回收瀝青方法研究——蒸餾溫度和延遲時(shí)間

徐 靜，劉 杰，秦昌榮，洪錦祥，劉加平

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司 高性能土木工程材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；2.江蘇博特新材料有限公司，江蘇 南京 210008）

隨著瀝青再生技術(shù)的發(fā)展和大力推廣［1－4］，人們已能從瀝青路面或?yàn)r青混合料中回收瀝青.但是由于回收瀝青方法目前仍存在一定缺陷，因此回收瀝青中往往殘留礦粉和溶劑，并出現(xiàn)瀝青老化現(xiàn)象，而回收瀝青若不能呈現(xiàn)原瀝青的真實(shí)性能，則將給再生瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)帶來(lái)偏差，從而影響再生瀝青路面的服役性能和使用壽命.

本文采用三氯乙烯溶劑對(duì)原瀝青進(jìn)行溶解，然后按JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T 07269—2011瀝青回收方法（阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法）蒸餾回收瀝青，再對(duì)比分析回收瀝青與原瀝青基本性能、熱失重、流變性能和微觀結(jié)構(gòu)，考察阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法的不適宜之處，在此基礎(chǔ)上，對(duì)阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法作進(jìn)一步的改進(jìn).

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

原瀝青采用重交70號(hào)石油瀝青，并按照J(rèn)TG E 20—2011規(guī)程檢測(cè)其針入度、軟化點(diǎn)、15℃延度和135℃布什黏度，結(jié)果如表1所示.三氯乙烯，分析純，含量≥99.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）.

表1 原瀝青基本性能Table 1 Basic performance of original asphalt

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 瀝青回收

精確稱取100g原瀝青并置于燒瓶中，加入400g三氯乙烯將瀝青充分溶解，然后嚴(yán)格按照阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法蒸餾回收瀝青，即：向燒瓶中的溶液注入CO2氣體，同時(shí)升高油浴溫度，使燒瓶溫度預(yù)先升至165℃（預(yù)熱溫度）.當(dāng)三氯乙烯以滴狀蒸餾時(shí)，將CO2氣體流量增加到（1 400±50）mL／min，同時(shí)使燒瓶?jī)?nèi)的溫度保持為165℃（此即為蒸餾溫度），蒸餾回收瀝青.待三氯乙烯溶劑停止下滴后，繼續(xù)吹5min（此即為延遲時(shí)間）CO2，然后結(jié)束蒸餾.

將阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法中的預(yù)熱和蒸餾溫度都降低至135℃，延遲時(shí)間增加至1，2，4，8h，然后回收瀝青.

1.2.2 回收瀝青基本性能測(cè)試

將蒸餾所得的熱瀝青注入相應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)＞邇?nèi)，成型后按JTG E 20—2011規(guī)程測(cè)試回收瀝青針入度、軟化點(diǎn)、15℃延度和135℃布什黏度.為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，每種性能進(jìn)行了3次重復(fù)測(cè)試試驗(yàn)，然后取平均值.

1.2.3 紅外光譜分析

采用三氯乙烯將原瀝青或回收瀝青溶解（三氯乙烯與瀝青質(zhì)量比為10∶1），再將溶液涂覆于檢測(cè)膜上，用吹風(fēng)機(jī)吹干至三氯乙烯完全揮發(fā)，然后置于AVATAR 370型紅外光譜儀內(nèi)進(jìn)行紅外光譜分析.

1.2.4 熱失重分析

取5mg左右原瀝青或回收瀝青置于SDTQ600型DSC－TG 分析儀內(nèi)檢測(cè)，升溫速率為10℃／min.

1.2.5 流變性能測(cè)試

參照J(rèn)TG E 20—2011規(guī)程中T 0628－2011法，采用AR1500ex型動(dòng)態(tài)剪切流變儀檢測(cè)原瀝青或回收瀝青的流變特性，檢測(cè)頻率為1.595 745Hz，試驗(yàn)溫度范圍為46～70℃，間隔溫度為6℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法存在的問(wèn)題

按阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青針入度、軟化點(diǎn)、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

