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老化瀝青抽提回收研究進展
2019年06月26日    閱讀量:40316    新聞來源: 瀝青路面  |  投稿

摘 要

老化瀝青抽提回收是準確評價老化瀝青性能的前提,也是后續進行再生混合料配合比設計的基礎。廢舊瀝青混合料抽提方法包括離心分離法、回流抽提法和真空抽提法等,其中離心抽提應用最為廣泛。研究者對礦粉、三氯乙烯等殘留物的影響以及2種回收方法進行了大量基礎性研究工作,本文將對老化瀝青抽提回收近年來的研究進展進行闡述瀝青網sinoasphalt.com

關鍵詞

老化瀝青 | 抽取 | 回收


引言

老化瀝青抽提回收是準確評價老化瀝青性能的前提,也是后續進行再生混合料配合比設計的基礎。廢舊瀝青混合料抽提方法包括離心分離法、回流抽提法和真空抽提法等,其中離心抽提應用最為廣泛[1]。研究表明,離心分離法得到的瀝青回收溶液中會殘留少量礦粉,改變瀝青的物理性質,造成試驗結果不穩定[2]。文獻[3]提供了阿布森法和旋轉蒸發器法這2種從瀝青溶液中回收瀝青的方法,但2種方法均存在回收參數適應不強、瀝青中殘留三氯乙烯、軟化回收瀝青的問題。美國NCHRP(國家公路合作研究計劃)研究表明,0.5%的殘余溶劑會導致瀝青黏度下降50%。因此,研究者對礦粉、三氯乙烯等殘留物的影響以及2種回收方法進行了大量基礎性研究工作,本文將對老化瀝青抽提回收近年來的研究進展進行闡述。

老化瀝青抽提研究

抽提方法

美國ASTMD2172試驗規程中規定了4種瀝青混合料抽提方法(方法A~D):方法A為離心抽提,方法B為回流抽提,方法C是真空抽提,方法D是回收抽提的變法[4],設備如圖1所示。其中離心抽提法和回流抽提法最為常用,且離心抽提法采用冷溶劑操作,避免了加熱導致瀝青的二次老化,優于采用熱溶劑的回流方法。中國規范主要是參照ASTM和日本道路協會鋪裝試驗方法,只規定了離心抽提法,且研究數據較少。離心抽提法設備相對簡單經濟,在中國的工地實驗室中被大規模采用,但由于采用冷溶劑,導致瀝青無法完全從集料中抽提出來,降低了瀝青質量分數(0.1%~0.5%)。殘留的瀝青(即被集料所吸收的瀝青部分)會使回收瀝青性質發生顯著變化,影響程度依賴于殘留瀝青的黏度。此外,采用離心抽提法通常會在瀝青回收溶液中殘留少量的礦粉,進而影響回收瀝青的性能。因此,對廢舊混合料抽提方法尚需進行系統的對比分析研究,提出適合中國國情的試驗方法。

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殘留礦粉的影響

為研究殘留礦粉對回收瀝青性能的影響規律,提出解決方案,侯睿在70#瀝青中摻入不同比例的礦粉,分析了礦粉對瀝青三大指標的影響規律,認為礦粉摻量小于1%時,對瀝青性能影響不大;馬濤在SBS改性瀝青中摻入0.5%~10%的礦粉,研究了礦粉摻量對原樣SBS改性瀝青三大指標的影響,建議SBS改性瀝青的殘留礦粉含量應嚴格控制在0.5%以內[5-6]。


其他道路工作者還對去除礦粉的方法進行了多方面的研究,如蔣育紅等人建議采用自然沉淀法,將回收溶液靜置24h后,取上部溶液進行回收,所需時間較長,且難以有效分離。耿九光[7]利用非勻相體系沉降分離原理,認為采用7000g離心加速度分離30min后能有效除去礦粉。

殘留三氯乙烯的影響

美國在抽提回收中使用的溶劑較多,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],其中以三氯乙烯應用最廣泛。考慮到溶解性、安全性和毒性,國內也以三氯乙烯為主,其他溶劑使用較少。阿布森法和旋轉蒸發器法均受環境溫度、瀝青類型等因素的影響,難以有效判斷蒸餾回收的終點,極易在回收瀝青中殘留三氯乙烯,影響回收瀝青性能。侯睿研究表明,即使很小比例的三氯乙烯都會對70#瀝青的三大指標產生顯著的影響;相關研究表明,三氯乙烯對SBS改性瀝青影響顯著,必須確保將三氯乙烯含量不高于0.2%才能準確測定瀝青性能。因此,確保回收過程中將三氯乙烯蒸餾干凈,準確判定回收結束點是評價回收瀝青性能的關鍵。

