王祺昌 金權(quán)斌 林亞萍

(東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇 南京 210000)

0 引言

根據(jù)JTG D50—2006 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，我國(guó)瀝青路面使用年限一般在15年［1］，因此，每過(guò)十多年瀝青路面就得進(jìn)行翻修。而我國(guó)是瀝青路面應(yīng)用廣泛的國(guó)家，每年有大量瀝青路面需要重新修建。當(dāng)?shù)缆愤M(jìn)行重修時(shí)，就會(huì)有大量的舊瀝青路面需要進(jìn)行挖掘和洗刨，由此便會(huì)產(chǎn)生大量廢舊瀝青混合料［2，3］。大量研究表明，廢舊瀝青混合料可以通過(guò)再生用于路面的面層，其瀝青再利用率可達(dá)50%以上［4］。因此廢舊瀝青混合料的有效再利用可節(jié)省瀝青材料，大大降低工程成本，從而降低工程造價(jià)。既符合能源再生利用的原則，又遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，對(duì)道路工程的建設(shè)具有重大的意義。

本文將重點(diǎn)研究道路廢舊瀝青的再生利用，設(shè)計(jì)出既合理又經(jīng)濟(jì)的再生劑的配合比。

以A 級(jí)的70 號(hào)瀝青作為新瀝青，在提取的廢舊瀝青中添加自制再生劑與新瀝青形成再生瀝青，重點(diǎn)分析測(cè)定再生瀝青的針入度、軟化點(diǎn)指標(biāo)。所制備的再生瀝青質(zhì)量符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中1-3 與1-4 氣候分區(qū)所要求70 號(hào)A 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)(JTG F40—2004)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

A 級(jí)70 號(hào)道路瀝青;SBS 改性瀝青;廢舊瀝青(南京市浦口區(qū)雙向四行車(chē)道廢舊瀝青混合料)。三者的主要理化性質(zhì)見(jiàn)表1。再生劑:廢機(jī)油、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂;溶劑:三氯乙烯。

表1 A 級(jí)70 號(hào)瀝青、SBS 改性瀝青及廢舊瀝青的主要理化性質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

RE-2000 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，SHZ-Ⅲ循環(huán)水式真空泵，SYD-2801E 針入度試驗(yàn)器，SYD-2806E 全自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器，調(diào)溫萬(wàn)用電爐，若干燒瓶和削土刀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 廢舊瀝青的提取

用三氯乙烯浸泡廢舊瀝青混合料，通過(guò)過(guò)濾后回收濾液，分批次裝入燒瓶。通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，蒸餾得出三氯乙烯，得到粗廢舊瀝青，靜置干燥后，進(jìn)行破瓶提取出廢舊瀝青的粘稠物，最后分瓶標(biāo)記存裝。

1.3.2 再生劑的制備

首先設(shè)計(jì)出占總質(zhì)量2.75%，4%與6%的廢機(jī)油、1.4%，2%與3%的環(huán)氧樹(shù)脂、2.5%，3%與4%的聚酰胺樹(shù)脂的六種不同再生劑，并分瓶標(biāo)記存裝。其次設(shè)計(jì)出兩組以廢機(jī)油為主、環(huán)氧樹(shù)脂與聚酰胺樹(shù)脂為輔的再生劑，兩組配合比為:占總質(zhì)量比例為4%廢機(jī)油或者6%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)，并分瓶標(biāo)記存裝。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再添加不同比例的新瀝青改善再生瀝青的基本性能。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

通過(guò)電爐軟化廢舊瀝青，再摻和不同比例的再生劑或按照一定比例添加新瀝青，進(jìn)行均勻攪拌，靜置超過(guò)12 h 后，進(jìn)行針入度與軟化點(diǎn)測(cè)定，得出數(shù)據(jù)并記錄。

1.5 再生瀝青再生機(jī)理

根據(jù)瀝青老化的膠體結(jié)構(gòu)理論分析［5］，瀝青在受到熱、氧等因素的影響后瀝青膠體會(huì)發(fā)生變化，從芳香酚到膠質(zhì)再到瀝青質(zhì)的過(guò)程中產(chǎn)生了老化現(xiàn)象。為了恢復(fù)瀝青的性能，需要調(diào)節(jié)瀝青的化學(xué)組成成分與其比例。在老化的瀝青質(zhì)中，加入稠度油料(即由廢機(jī)油、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂調(diào)配制的再生劑)進(jìn)行調(diào)配，或者加入新瀝青進(jìn)行調(diào)和，使其達(dá)到平衡。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 三種溶劑對(duì)性能的影響

廢機(jī)油、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂會(huì)改變廢舊瀝青的基本理化指標(biāo)?？疾烊N溶劑按照不同的用量(占總質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)對(duì)廢舊瀝青的軟化點(diǎn)、針入度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1～圖3(軟化點(diǎn)單位為℃，針入度單位為0.1 mm，下同)。