表2 回收瀝青基本性能Table 2 Basic performance of recycled asphalt

對(duì)比表2 和表1 可見(jiàn)：（1）原瀝青的針入度為6.357mm，而回收瀝青的針入度達(dá)到10.350mm，這主要是殘留的三氯乙烯導(dǎo)致回收瀝青軟化所引起的；（2）原瀝青的軟化點(diǎn)為47.95℃，而回收瀝青的軟化點(diǎn)為46.95℃，這仍然是殘留的三氯乙烯導(dǎo)致回收瀝青軟化所引起的；（3）原瀝青15℃延度＞150cm，而回收瀝青15 ℃延度僅為78.15cm，這表明回收瀝青發(fā)生了老化；（4）回收瀝青135℃布什黏度較原瀝青有一定程度的提高.綜上所述，阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法存在一定的缺陷.采用該方法回收的瀝青不僅殘留了三氯乙烯，同時(shí)還有一定程度的老化，因此應(yīng)對(duì)阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn).

2.2 阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法的改進(jìn)

通過(guò)分析阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法，認(rèn)為其蒸餾溫度過(guò)高導(dǎo)致了瀝青發(fā)生老化，延遲時(shí)間不足導(dǎo)致了三氯乙烯的殘留，因此應(yīng)適當(dāng)降低蒸餾溫度并增加延遲時(shí)間.一般認(rèn)為瀝青在130～135℃時(shí)具有較好的流動(dòng)性且不易出現(xiàn)老化［5］，因此選擇蒸餾溫度為135℃，延遲時(shí)間為1，2，4，8h.按改進(jìn)阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青針入度、軟化點(diǎn)、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

由表2可見(jiàn)：（1）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為1，2h時(shí)，回收瀝青針入度、軟化點(diǎn)、15℃延度和135℃布氏黏度與原瀝青基本一致，可見(jiàn)在該蒸餾溫度和延遲時(shí)間下，回收瀝青中基本無(wú)三氯乙烯殘留，且瀝青未出現(xiàn)老化現(xiàn)象.（2）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為4h時(shí)，雖然回收瀝青針入度、軟化點(diǎn)和15℃延度基本與原瀝青相同，但是回收瀝青135℃布什黏度較原瀝青有一定程度升高.回收瀝青針入度和軟化點(diǎn)與原瀝青基本相同，說(shuō)明回收瀝青基本無(wú)三氯乙烯殘留；回收瀝青15℃延度與原瀝青基本相同，說(shuō)明回收瀝青的延展性尚好，瀝青輕微氧化；回收瀝青135℃布什黏度有一定程度上升，說(shuō)明回收瀝青中的輕質(zhì)油（芳香分或飽和分）有所揮發(fā).（3）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為8h時(shí)，與原瀝青相比，回收瀝青各項(xiàng)性能變化較大，針入度降幅＞1mm，軟化點(diǎn)升幅＞1℃，15℃延度明顯下降，135℃布什黏度較大上升，瀝青出現(xiàn)變硬現(xiàn)象，因此延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)導(dǎo)致瀝青發(fā)生老化.

2.3 分析討論

2.3.1 紅外光譜分析

圖1為回收瀝青和原瀝青的紅外光譜圖.由圖1可見(jiàn)：（1）采用阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法（蒸餾溫度為165℃、延遲時(shí)間為5 min）回收的瀝青在3 150，1 600，960，850cm－1處分別出現(xiàn)了O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 基團(tuán)特征峰，這表明采用阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青發(fā)生了“吸氧型”和“脫氫型”氧化反應(yīng)，也就是說(shuō)在165℃蒸餾溫度下回收瀝青產(chǎn)生了老化［6－7］.（2）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間分別為1，2h時(shí)，回收瀝青的紅外光譜圖基本與原瀝青相同，無(wú)O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基團(tuán)特征峰出現(xiàn)，即瀝青未發(fā)生老化.（3）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為4h時(shí)，回收瀝青在960，850cm－1處分別出現(xiàn)了 S═ O 和 C═ C 基團(tuán)特征峰，表明回收瀝青發(fā)生了輕微的氧化反應(yīng).（4）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為8h時(shí)，回收瀝青的紅外光譜圖出現(xiàn)了O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基團(tuán)特征峰，表明回收瀝青發(fā)生了“吸氧型”和“脫氫型”氧化反應(yīng)，老化程度比蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為4h的回收瀝青嚴(yán)重得多.

