廢舊SBS改性瀝青混合料再生技術(shù)研究—廢舊SBS改性瀝青的再生方法

苑寶龍，廖克儉，郭海濤

（遼寧石油化工大學(xué) 研究生學(xué)院 化學(xué)工藝專業(yè)，遼寧 撫順 113001）

廢舊SBS改性瀝青混合料再生技術(shù)研究—廢舊SBS改性瀝青的再生方法

苑寶龍，廖克儉，郭海濤

（遼寧石油化工大學(xué) 研究生學(xué)院 化學(xué)工藝專業(yè)，遼寧 撫順 113001）

廢舊SBS改性瀝青的再生是研究廢舊SBS改性瀝青混合料再生技術(shù)的基礎(chǔ)。分別把LAC-20和SMA-16兩種不同廢舊SBS改性瀝青混合料，采用溶劑抽提的方法抽提出舊瀝青，并進(jìn)行理化性質(zhì)及組分分析,根據(jù)其性質(zhì)和組成情況選擇A#劑與B#劑作為再生劑，調(diào)配出符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004 I-A類）聚合物改性瀝青技術(shù)要求的重交通道路石油瀝青。利用再生劑調(diào)和舊瀝青使其再生，這正是本方法的創(chuàng)新之處。

SBS改性瀝青混合料；舊瀝青；再生劑；調(diào)和

Abstract:The regeneration of waste SBS modified asphalt was the basis of study on regenerated technology for SBS modified asphalt mixture.The waste asphalt were extracted by solvent extraction methods from LAC-20 and SMA-16 which were waste SBS modified asphalt mixtures,and the physical and chemical properties of the waste asphalt and component analysis were carried out,according to the nature and composition,the A#and B#agent were chosen as regenerant to prepare the heavy traffic road asphalt which could meet the technical specifications of Asphalt Pavement(JTG F40-2004 I-A)technical requirements for polymer modified asphalt.The innovation of this experiment was using regenerant to make waste asphalt regeneration.

Key words:SBS modified asphalt mixture;waste asphalt;regenerant;prepare

前 言

舊瀝青混合料再生技術(shù)最早是1915年在美國開始的，至20世紀(jì)80年代，瀝青混凝土路面再生技術(shù)已趨于成熟，美、德、日、英等國相繼頒發(fā)了一系列的技術(shù)手冊、指南和規(guī)范，并出版了大量研究成果。20世紀(jì)90年代后，瀝青再生技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，在亞太地區(qū)也得到普遍應(yīng)用。目前，歐洲的EAPA（歐洲瀝青鋪裝協(xié)會）在互聯(lián)網(wǎng)上公布，其成員國的廢舊瀝青混凝土路面材料100%通過再生方式得以重復(fù)利用。2009年美國廢舊瀝青80%回收利用，日本回收率達(dá)到100%。

近年來，我國高速公路發(fā)展較快，一些早期修建的公路已相繼進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期，路面維修養(yǎng)護(hù)過程中將產(chǎn)生大量的廢舊SBS改性瀝青混合料。這些廢料的排放既占用土地、浪費(fèi)資源，又造成永久的環(huán)境污染。環(huán)境保護(hù)的呼吁，資源匱乏的限制，廢舊SBS改性瀝青混合料的再生利用很快將成為必須解決的問題。目前，北京、上海已經(jīng)立法，“不容許丟棄廢瀝青混合料”。因此，如何更加有效地利用這些廢棄物即廢舊SBS改性瀝青混合料再生[1]技術(shù)就成了當(dāng)今世界的一大課題。

1 實(shí)驗(yàn)過程

1.1 廢舊SBS瀝青混合料中瀝青的回收處理

為了進(jìn)行再生SBS改性瀝青混合料配合比設(shè)計（一般再生SBS改性瀝青占再生SBS改性瀝青混合料的5%，而SBS占再生瀝青的比例根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，本文只對純?yōu)r青理化性質(zhì)進(jìn)行研究），需要從廢舊SBS改性瀝青混合料中回收瀝青，并用來測量廢舊SBS改性瀝青的物性變化及廢舊SBS改性瀝青混合料中瀝青含量（回收率）。本實(shí)驗(yàn)采用溶劑抽提法：先用溶劑將廢舊SBS改性瀝青混合料中舊瀝青和SBS充分溶解，再將舊瀝青、SBS和溶劑的混合溶液中的溶劑用蒸餾法回收。本實(shí)驗(yàn)所選舊瀝青混合料為LAC-20和SMA-16兩種不同的廢舊SBS改性瀝青混合料面層拉毛、挖除15cm。

具體實(shí)驗(yàn)方法如下：

（1）將上述兩種廢舊SBS改性瀝青混合料破碎成粒徑2.36mm顆粒狀，攤開晾干，以預(yù)除去大部分水分后，稱重，倒入容器中。

（2）往容器中加入苯(體積比大約1:1)，攪拌，使其充分溶解2h以上（把瀝青抽提液倒出后，重復(fù)2，用溶劑再洗一次，以使混合料中瀝青和SBS全部溶解到溶劑中）。

