沈 嫻，柯云斌，董洪君，李岳淼，劉 浩

（1.臺(tái)州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350000）

0 引言

瀝青路面因具有行駛舒適、噪聲低、易于維修等優(yōu)點(diǎn)，在公路建設(shè)中所占的比重越來(lái)越高［1-2］。然而，隨著瀝青在服役過(guò)程中逐漸老化，性能顯著下降，導(dǎo)致其不能滿足服役要求［3-4］。瀝青回收成為了處理廢舊瀝青，制造再生瀝青的主要途徑。目前國(guó)內(nèi)對(duì)瀝青回收方法的研究較少，所采用回收方法主要參照美國(guó)ASTM和日本道路協(xié)會(huì)鋪裝試驗(yàn)法的規(guī)定［5-7］。雖然部分學(xué)者提出了再生瀝青回收處理技術(shù)的改進(jìn)辦法，但由于地域差異、回收瀝青路面材料現(xiàn)狀差異、試驗(yàn)條件受限等因素，改進(jìn)辦法并沒(méi)有形成共識(shí)并得到推廣［8-9］。我國(guó)所采用的回收瀝青方法，主要還是參照規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）［10］進(jìn)行。但是，這種回收方法仍然存在著一些問(wèn)題，其中三氯乙烯作為瀝青回收溶劑，按照規(guī)范方法難以徹底去除，而礦粉作為瀝青混合料中的主要成分之一，在回收瀝青中仍然大量存在，對(duì)回收瀝青的性能產(chǎn)生了不利的影響［11-12］。因此，探明三氯乙烯和礦粉對(duì)瀝青性能的影響規(guī)律，消除回收瀝青中的三氯乙烯和礦粉殘留，有利于獲得高品質(zhì)的回收瀝青。

本文通過(guò)探究不同摻量的三氯乙烯和礦粉對(duì)瀝青物理性能的影響，依據(jù)三氯乙烯蒸發(fā)特性和礦粉在離心抽提溶液中的沉淀特性，提出了減少回收瀝青中的三氯乙烯和礦粉殘留的回收工藝。

1 材料與方法

采用三氯乙烯和礦粉對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，探究瀝青回收過(guò)程中三氯乙烯和礦粉殘留對(duì)瀝青性能的影響和作用機(jī)理，以此來(lái)設(shè)計(jì)去除三氯乙烯和礦粉的改進(jìn)方法，具體流程如圖1所示。

圖1 改進(jìn)方法的設(shè)計(jì)流程

1.1 試驗(yàn)材料

采用70號(hào)A級(jí)瀝青，其基本參數(shù)如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青基礎(chǔ)性能

1.2 改性瀝青的制備

將不同摻量的三氯乙烯和礦粉置于瀝青中攪拌均勻，采用高速剪切機(jī)在160℃的條件下以2000 r/min的轉(zhuǎn)速剪切30 min，制備出含有不同三氯乙烯和礦粉摻量的瀝青試樣。隨后，將制備好的改性瀝青制模冷卻，用以后續(xù)的性能測(cè)試。

1.3 物理性能測(cè)試

根據(jù)JTG E20-2011瀝青試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，采用SD-0604型瀝青針入度儀、SD-0605A型瀝青延度儀和SD-0606T型瀝青軟化點(diǎn)儀，分別對(duì)不同三氯乙烯含量和不同礦粉含量的瀝青樣品進(jìn)行物理性能測(cè)試。

1.4 瀝青回收工藝提升技術(shù)

采用提高加熱溫度、延長(zhǎng)加熱時(shí)間的方式去除殘留三氯乙烯，減小回收過(guò)程中的三氯乙烯溶劑殘留對(duì)回收瀝青性能的影響；采用高速離心機(jī)（如圖2所示）除去回收瀝青中殘留礦粉，減小回收瀝青中礦粉殘留物對(duì)其性能的影響。如表2所示，在15 min離心分離時(shí)間下，離心轉(zhuǎn)速越大，去除殘留礦粉的效果越好。因此，本試驗(yàn)提高離心轉(zhuǎn)速至6000 r/min，不僅可以降低離心分離時(shí)間，還可以獲得更好的離心分離效果。