老化瀝青回收研究

中國規范也給出了阿布森法和旋轉蒸發器法這2種方法,但基本上是參照美國規范,缺乏實際應用經驗。國外研究表明,阿布森法高溫加熱時間過長,難以判斷回收結束點,可能造成瀝青老化或在回收瀝青中殘余較多的三氯乙烯,顯著減少瀝青勁度,而旋轉蒸發器法加熱溫度較低、殘留溶劑較少,在近年逐漸成為主要的方法[13-15]。美國在SHRP計劃中開發了一種全新的抽提和回收方法(AASHTOTP2),這種方法是在旋轉蒸發器的基礎上進行改進,一定程度上克服了前2種方法的不足,提高了試驗數據穩定性和準確性,但國內尚沒有該進口設備的報道。

阿布森法

阿布森法采用CO2作保護氣體,在155℃~165℃下常壓蒸餾去除三氯乙烯溶劑,得到回收瀝青。由于該方法儀器設備簡單,從1933年以來,一直是實驗室最常用的回收方法,并經過了不斷的完善,在世界范圍內應用最為廣泛。它主要存在以下問題:通入CO2會加熱不均勻;多次試驗結果波動性較大;殘留較多三氯乙烯溶劑;高溫蒸餾時間過長,可能導致瀝青二次老化。


左貴寧[16]提出了加大CO2通氣量、確定最佳后續加熱時間等改進方法。鄒桂蓮[17]采用3種溶劑,通過空白瀝青標定、控制回收溶液濃度、改善加熱方式以及確定恒溫持續加熱時間等關鍵技術參數,對阿布森法進行了改進。高曉燕[18]通過對普通瀝青和改性瀝青進行研究,給出了CO2通氣量、蒸餾結束條件等關鍵參數。


國內目前研究仍然偏少,且大多針對原樣瀝青,改性瀝青是否適用于使用若干年限后路面回收瀝青不得而知,且阿布森法回收時間較長,操作困難,不適用工程項目大規模試驗的需求。

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旋轉蒸發器法

旋轉蒸發器法通過真空減壓,使整個回收系統形成負壓,降低三氯乙烯的沸點,可在較低溫度下最大限度地去除三氯乙烯,縮短高溫蒸餾時間,容易控制且數據穩定。從20世紀70年代開始,該方法逐漸被各實驗室所采用,如圖3所示;但由于應用時間較短,加熱溫度、真空條件、蒸餾時間、轉速和空氣流速等回收參數尚未形成統一的標準,仍存在回收瀝青老化嚴重或回收不凈的現象。


中國規范與ASTM  D5404在溶劑、蒸餾溫度、真空度、CO2流量等方面都有較大的差別。樊亮[19]對加熱溫度、真空度和水浴條件等參數進行了優化設置,提出了適用于70#瀝青的回收參數,且認為該法不適用SBS改性瀝青。李炎炎[20]對真空度、油浴初始加熱溫度、高溫加熱溫度和加熱時間進行了研究,提出了適用于普通瀝青的回收參數。周水文[21]針對目前旋轉蒸發器法大都采用時間控制的問題,提出采用現象時間控制法的回收參數,并對不同來源、不同老化程度瀝青進行了試驗驗證。


目前,對于普通瀝青回收,各試驗積累了較多的空白回收數據,其中現象時間控制法具有較好的適用性,通過了不同來源、不同老化程度瀝青的驗證;但瀝青使用環境復雜,且缺乏路面新建時瀝青性能數據,回收參數的適用性仍需繼續研究。此外,對于SBS改性瀝青回收,國內外尚沒有較好的解決方法,這是中國近年新修建道路將面臨的再生技術瓶頸。

結語

(1)國內規范只給出了瀝青回收的離心法,相關規定基本上參照國外,缺乏對老化瀝青混合料抽提方法適用性的研究,導致抽提方法單一,難以滿足復雜使用環境下再生技術的需求。


(2)對礦粉、三氯乙烯殘留物對回收瀝青性能影響的研究獲得了豐碩的成果,但大多針對單一品牌的原樣瀝青,舊路面回收材料瀝青來源多樣、老化程度不一,目前研究成果不能有效指導老化瀝青的抽提回收,需要進行相關研究。

    

(3)阿布森法操作難度大,旋轉蒸發器法回收參數多,目前研究主要針對空白瀝青回收試驗,達到了預期效果,但缺乏實際工程的驗證,且對SBS改性瀝青回收缺乏有效手段,是亟待攻克的技術難題。


標簽:技術中心再生瀝青
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