（3）將所得廢舊SBS改性瀝青抽提液加熱，進(jìn)行熱抽濾，以除去溶液中的礦粉（回收廢舊SBS改性瀝青中如果灰分含量＞1%將會影響到針入度、軟化點(diǎn)、延度或黏度實(shí)驗(yàn)的精確度）。（為徹底除凈礦粉可重復(fù)進(jìn)行熱抽濾或放入高速離心機(jī)中，施加離心力不小于770 g的重力加速度，時間不少于30min）。

（4）將去除礦粉的廢舊SBS改性瀝青溶液倒入蒸餾燒瓶中，并連接好常壓蒸餾裝置，加熱，蒸出溶劑，得到粗廢舊SBS改性瀝青。

（5）將粗廢舊SBS改性瀝青轉(zhuǎn)入另一個蒸餾燒瓶中，并連接好減壓蒸餾裝置，開動真空泵使系統(tǒng)達(dá)到負(fù)壓，進(jìn)行減壓蒸餾，在溫度105℃±5℃，真空度93kPa±1kPa條件下2h，蒸出粗廢舊SBS改性瀝青中所殘留的溶劑和水分。最后得到廢舊SBS改性瀝青，并稱重。

廢舊SBS改性瀝青回收過程如圖1所示。

圖1 廢舊SBS改性瀝青回收流程圖Fig.1 Recycling flowchart of waste SBS modified asphalt

上述方法，既不同于測瀝青含量時的離心分離法，也不同于單回收瀝青的阿布森法[2]，它實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡單易操作，且在回收瀝青的同時，測得了廢舊SBS改性瀝青混合料中舊瀝青和SBS的總含量，無法測量SBS含量，但是可以根據(jù)再生SBS改性瀝青的延度和彈性恢復(fù)來判斷SBS含量是否滿足要求。

1.2 所回收瀝青的物性評價

對所回收舊瀝青測定針入度、軟化點(diǎn)、延度及其回收率，測定結(jié)果如表1所示：

表1 兩種廢舊SBS改性瀝青再生前基本性質(zhì)及回收率Table 1 Basic properties and recovery rate of two different kinds of waste SBS modified asphalt

從表1數(shù)據(jù)可以看出：這兩種不同瀝青老化程度不同，LAC-20瀝青針入度、延度較低，軟化點(diǎn)仍滿足（JTG F40-2004 I-A類）聚合物改性瀝青技術(shù)要求；但是SMA-16瀝青老化程度非常嚴(yán)重，針入度、延度嚴(yán)重偏低，而軟化點(diǎn)嚴(yán)重偏高。

2 廢舊瀝青再生

目前，石油瀝青的制備方法主要有減壓深拔工藝制取直餾瀝青、氧化法制取氧化瀝青、調(diào)和法生產(chǎn)調(diào)和瀝青等。由于前兩種方法工藝煩瑣以及設(shè)備復(fù)雜，考慮到瀝青混合料再生的特殊性：舊瀝青再生與道路的鋪筑同時性，這就需要方便快捷、操作簡單靈活的方法，于是我們優(yōu)先考慮調(diào)和法。

一般瀝青混合料中瀝青用量大約4%～5%左右，而根據(jù)表1中舊瀝青回收率可知，兩種不同路面的瀝青回收率在4%～5%內(nèi)，故無需補(bǔ)充新瀝青，然后根據(jù)調(diào)和法添加再生劑。

2.1 再生劑的選擇

L．W．Corbett提出將瀝青分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)四組分。一般認(rèn)為：瀝青質(zhì)是液態(tài)組分的增稠劑（瀝青質(zhì)的稠化能力比膠質(zhì)強(qiáng)）；膠質(zhì)對改善瀝青的延度有顯著效果，而瀝青質(zhì)并不能明顯改善；飽和烴則是軟化劑（增塑性比芳香烴強(qiáng)，且瀝青質(zhì)比膠質(zhì)需要更多的軟化劑）。各組分對瀝青性質(zhì)的影響見表2。

表2 瀝青各組分對其性質(zhì)的影響Table 2 Effects of components on asphalt properties

Milton MengLiu、柳永行等人以及Esso公司都提出只有瀝青中所含油分（飽和分與芳香分之和）、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的量符合一定量的關(guān)系時，瀝青才具有很好的性能。通過對多種瀝青的組分分析表明，質(zhì)量優(yōu)良的瀝青，其組分大致比例為（w%）：飽和分13%～31%，芳香分32%～60%，膠質(zhì)19%～39%，瀝青質(zhì)6%～15%，蠟含量＜3%。

廢舊SBS改性瀝青與兩種再生劑的四組分如表3。

表3 廢舊SBS改性瀝青與幾種再生劑組成分析比較表Table 3 The comparison of composition of waste SBS modified asphalt and several regenerants

