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老化沥青抽提回收研究进展
2019年06月26日    阅读量:47490    新闻来源: 沥青路面  |  投稿

摘 要

老化沥青抽提回收是准确评价老化沥青性能的前提,也是后续进行再生混合料配合比设计的基础。废旧沥青混合料抽提方法包括离心分离法、回流抽提法和真空抽提法等,其中离心抽提应用最为广泛。研究者对矿粉、三氯乙烯等残留物的影响以及2种回收方法进行了大量基础性研究工作,本文将对老化沥青抽提回收近年来的研究进展进行阐述沥青网sinoasphalt.com

关键词

老化沥青 | 抽取 | 回收


引言

老化沥青抽提回收是准确评价老化沥青性能的前提,也是后续进行再生混合料配合比设计的基础。废旧沥青混合料抽提方法包括离心分离法、回流抽提法和真空抽提法等,其中离心抽提应用最为广泛[1]。研究表明,离心分离法得到的沥青回收溶液中会残留少量矿粉,改变沥青的物理性质,造成试验结果不稳定[2]。文献[3]提供了阿布森法和旋转蒸发器法这2种从沥青溶液中回收沥青的方法,但2种方法均存在回收参数适应不强、沥青中残留三氯乙烯、软化回收沥青的问题。美国NCHRP(国家公路合作研究计划)研究表明,0.5%的残余溶剂会导致沥青黏度下降50%。因此,研究者对矿粉、三氯乙烯等残留物的影响以及2种回收方法进行了大量基础性研究工作,本文将对老化沥青抽提回收近年来的研究进展进行阐述。

老化沥青抽提研究

抽提方法

美国ASTMD2172试验规程中规定了4种沥青混合料抽提方法(方法A~D):方法A为离心抽提,方法B为回流抽提,方法C是真空抽提,方法D是回收抽提的变法[4],设备如图1所示。其中离心抽提法和回流抽提法最为常用,且离心抽提法采用冷溶剂操作,避免了加热导致沥青的二次老化,优于采用热溶剂的回流方法。中国规范主要是参照ASTM和日本道路协会铺装试验方法,只规定了离心抽提法,且研究数据较少。离心抽提法设备相对简单经济,在中国的工地实验室中被大规模采用,但由于采用冷溶剂,导致沥青无法完全从集料中抽提出来,降低了沥青质量分数(0.1%~0.5%)。残留的沥青(即被集料所吸收的沥青部分)会使回收沥青性质发生显著变化,影响程度依赖于残留沥青的黏度。此外,采用离心抽提法通常会在沥青回收溶液中残留少量的矿粉,进而影响回收沥青的性能。因此,对废旧混合料抽提方法尚需进行系统的对比分析研究,提出适合中国国情的试验方法。

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残留矿粉的影响

为研究残留矿粉对回收沥青性能的影响规律,提出解决方案,侯睿在70#沥青中掺入不同比例的矿粉,分析了矿粉对沥青三大指标的影响规律,认为矿粉掺量小于1%时,对沥青性能影响不大;马涛在SBS改性沥青中掺入0.5%~10%的矿粉,研究了矿粉掺量对原样SBS改性沥青三大指标的影响,建议SBS改性沥青的残留矿粉含量应严格控制在0.5%以内[5-6]。


其他道路工作者还对去除矿粉的方法进行了多方面的研究,如蒋育红等人建议采用自然沉淀法,将回收溶液静置24h后,取上部溶液进行回收,所需时间较长,且难以有效分离。耿九光[7]利用非匀相体系沉降分离原理,认为采用7000g离心加速度分离30min后能有效除去矿粉。

残留三氯乙烯的影响

美国在抽提回收中使用的溶剂较多,主要有三氯乙烯、二氯甲烷、甲苯、三氯乙烷、含有15%乙醇的三氯乙烯等[9~12],其中以三氯乙烯应用最广泛。考虑到溶解性、安全性和毒性,国内也以三氯乙烯为主,其他溶剂使用较少。阿布森法和旋转蒸发器法均受环境温度、沥青类型等因素的影响,难以有效判断蒸馏回收的终点,极易在回收沥青中残留三氯乙烯,影响回收沥青性能。侯睿研究表明,即使很小比例的三氯乙烯都会对70#沥青的三大指标产生显著的影响;相关研究表明,三氯乙烯对SBS改性沥青影响显著,必须确保将三氯乙烯含量不高于0.2%才能准确测定沥青性能。因此,确保回收过程中将三氯乙烯蒸馏干净,准确判定回收结束点是评价回收沥青性能的关键。