表2 離心分離轉(zhuǎn)速對(duì)除去殘留礦粉效果的影響

圖2 臺(tái)式高速離心機(jī)

2 結(jié)果與討論

2.1 三氯乙烯殘留對(duì)回收瀝青物理性能的影響及其改善措施

不同含量三氯乙烯對(duì)瀝青的軟化點(diǎn)、針入度、延度的影響如圖3所示。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：三氯乙烯對(duì)瀝青物理性能影響顯著。特別是當(dāng)摻加的三氯乙烯含量超過(guò)0.5%時(shí)，瀝青軟化點(diǎn)迅速降低，而針入度和延度迅速上升，瀝青變軟，瀝青的高溫性能顯著下降。這是因?yàn)槿纫蚁橐簯B(tài)，加入到瀝青中，起到了類似增塑劑的作用，能夠增大瀝青分子之間的間距，減小瀝青分子之間的纏繞、摩擦、吸引等作用，導(dǎo)致瀝青分子在高溫區(qū)域更容易發(fā)生滑移、解纏現(xiàn)象，宏觀現(xiàn)象即表現(xiàn)為更小的軟化點(diǎn)和更大的低溫延度。而瀝青的稠度降低，針入度增大，則是因?yàn)槿纫蚁┤軇┑拇嬖趯?duì)瀝青起到了稀釋作用。因此，三氯乙烯的存在會(huì)影響瀝青的性能，尤其是高溫性能。

圖3 三氯乙烯殘留量對(duì)瀝青性能的影響

為了降低三氯乙烯殘留對(duì)瀝青性能的影響，可通過(guò)提高溫度以蒸發(fā)瀝青樣品中的三氯乙烯。圖4為摻有三氯乙烯的瀝青分別在135℃和165℃溫度下加熱不同時(shí)間后，三氯乙烯的揮發(fā)損失情況。從圖中可以看出，隨著加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，三氯乙烯的揮發(fā)率也逐漸增加。試驗(yàn)結(jié)果表明：提高加熱溫度和延長(zhǎng)加熱時(shí)間可以有效消除三氯乙烯的殘留對(duì)瀝青性能的影響。

圖4 不同加熱溫度下三氯乙烯揮發(fā)損失率隨時(shí)間的變化規(guī)律

表3反映了在165℃的條件下延長(zhǎng)加熱時(shí)間后回收瀝青材料的性能指標(biāo)情況。從表中可以看出，在原規(guī)定的5 min的后續(xù)加熱時(shí)間內(nèi)，所獲得的回收瀝青性能與原料瀝青性能相差較大，但隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，回收瀝青的性能逐漸趨近于原瀝青。當(dāng)后續(xù)加熱時(shí)間延長(zhǎng)至30 min時(shí)，回收瀝青的性能與原瀝青基本一致?？墒抢^續(xù)延長(zhǎng)加熱時(shí)間后，瀝青發(fā)生老化，表現(xiàn)出硬化的特性，這使得回收瀝青的性能再次偏離原瀝青性能。因此，在該加熱溫度下（即165℃），后續(xù)加熱時(shí)間應(yīng)控制在30 min。

