老化瀝青抽提回收研究進展

周水文，張曉華，張 蓉，毛 成，何平芝

老化瀝青抽提回收研究進展

Research Progress of Aging Asphalt Extraction and Recycling

周水文1，2，張曉華1，2，張 蓉1，2，毛 成1，2，何平芝1，2

1. 四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川 成都 611130
2. 四川省路面結(jié)構(gòu)材料及養(yǎng)護工程實驗室，四川 成都 611130

0 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(xù)進行再生混合料配合比設(shè)計的基礎(chǔ)。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(yīng)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?yōu)r青的物理性質(zhì)，造成試驗結(jié)果不穩(wěn)定[2]。文獻[3]提供了阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(shù)適應(yīng)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(dǎo)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(chǔ)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。

1 老化瀝青抽提研究

1.1 抽提方法

美國ASTM D2172試驗規(guī)程中規(guī)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(shè)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(dǎo)致瀝青的二次老化，優(yōu)于采用熱溶劑的回流方法。中國規(guī)范主要是參照ASTM和日本道路協(xié)會鋪裝試驗方法，只規(guī)定了離心抽提法，且研究數(shù)據(jù)較少。離心抽提法設(shè)備相對簡單經(jīng)濟，在中國的工地實驗室中被大規(guī)模采用，但由于采用冷溶劑，導(dǎo)致瀝青無法完全從集料中抽提出來，降低了瀝青質(zhì)量分數(shù)(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(zhì)發(fā)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(tǒng)的對比分析研究，提出適合中國國情的試驗方法。

圖1 ASTM抽提回收設(shè)備

1.2 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(guī)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(guī)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(yīng)嚴格控制在0.5%以內(nèi)[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24 h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7 000g離心加速度分離30 min后能有效除去礦粉。

1.3 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(yīng)用最廣泛?？紤]到溶解性、安全性和毒性，國內(nèi)也以三氯乙烯為主，其他溶劑使用較少。阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法均受環(huán)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(chǎn)生顯著的影響；相關(guān)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?；厥者^程中將三氯乙烯蒸餾干凈，準確判定回收結(jié)束點是評價回收瀝青性能的關(guān)鍵。

2 老化瀝青回收研究

中國規(guī)范也給出了阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法這2種方法，但基本上是參照美國規(guī)范，缺乏實際應(yīng)用經(jīng)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(jié)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(zhuǎn)蒸發(fā)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(fā)了一種全新的抽提和回收方法（AASHTO TP2），這種方法是在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)穩(wěn)定性和準確性，但國內(nèi)尚沒有該進口設(shè)備的報道。

2.1 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(shè)備簡單，從1933年以來，一直是實驗室最常用的回收方法，并經(jīng)過了不斷的完善，在世界范圍內(nèi)應(yīng)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(jié)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(dǎo)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(xù)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(xù)加熱時間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，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(jié)束條件等關(guān)鍵參數(shù)。

國內(nèi)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(guī)模試驗的需求。

圖2 阿布森法瀝青回收設(shè)備

2.2 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法通過真空減壓，使整個回收系統(tǒng)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(shù)據(jù)穩(wěn)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(yīng)用時間較短，加熱溫度、真空條件、蒸餾時間、轉(zhuǎn)速和空氣流速等回收參數(shù)尚未形成統(tǒng)一的標準，仍存在回收瀝青老化嚴重或回收不凈的現(xiàn)象。

圖3 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法

中國規(guī)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(shù)進行了優(yōu)化設(shè)置，提出了適用于70#瀝青的回收參數(shù)，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(shù)。周水文[21]針對目前旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法大都采用時間控制的問題，提出采用現(xiàn)象時間控制法的回收參數(shù)，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(shù)據(jù)，其中現(xiàn)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(huán)境復(fù)雜，且缺乏路面新建時瀝青性能數(shù)據(jù)，回收參數(shù)的適用性仍需繼續(xù)研究。此外，對于SBS改性瀝青回收，國內(nèi)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(shù)瓶頸。

3 結(jié)語

（1）國內(nèi)規(guī)范只給出了瀝青回收的離心法，相關(guān)規(guī)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(dǎo)致抽提方法單一，難以滿足復(fù)雜使用環(huán)境下再生技術(shù)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(dǎo)老化瀝青的抽提回收，需要進行相關(guān)研究。

（3）阿布森法操作難度大，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法回收參數(shù)多，目前研究主要針對空白瀝青回收試驗，達到了預(yù)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(shù)難題。

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