设备研究方面，主要集中在以下几个方面：①结合转子刀具的布置特点与土壤切削理论，进行冷再生机铣削转子刀具在工作过程中动力学方面的研究，目的是找出铣刨转子的结构、刀具排列和安装角度、铣刨速度与深度的合理匹配以及刀具几何参数、铣削参数的优化组合等。

②冷再生机的液压系统匹配技术方面的研究，以期获得最优的参数匹配与控制方案。

③铣削转子刀具方面的研究，如在土壤切削研究、刀具材料、形状、机构设计、空间布局、功率匹配等方面得到了一些有价值理论，包括对于影响旋转切削类机械性能的因素的研究，如:切削深度、切削宽度、工作行走速度、切削转子直径、转子转速等。

④从冷再生机的动力性和冷再生工艺出发，以提高路面铣削效率和复拌均匀性为目标，开展对路面铣削与旧材料拌合冷再生机刀具排列方面的研究。

存在的问题与发展趋势

1.厂拌热再生设备

存在问题：

①再生设备产能不高，保证混合料的搅拌效果(均匀性、一致性)引起的搅拌时间延长；RAP进锅环节复杂导致的物料进锅时间太长。

②RAP处理的过程中各环节的粘结问题，在具体设计时都应充分考虑到RAP粘的特性，注意细节设计尽量保证足够的下料角度、避免直角或死角等容易粘料和堵料的结构。

③RAP生产中沥青过热导致的老化和粘结，掺配量不高的问题，以及再生剂添加量的计量问题。

发展趋势：

从整机的角度，考虑新、旧料一共同添加和不同添加率情祝下整机的参数匹配与结构优化，重新设计拌和楼结构布置，把再生部分以模块化方式融入到新设计中，对拌锅的布置位置进行合理布局，解决设备产能低、物料粘结等问题。

重新定义RAP生产的工艺流程，采取全新的整体式研发思路，将再生部分作为整体设备的“标准配置”进行综合考虑，全面优化或重新设计设备各个环节的结构。

回收料与混合料的温拌再生技术与再生拌和站的结合。超大型微波式加热技术在废旧道路材料再生沥青拌和站的运用。绿色环保再生拌合站的研究与开发。

2.就地热再生设备

存在问题：

就地热再生时老化沥青路面内热能传递困难，造成表层起火焦化，底层达不到施工温度，进而引起再生混合料级配变异性问题，直接影响到再生后沥青路面的整体路用性能。

①沥青路面加热问题，加热速度快，加热深度大，加热温度不能太高，否则造成沥青老化、降低沥青性能，加热温度低，旧料和新料很难融合，降低路面强度。

②铣刨和拌合功能，铣刨时不能破碎旧路面的骨料，否则会使路面级配发生变化；拌合时新料和旧料要拌合均匀性问题。

③新料、再生剂等的计量精度问题。

发展趋势：

环保高效加热技术的研究与应用，新型加热器的研究与开发。如：红外线加热器波长控制技术、红外与热风循环协同加热温度协同控制技术等。

高效加热复拌技术的研究，新型复拌机的研究与开发。

高精度计量、再生混合料配合比高精度控制、环保高效的整机开发。

多因素耦合下的加热器与沥青路面加热机理与热能传递规律方面的研究。

3.场(厂)拌冷再生设备

存在问题：

低掺量元素的计量精度问题，不同沥青厂拌冷再生时与设备参数、结构匹配问题；再生料搅拌均匀性问题。

发展趋势：

高的计量精度、高搅拌质量、节能减排环保的再生设备的研发方面。

厂拌冷再生过程中设备结构与拌和时间、拌和均匀性、设备参数、用水量等关系方面的研究，低掺量元素计量技术、冷再生混合料搅拌技术方面的研究。

4.就地冷再生设备

存在问题：

①粘结剂喷洒不均、种类受限、计量控制不严等问题。

②部分国产冷再生机只能喷洒乳化沥青或水泥稀浆，采用人工手动调节水、粘结剂等液体添加量，由此导致喷洒量不易控制，影响施工质量。

发展趋势：

研究发动力动力、铣刨转子转速与行走速度等工作参数的合理匹配问题，减少对石料的破碎，从而提高再生基层的承载能力，降低新石料的添加量。

在确保粘结剂添加精度的基础上，开发密封性好的转子系统，降低浮尘对周围环境的影响。在人性化设计方面，国产产品与国外品牌还有一定差距，未来有待于进一步提高。同时设备不断升级，动力性良好，自动化、智能化程度上和操控性能上，有待于提高。

本文主要对沥青路面就地热再生设备、厂拌热再生设备、就地冷再生设备、厂拌冷再生设备的国内外研究现状及热点研究方向与目前存在的主要问题与发展趋势进行分析，以期对我国沥青路面再生设备的研究、发展及应用推广提供一定的借鉴。