由表3回收兩種瀝青四組分?jǐn)?shù)據(jù)與優(yōu)質(zhì)瀝青理想四組分配伍關(guān)系（飽和分13%～31%，芳香分32%～60%，膠質(zhì)19%～39%，瀝青質(zhì)6%～15%）比較[3,4]，我們發(fā)現(xiàn)：LAC-20廢舊SBS改性瀝青中膠質(zhì)含量過高，芳香分含量偏低，從而使瀝青塑性降低，瀝青針入度偏低、延度偏低，而軟化點(diǎn)符合指標(biāo)；SMA-16廢舊SBS改性瀝青中瀝青質(zhì)含量過高，飽和分偏低，這是瀝青針入度偏低、延度低以及軟化點(diǎn)高的主要原因（瀝青質(zhì)是液態(tài)組分的增稠劑）；芳香分和膠質(zhì)含量基本上在配伍性要求的范圍之內(nèi)。

為了改善舊瀝青的理化性質(zhì)，我們需要補(bǔ)充含瀝青質(zhì)和膠質(zhì)少，含芳香分高A#再生劑再生LAC-20型廢舊SBS改性瀝青，選擇瀝青質(zhì)少，飽和分高B#再生劑再生SMA-16型廢舊SBS改性瀝青。兩種舊瀝青的再生劑用量見表4和表5。

表4 LAC-20舊瀝青與A#再生劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of LAC-20(waste asphalt)and regenerant A#

表5 SMA-16舊瀝青與B#再生劑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of SMA-16(waste asphalt)and regenerant B#

由表4和表5可知LAC-20舊瀝青加入7%A#再生劑，SMA-16舊瀝青加入11%B#再生劑可以再生。

2.2 瀝青再生后的理化性質(zhì)

在燒杯中對以上兩種不同瀝青分別加入合適比例的再生劑[5]，在120～130℃加熱熔融，攪拌均勻，使廢舊SBS改性瀝青再生。測其理化性質(zhì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3和表6所示:

圖2 廢舊LAC-20改性瀝青與再生SBS改性瀝青性質(zhì)對比圖Fig.2 The properties comparison between waste LAC-20 modified asphalt and regenerated SBS modified asphalt

圖3 廢舊SMA-16改性瀝青與再生SBS改性瀝青性質(zhì)對比圖Fig.3 The properties comparison between waste SMA-16 modified asphalt and regenerated SBS modified asphalt

表6 廢舊SBS改性瀝青再生后的理化性質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)對照表Table 6 Chemical and physical properties of regenerated waste SBS modified asphalt and standard asphalt

從表6中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，從以上兩種不同瀝青混合料中所回收的舊瀝青，采用A#劑再生LAC-20與B#劑再生SMA-16，分別再生后，其性質(zhì)完全滿足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[6]JTGF40-2004 I-A類聚合物改性瀝青技術(shù)要求，而且在老化[7,8]前后延度、針入度比等關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于這個標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 結(jié)論

利用再生劑調(diào)和廢舊SBS改性瀝青使其再生，這正是本方法的創(chuàng)新之處。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)兩種舊瀝青混合料，采用溶劑抽提的方法抽提出舊瀝青，并進(jìn)行理化性質(zhì)及組分分析，根據(jù)其性質(zhì)和組成情況選擇A#劑與B#劑作為再生劑，調(diào)配出符合公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F40-2004）聚合物改性瀝青I-A類技術(shù)要求的重交通道路石油瀝青。這為廢舊SBS改性瀝青混合料廠拌熱再生技術(shù)打下基礎(chǔ)。方法簡單易操作，同時可100%利用廢舊SBS改性瀝青混合料，這樣使瀝青混合料重新再生，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本課題同時可以帶來巨大的社會效益，既節(jié)約了不可再生資源，又減輕了環(huán)境污染。

［1］王永剛,廖克儉,閆鋒,等.廢舊瀝青混合料再生技術(shù)研究［J］.石油煉制與化工,2003,34(9):25～27.

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路工程瀝青及瀝青混合料實(shí)驗(yàn)規(guī)程 JTJ 052-2000［S］.北京：人民交通出版社，2000:377～382.

［3］柳永行，范耀華，張昌祥.石油瀝青［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1984:170～192.

［4］侯祥麟.中國煉油技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，1991:125～136.

［5］楊杰.SBS改性瀝青的回收和再生劑對改性瀝青的性能影響分析［J］.中外公路,2009,29(1)：242～244.

［6］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTG F40-2004［S］.北京：人民交通出版社，2004:14～16.

［7］PETERSEN.Factors affecting the kinetics and mechanisms of asphalt oxidation and the relative effects of oxidation products on age hardening ［J］.Prepr Pap Am Chem Sec，Div Fuel Chem，1996，44(4)：1322～1344.

［8］HENINGTON P R，ATRICK J E，GEORGE F A B.Oxidation of roading asphalts ［J］.Ind Eng Chem Res，1994，33(11)：2801～2809.

The study on Waste SBS Modified Asphalt Regenerated Technology——The Regenerated Methods for Waste SBS Modified Asphalt

YUAN BAO-long,LIAO Ke-jian,GUO Hai-tao

(College of Petrochemical Technology,Liaoning Shihua University,FuShun 113001,China)

X 783.5

A

1001-0017（2011）01-0040-04

2010-08-12

苑寶龍（1981-），男，遼寧阜新人，在讀碩士研究生，研究方向：瀝青。