圖1 回收瀝青和原瀝青的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrogram of recycled asphalt and original asphalt

2.3.2 熱失重分析

三氯乙烯屬于常溫下極易揮發(fā)物質(zhì)，沸點(diǎn)在87℃左右，但鑒于其在瀝青中不能自由揮發(fā)，因此重點(diǎn)研究回收瀝青和原瀝青從常溫至200 ℃的質(zhì)量變化（見(jiàn)圖2），考察回收瀝青中是否殘留三氯乙烯.

圖2 回收瀝青和原瀝青的質(zhì)量變化曲線Fig.2 Curves of mass change of recycled asphalt and original asphalt

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)蒸餾溫度為165℃、延遲時(shí)間為5min時(shí)，回收瀝青在最初的質(zhì)量損失階段，其質(zhì)量總處于原瀝青下方，說(shuō)明該回收瀝青揮發(fā)的成分更多，除了輕質(zhì)油（低分子飽和分和芳香分）揮發(fā)外，還存在三氯乙烯的揮發(fā)，因此采用阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青中殘留著三氯乙烯.

當(dāng)蒸餾溫度降低至135℃，隨著延遲時(shí)間的變化，回收瀝青的質(zhì)量變化曲線有所不同.當(dāng)延遲時(shí)間為1，2h時(shí)，回收瀝青質(zhì)量變化曲線基本與原瀝青吻合；當(dāng)延遲時(shí)間為4，8h時(shí)，回收瀝青質(zhì)量變化曲線與原瀝青有所不同，在最初的質(zhì)量損失階段，回收瀝青質(zhì)量損失要小于原瀝青，且最初質(zhì)量損失階段結(jié)束時(shí)間比原瀝青有所提前，這表明當(dāng)延遲時(shí)間為4，8h時(shí)，回收瀝青沒(méi)有三氯乙烯殘留，只有輕質(zhì)油部分揮發(fā).

2.3.3 流變性能分析

回收瀝青和原瀝青的流變性能見(jiàn)圖3（a）～（c）.由圖3（a）～（c）可見(jiàn)：（1）與原瀝青相比，阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青相位角較大、復(fù)合模量和車轍因子較小，可見(jiàn)阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青較原瀝青“軟”，這主要是因?yàn)樵摲椒ɑ厥盏臑r青中存在小分子溶劑三氯乙烯，軟化了瀝青，從而使瀝青更易變形的緣故.（2）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為1，2h時(shí)，回收瀝青相位角、復(fù)合模量和車轍因子與原瀝青較接近.（3）當(dāng)蒸餾溫度為135℃，延遲時(shí)間為4h時(shí)，回收瀝青相位角較原瀝青小.（4）當(dāng)蒸餾溫度為135℃，延遲時(shí)間為8h時(shí)，回收瀝青復(fù)合模量和車轍因子較原瀝青大.

本文僅對(duì)基質(zhì)瀝青的回收方法進(jìn)行了研究分析.由于改性瀝青與基質(zhì)瀝青性能相差甚遠(yuǎn)，因此改性瀝青的回收方法需進(jìn)一步研究.

圖3 回收瀝青和原瀝青的流變性能Fig.3 Rheological properties of recycled asphalt and original asphalt

3 結(jié)論

（1）阿布森標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青針入度增加，軟化點(diǎn)下降，15℃延度減小，135℃布什黏度增加，流變性能發(fā)生變化，存在因氧化而生成的O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 氧化基團(tuán)，在加熱過(guò)程中質(zhì)量損失增大，因此該標(biāo)準(zhǔn)方法回收的瀝青不僅存在瀝青老化問(wèn)題，而且存在三氯乙烯殘留問(wèn)題.

（2）當(dāng)蒸餾溫度為135℃、延遲時(shí)間為1，2h，回收瀝青的基本性能、熱失重和流變特性與原瀝青基本一致，且沒(méi)有氧化基團(tuán)出現(xiàn).當(dāng)蒸餾溫度為135℃，延遲時(shí)間為4，8h時(shí)，回收瀝青135℃布什黏度增加，且出現(xiàn) C═ O 和 S═ O 等氧化基團(tuán)，熱失重較原瀝青少，流變特性與原瀝青也有所不同.因此回收瀝青時(shí)，蒸餾溫度宜為135℃，延遲時(shí)間宜控制在1～2h.

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