老化沥青回收研究

中国规范也给出了阿布森法和旋转蒸发器法这2种方法,但基本上是参照美国规范,缺乏实际应用经验。国外研究表明,阿布森法高温加热时间过长,难以判断回收结束点,可能造成沥青老化或在回收沥青中残余较多的三氯乙烯,显著减少沥青劲度,而旋转蒸发器法加热温度较低、残留溶剂较少,在近年逐渐成为主要的方法[13-15]。美国在SHRP计划中开发了一种全新的抽提和回收方法(AASHTOTP2),这种方法是在旋转蒸发器的基础上进行改进,一定程度上克服了前2种方法的不足,提高了试验数据稳定性和准确性,但国内尚没有该进口设备的报道。

阿布森法

阿布森法采用CO2作保护气体,在155℃~165℃下常压蒸馏去除三氯乙烯溶剂,得到回收沥青。由于该方法仪器设备简单,从1933年以来,一直是实验室最常用的回收方法,并经过了不断的完善,在世界范围内应用最为广泛。它主要存在以下问题:通入CO2会加热不均匀;多次试验结果波动性较大;残留较多三氯乙烯溶剂;高温蒸馏时间过长,可能导致沥青二次老化。


左贵宁[16]提出了加大CO2通气量、确定最佳后续加热时间等改进方法。邹桂莲[17]采用3种溶剂,通过空白沥青标定、控制回收溶液浓度、改善加热方式以及确定恒温持续加热时间等关键技术参数,对阿布森法进行了改进。高晓燕[18]通过对普通沥青和改性沥青进行研究,给出了CO2通气量、蒸馏结束条件等关键参数。


国内目前研究仍然偏少,且大多针对原样沥青,改性沥青是否适用于使用若干年限后路面回收沥青不得而知,且阿布森法回收时间较长,操作困难,不适用工程项目大规模试验的需求。

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旋转蒸发器法

旋转蒸发器法通过真空减压,使整个回收系统形成负压,降低三氯乙烯的沸点,可在较低温度下最大限度地去除三氯乙烯,缩短高温蒸馏时间,容易控制且数据稳定。从20世纪70年代开始,该方法逐渐被各实验室所采用,如图3所示;但由于应用时间较短,加热温度、真空条件、蒸馏时间、转速和空气流速等回收参数尚未形成统一的标准,仍存在回收沥青老化严重或回收不净的现象。


中国规范与ASTM  D5404在溶剂、蒸馏温度、真空度、CO2流量等方面都有较大的差别。樊亮[19]对加热温度、真空度和水浴条件等参数进行了优化设置,提出了适用于70#沥青的回收参数,且认为该法不适用SBS改性沥青。李炎炎[20]对真空度、油浴初始加热温度、高温加热温度和加热时间进行了研究,提出了适用于普通沥青的回收参数。周水文[21]针对目前旋转蒸发器法大都采用时间控制的问题,提出采用现象时间控制法的回收参数,并对不同来源、不同老化程度沥青进行了试验验证。


目前,对于普通沥青回收,各试验积累了较多的空白回收数据,其中现象时间控制法具有较好的适用性,通过了不同来源、不同老化程度沥青的验证;但沥青使用环境复杂,且缺乏路面新建时沥青性能数据,回收参数的适用性仍需继续研究。此外,对于SBS改性沥青回收,国内外尚没有较好的解决方法,这是中国近年新修建道路将面临的再生技术瓶颈。

结语

(1)国内规范只给出了沥青回收的离心法,相关规定基本上参照国外,缺乏对老化沥青混合料抽提方法适用性的研究,导致抽提方法单一,难以满足复杂使用环境下再生技术的需求。


(2)对矿粉、三氯乙烯残留物对回收沥青性能影响的研究获得了丰硕的成果,但大多针对单一品牌的原样沥青,旧路面回收材料沥青来源多样、老化程度不一,目前研究成果不能有效指导老化沥青的抽提回收,需要进行相关研究。

    

(3)阿布森法操作难度大,旋转蒸发器法回收参数多,目前研究主要针对空白沥青回收试验,达到了预期效果,但缺乏实际工程的验证,且对SBS改性沥青回收缺乏有效手段,是亟待攻克的技术难题。


标签:技术中心再生沥青
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