熊劍平+李楊+喻崢嶸

摘 要：為了研究瀝青回收料（RAP）在廠拌熱再生過程中舊瀝青轉(zhuǎn)移程度的室內(nèi)評價方法，基于舊瀝青再生率指標提出了舊瀝青轉(zhuǎn)移量的測定方法，并通過設(shè)計舊瀝青轉(zhuǎn)移程度試驗，采用正交試驗設(shè)計法對比分析了RAP預(yù)熱溫度、拌和時間、拌和溫度等拌和參數(shù)對舊瀝青再生率的影響程度。結(jié)果表明：攪拌時間對舊瀝青再生率的影響最大，RAP預(yù)熱溫度次之，攪拌溫度最??；協(xié)調(diào)控制幾個拌和因素，可最大程度地提高舊瀝青的再生率。

關(guān)鍵詞：廠拌熱再生；轉(zhuǎn)移程度；再生率；拌和參數(shù)

中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：B

文章編號：1000-033X（2016）05-0035-04

Abstract： In order to study the evaluation method of transfer degree of the reclaimed asphalt pavement （RAP） in the process of plant mix regeneration， a method for existing asphalt transfer measurement was proposed based on regeneration rate. The impact of preheating temperature of RAP， mixing time and mixing temperature on the regeneration rate was evaluated by orthogonal test. The results show that the mixing time exerts the most influence on regeneration rate， followed by RAP preheating temperature and mixing temperature. The regeneration rate could be improved as high as possible when the influencing factors are coordinated.

Key words： plant mix regeneration； transfer degree； regeneration rate； mixing parameter

0 引 言

在瀝青回收料（RAP）的廠拌熱再生過程中，新舊瀝青接觸后將發(fā)生擴散和融合，使得舊瀝青因得以補充軟瀝青質(zhì)而軟化，舊瀝青在某種程度上起到了一定的膠結(jié)料作用，但新舊瀝青之間的融合并沒有達到100%[1]。NCHRP（美國公路合作研究組織）的研究報告指出，再生混合料中RAP表面形成了具有2層膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，外層是新舊瀝青混溶形成的調(diào)和瀝青，而內(nèi)層仍是一部分未滲透混溶的老化瀝青。

瀝青是一種成分十分復(fù)雜的混合物，與其他物質(zhì)擴散、混溶的過程很難準確觀測。老化瀝青以一層瀝青膜的形式裹覆在RAP外層，如果新舊瀝青混溶不完全，會導致RAP外的瀝青膜較厚，而新集料外的瀝青膜較薄，從而影響到再生混合料的穩(wěn)定性和耐久性。

國內(nèi)外已有學者開展了有關(guān)新舊瀝青之間轉(zhuǎn)移特征的研究。Druta利用CT掃描技術(shù)分析了新舊瀝青的擴散和混溶，分別向新舊瀝青中添加25%的金屬粉末，所拍攝的圖片清晰地顯示出舊瀝青部分與新瀝青部分發(fā)生了混溶。Navaro將新瀝青和RAP材料在不同拌和溫度和拌和時間下制備再生瀝青混合料，采用紫外/環(huán)境光顯微圖像自動分析法和分階段溶劑抽提法研究新舊瀝青的混溶。李進等人在研究再生劑與老化瀝青之間的滲透過程時，采用修正的Flory-Huggins方程計算混合自由能，并由此對再生劑滲透到老化瀝青中的程度進行判斷[2]。楊毅文等人在研究老化瀝青與新瀝青、再生劑的混溶機理時，以對流傳質(zhì)理論的分析為基礎(chǔ)，提出了一種能夠模擬實際再生工藝條件的老化瀝青再生率檢測方法[3]。

目前，國內(nèi)外對于RAP廠拌熱再生過程中舊瀝青轉(zhuǎn)移特征的研究，大多基于對新舊瀝青混溶現(xiàn)象的驗證，對實際生產(chǎn)時拌和參數(shù)對舊瀝青轉(zhuǎn)移程度影響的研究很少。本文結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果，提出室內(nèi)測定舊瀝青轉(zhuǎn)移量的試驗方法，并通過正交試驗設(shè)計，分析RAP預(yù)熱溫度、拌和時間、拌和溫度這3個關(guān)鍵拌和參數(shù)對舊瀝青再生率的影響，從而驗證舊瀝青再生率對評價舊瀝青轉(zhuǎn)移特征的合理性，為實際工程應(yīng)用提供參考。

1 原材料

試驗采用粒徑分別為9.5 mm和2.36 mm的石灰?guī)r集料，采用的礦粉為石灰石粉，舊瀝青分別采用旋轉(zhuǎn)薄膜試驗（RTFOT）老化360 min后的昆侖金鹿牌SBS I-C型改性瀝青，新瀝青采用殼牌90#基質(zhì)瀝青。瀝青、礦料的各項物理力學性能指標均滿足規(guī)范[4-5]要求。