表3 不同后續(xù)加熱時(shí)間下回收瀝青的性能

2.2 礦粉殘留對(duì)回收瀝青性能的影響及其改進(jìn)措施

回收瀝青中殘留的礦粉對(duì)其性能會(huì)造成一定程度的影響。從圖5中可以看出，隨著礦粉含量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)升高，針入度和延度下降。這是因?yàn)榈V粉是由無(wú)機(jī)礦物粒子構(gòu)成的，加入到瀝青中，會(huì)增加瀝青的剛性成分，使得瀝青變硬，流動(dòng)性變差。此外，延度的降低是因?yàn)樵跒r青延度測(cè)試過(guò)程中，無(wú)機(jī)粒子組成的礦粉影響了瀝青分子在拉伸方向上的定向舒展、排列，并在無(wú)機(jī)粒子處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致瀝青在該位置更容易發(fā)生拉伸斷裂。如果礦粉發(fā)生團(tuán)聚、沉降，瀝青延度下降則會(huì)更為明顯。從圖中還可以看出，瀝青延度對(duì)礦粉含量的敏感性要遠(yuǎn)高于軟化點(diǎn)和針入度。這說(shuō)明，回收瀝青中殘留礦粉的主要危害是顯著降低了瀝青的變形能力，增大了瀝青的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)圖5的規(guī)律可以得出，當(dāng)?shù)V粉的殘留量在1%以內(nèi)時(shí)，瀝青延度所受影響較小，其變形能力惡化也較為輕微。

圖5 不同礦粉摻量的瀝青性能

殘留礦粉的沉降程度與沉降時(shí)間成正比，因此在固定的離心轉(zhuǎn)速下，離心分離時(shí)間越長(zhǎng)，沉降的程度越高。圖6中柱形圖表示摻有礦粉的基質(zhì)瀝青（由10 g瀝青與10 g礦粉混合而成）溶液在轉(zhuǎn)速為6000 r/min的離心分離機(jī)中分離不同時(shí)間后，上層4/5高度和下層1/5高度的溶液中殘留礦粉的質(zhì)量，線形圖表示了上層4/5高度的溶液中含有殘留礦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。從圖中可以看出，在6000 r/min的離心轉(zhuǎn)數(shù)下，隨著離心時(shí)間的增加，溶液中的礦粉粒子逐漸分離下沉，上層礦粉含量逐漸減少。根據(jù)上層殘留礦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線可以看出，當(dāng)離心分離時(shí)間超過(guò)12 min時(shí)，礦粉殘留量低于1%。從礦粉殘留對(duì)回收瀝青性能影響的結(jié)果可知，當(dāng)?shù)V粉殘留量低于1%時(shí)，其對(duì)瀝青性能的影響較小。因此，采用高速離心分離機(jī)以6000 r/min的轉(zhuǎn)速下分離12 min以上時(shí)，可明顯弱化殘留礦粉的影響；當(dāng)分離時(shí)間達(dá)到18 min時(shí)，殘留礦粉產(chǎn)生的影響幾乎被完全消除。

圖6 不同高速離心分離時(shí)間后殘留礦粉含量

如圖7所示，對(duì)含有殘留礦粉的瀝青進(jìn)行高速離心后，瀝青的延度明顯增大，且隨著高速離心時(shí)間的延長(zhǎng)，這種現(xiàn)象也變得更為明顯。當(dāng)高速離心處理的時(shí)間達(dá)到12 min后，樣品的延度已經(jīng)非常接近基質(zhì)瀝青；當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到18 min后，樣品的延度幾乎和基質(zhì)瀝青完全相同。這一結(jié)果和上述的結(jié)論是一致的。

圖7 不同高速離心時(shí)間條件下回收瀝青的延度

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)三氯乙烯溶劑殘留和礦粉殘留對(duì)瀝青性能的影響進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，提出了消除瀝青回收過(guò)程中三氯乙烯和礦粉殘留的方法，主要結(jié)論如下：

（1）三氯乙烯溶劑殘留對(duì)回收瀝青性能的影響十分顯著。在三氯乙烯作用下，瀝青軟化點(diǎn)下降，針入度和延度上升，瀝青變軟且稠度降低，高溫性能顯著下降。

（2）通過(guò)提高加熱溫度和延長(zhǎng)加熱時(shí)間以減少回收瀝青中三氯乙烯的殘留。隨著加熱溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，瀝青中的三氯乙烯揮發(fā)損失率明顯增加，三氯乙烯對(duì)瀝青高溫性能的損害顯著降低。

（3）通過(guò)高速離心法有效減少了回收瀝青中的殘留礦粉，使其對(duì)回收瀝青性能的影響得到改進(jìn)。