2 試驗設(shè)計

將拌和過程中參與再生的舊瀝青質(zhì)量與原舊瀝青總質(zhì)量之比定義為舊瀝青再生率p，p可以作為舊瀝青轉(zhuǎn)移程度的一個量化指標。為研究拌和過程中舊瀝青轉(zhuǎn)移程度，設(shè)計如下試驗。

使用的試驗儀器主要為瀝青混合料拌和鍋、烘箱、電子天平以及礦粉過濾裝置。其中瀝青混合料拌和鍋、電子天平、烘箱是較為常用的儀器，而礦粉過濾裝置則是由

改造后的瀝青混合料理論最大相對密度試驗中的真空負壓裝置，加上橡膠軟管、抽濾瓶、分液漏斗、定量濾紙、玻璃棒及燒杯構(gòu)成。采用2個抽濾瓶進行試驗，可以充分利用裝置提升單位時間內(nèi)的濾液過濾量，進一步提高過濾效率。具體裝置如圖1所示。

圖1 礦粉過濾裝置

試驗的主要步驟如下。

（1）首先計算老化瀝青用量，拌制人工RAP所需要的瀝青的用量按規(guī)范中瀝青油膜厚度的統(tǒng)一計算方法計算，鑒于采用24 μm油膜厚度時拌和出來的效果較好，因此這里均采用24 μm的瀝青膜厚度作為人工RAP模擬的厚度。計算好所需要的老化瀝青用量后，將其加熱到流動狀態(tài)并倒入到燒杯中，記錄好相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）將500 g預(yù)熱好的2.36 mm粒徑的集料放入拌和鍋，加入老化瀝青，按照1∶1的粉膠比，算出相應(yīng)的礦粉質(zhì)量，將礦粉加入到瀝青中進行攪拌，此時得到的就是人工模擬的RAP，在稱取礦粉的時候，采用2次四分法，務(wù)求所取礦料均勻。

（3）將500 g預(yù)熱好的9.5 mm粒徑的集料放入拌和鍋，再加入預(yù)熱好的與老化瀝青質(zhì)量相等的新瀝青進行拌和。拌和完成后，待溫度降至手可接觸時，將2種不同粒徑的石料分開，分別稱取質(zhì)量。

（4）對9.5 mm粒徑的集料加入足量的三濾乙烯進行溶解，靜置一段時間后，等到集料外層瀝青完全溶解于三濾乙烯中，將集料過濾出去，保存濾液。將濾紙折疊好后插入分液漏斗中，將需要過濾的溶液沿著傾斜的玻璃棒導入分液漏斗，注意不要使溶液超過濾紙上邊緣。

（5）開啟真空泵，試驗過程中注意添加溶液；試驗進行到一定程度時，可以換一張濾紙；當燒杯中的溶液較少時，繼續(xù)加入新的三氯乙烯，直至剩下的礦粉及溶液呈現(xiàn)出淡黃色或無色，說明此時瀝青已經(jīng)充分溶解。

（6）當溶液已過濾完成，關(guān)閉真空泵，將濾紙收集到坩堝中。將燒杯中剩余的少量溶液及礦粉放入100 ℃烘箱中進行烘干，烘干后用毛刷將礦粉刷入坩堝中。

濾紙在試驗前要稱好質(zhì)量，過濾試驗完成后，放入坩堝中烘干，記錄過濾礦粉的質(zhì)量m1，該質(zhì)量由式（1）計算。瀝青的轉(zhuǎn)移量m2由式（2）計算。老化瀝青的再生率p由式（3）計算。

（7）按照公式計算試驗結(jié)果并匯總。

3 拌和參數(shù)對舊瀝青再生率的影響

3.1 RAP預(yù)熱溫度

為了探究RAP預(yù)熱溫度對舊瀝青再生率的影響，分別選取25 ℃、80 ℃以及120 ℃三個溫度對拌和后的人工RAP進行預(yù)熱。拌和順序為：RAP與新瀝青拌和90 s，再加入新集料拌和90 s，拌和溫度為180 ℃。具體數(shù)據(jù)見表1。

分析表1可知，舊瀝青的再生率隨著RAP預(yù)熱溫度的升高而逐漸增加。在25 ℃時，舊瀝青再生率較低，只有33.3%；當預(yù)熱溫度大幅度提升至120 ℃時，舊瀝青再生率大幅提高到52.7%，增幅達到20%左右，效果十分明顯。這是因為瀝青在不同溫度狀態(tài)下具有不同的特性：當RAP的預(yù)熱溫度較低，外層的舊瀝青較硬，粘度較高，在拌和過程中無法很好地轉(zhuǎn)移、混溶；當RAP的預(yù)熱溫度提高，外層的舊瀝青逐漸變軟，在拌和過程中更容易與新集料、礦粉充分反應(yīng)。

3.2 攪拌時間

《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：廠拌熱再生混合料在使用間歇式拌和設(shè)備時，干拌時間需比普通熱拌瀝青混合料延長5～10 s，總拌和時間比普通熱拌瀝青混合料延長15 s左右。這主要是考慮到新舊混合料的均勻拌和，并未充分考慮其對瀝青再生率的影響。而為了明確攪拌時間對舊瀝青再生率的影響，選取RAP預(yù)熱溫度為120 ℃，拌和溫度為180 ℃，攪拌時間分別為60 s、90 s、180 s。試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

分析表2可知，延長攪拌時間能夠有效提高RAP中舊瀝青的再生率。正常的熱拌瀝青混合料時間是90 s，在這個拌和時間下，RAP中的舊瀝青再生率達到52.7%；當拌和時間增加1倍后，舊瀝青再生率提高至76%；而當攪拌時間縮短至60 s的時候，由于攪拌時間過短不利于瀝青薄膜的充分形成，降低了瀝青與集料表面的吸附作用，舊瀝青再生率相應(yīng)降至44.1%。相關(guān)研究表明，攪拌機械功是促使新舊瀝青充分混溶的有效手段，延長機械攪拌時間，能夠使不同粒徑的混合料之間充分接觸，攪拌更為均勻，同時借助機械攪拌力的作用，新舊瀝青之間的作用程度也會更深，從舊瀝青轉(zhuǎn)移量來看，轉(zhuǎn)移到新集料上的有效瀝青量也會更多。

3.3 攪拌溫度

廠拌熱再生的RAP混合料的生產(chǎn)溫度一般是根據(jù)拌和設(shè)備的加熱干燥能力、RAP的含水率、再生混合料的級配以及新瀝青的粘溫曲線等綜合確定，以不加劇RAP的再老化、降低能耗和可生產(chǎn)出均勻穩(wěn)定的瀝青混合料為原則。為了探究攪拌溫度對舊瀝青再生率的影響，選取RAP預(yù)熱溫度為120 ℃，拌和時間為90 s，攪拌溫度分別為130 ℃、160 ℃、180 ℃。試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

分析可知，舊瀝青的再生率隨著攪拌溫度的增加而增大：當攪拌溫度為130 ℃時，舊瀝青再生率為39.1%；當溫度升高30 ℃時，再生率再提高13.6%，超過了50%；而當溫度升高至180 ℃時，再生率提升至65.9%。攪拌溫度的提升明顯改善了舊瀝青的再生率，這是因為溫度的變化對擴散效能產(chǎn)生了顯著的影響，改變了瀝青的粘度，從而改變了其狀態(tài)（由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)），這種改變的效果遠遠大于布朗運動的作用效果，導致在較高的環(huán)境溫度下，新瀝青能夠充分擴散到舊瀝青中并與之混溶，另一方面舊瀝青也更容易轉(zhuǎn)移到新集料中去，使得舊瀝青的轉(zhuǎn)移量增大。

3.4 各因素作用程度對比

為了探究不同拌和條件對舊瀝青再生率的影響程度，采用正交試驗方法，即選用RAP預(yù)熱溫度、攪拌時間以及攪拌溫度3個影響因素，每個因素選取3個水平。其中考慮攪拌時間與攪拌溫度之間可能產(chǎn)生的交互作用，單獨選取一列進行分析。選用正交表L9（34），正交試驗設(shè)計方案如表4所示。

采用老化改性瀝青進行正交試驗，以舊瀝青再生率作為結(jié)果指標，具體試驗結(jié)果如表5、6所示。

根據(jù)各因素極差R值的大小進行排列，可見T>C0>C>T×C。這說明攪拌時間是最主要的影響因素，RAP預(yù)熱溫度以及攪拌溫度次之，而攪拌時間與攪拌溫度之間的交互作用很小，基本可以忽略。

4 結(jié) 語

本文基于相同的拌和順序比較了3種拌和參數(shù)對舊瀝青再生率的影響程度，得出如下結(jié)論。

（1）單因素拌和參數(shù)影響試驗的定量分析結(jié)果表明，提高RAP的預(yù)熱溫度、延長攪拌時間、提高拌和溫度均能有效提高舊瀝青再生率。通過正交試驗進一步對比這3種參數(shù)對舊瀝青再生率影響的程度可知，攪拌時間對舊瀝青再生率影響最大，RAP預(yù)熱溫度次之，攪拌溫度最小，而攪拌溫度和攪拌時間的交互作用較小。

（2）控制單一影響因素能夠較大幅度提升舊瀝青的再生率，所以在實際工程應(yīng)用中，注意這幾方面條件的協(xié)調(diào)配合，可最大幅度提高舊瀝青再生率。

參考文獻：

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[2] 李 進.瀝青再生劑擴散行為及其影響因素研究[D].青島：中國石油大學，2010.

[3] 楊毅文，馬 濤，卞國劍，等.老化瀝青熱再生有效再生率檢測方法[J].建筑材料學報，2011，14（3）：418-422.

[4] JTG F41—2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[責任編輯：杜衛(wèi)華]