圖1 廢機(jī)油用量對(duì)再生瀝青主要性質(zhì)的影響

由圖1 可見(jiàn)，隨著廢機(jī)油的用量的增大，再生瀝青的軟化點(diǎn)明顯降低，再生瀝青的針入度明顯增大。

由圖2 可見(jiàn)，隨著環(huán)氧樹(shù)脂的用量的增大，再生瀝青的軟化點(diǎn)降低不明顯，再生瀝青的針入度增大亦是不明顯。

由圖3 可見(jiàn)，隨著聚酰胺樹(shù)脂的用量的增大，再生瀝青的軟化點(diǎn)降低較為明顯，針入度亦有增大的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，聚酰胺樹(shù)脂相比環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)廢舊瀝青的軟化點(diǎn)與針入度的改善有一定的影響。

從以上結(jié)果可以得出，廢機(jī)油對(duì)廢舊瀝青的軟化點(diǎn)與針入度的改善起主要作用，聚酰胺樹(shù)脂其次，環(huán)氧樹(shù)脂影響最小。故在再生劑的配比中，采用以廢機(jī)油為主、環(huán)氧樹(shù)脂與聚酰胺樹(shù)脂為輔的配合比，其中環(huán)氧樹(shù)脂用量取為1.4%，聚酰胺樹(shù)脂用量取為4%。

圖2 環(huán)氧樹(shù)脂的用量對(duì)再生瀝青主要性質(zhì)的影響

圖3 聚酰胺樹(shù)脂的用量對(duì)再生瀝青主要性質(zhì)的影響

2.1.2 再生劑對(duì)性能的影響

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知在廢機(jī)油、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂用量合理范圍內(nèi)，再生瀝青不符合JTG F40—2004 中A 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)。故在廢舊瀝青中分別摻合占總質(zhì)量為4%廢機(jī)油或者6%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)脂形成再生瀝青樣品A 與樣品B，再測(cè)定再生瀝青樣品的主要指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 再生瀝青樣品A，B 的主要理化性質(zhì)

由表2 可見(jiàn)，按照比例混合的再生劑對(duì)廢舊瀝青的軟化點(diǎn)與針入度的改善相比單個(gè)的影響較為明顯，特別在廢機(jī)油的使用用量上。在其他用量不變下，廢機(jī)油用量從4%提高到6%，使再生瀝青的性能有所提高。

2.1.3 添加新瀝青對(duì)性能的影響

由上述實(shí)驗(yàn)可知，單純依靠添加廢機(jī)油、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂配比成的再生劑亦不能達(dá)到JTG F40—2004 中A 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)。所以在摻合已經(jīng)配制的再生劑中添加新瀝青，其比例為1∶2(舊瀝青質(zhì)量∶2 新瀝青質(zhì)量，下同)和1∶3。在廢舊瀝青中添加占總質(zhì)量為4%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)脂與2 倍于廢舊瀝青質(zhì)量的新瀝青形成再生瀝青樣品C;在廢舊瀝青中添加占總質(zhì)量為4%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)脂與3 倍于廢舊瀝青質(zhì)量的新瀝青形成再生瀝青樣品D;在廢舊瀝青中添加占總質(zhì)量6%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)脂與2 倍于廢舊瀝青質(zhì)量的新瀝青形成再生瀝青樣品E;在廢舊瀝青中添加6%廢機(jī)油、1.4%環(huán)氧樹(shù)脂、4%聚酰胺樹(shù)脂與3 倍于廢舊瀝青的新瀝青形成再生瀝青樣品F。多次實(shí)驗(yàn)取平均值，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3 可見(jiàn)，在摻合配制的再生劑中添加適當(dāng)?shù)男聻r青能極大的改善廢舊瀝青的軟化點(diǎn)與針入度性能。除C 樣品的指標(biāo)不符合標(biāo)準(zhǔn)外，其余再生瀝青都符合JTG F40—2004 中A 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于軟化點(diǎn)與針入度的指標(biāo)。

表3 再生瀝青樣品C，D，E，F(xiàn) 的主要理化性質(zhì)

2.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析

根據(jù)不完整數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1 km 高速公路中瀝青使用量大約470 t，假設(shè)470 t 均采用70 號(hào)瀝青。根據(jù)中國(guó)瀝青協(xié)會(huì)最新瀝青價(jià)格，瀝青的平均單價(jià)為2 938 元/t，那么原有新瀝青費(fèi)用約為1 380 860 元/km(合138.086 萬(wàn)元/km)。根據(jù)目前國(guó)家物價(jià)，回收廢機(jī)油價(jià)格一般在1 500 元/t，工業(yè)級(jí)三氯乙烯6.5 元/kg，環(huán)氧樹(shù)脂370 元/420 kg，聚酰胺樹(shù)脂21 元/30 kg。因?yàn)樵诜迺r(shí)可利用原有的道路瀝青混合料作為廢舊瀝青混合料，故可假設(shè)費(fèi)用為零。提取的三氯乙烯可循環(huán)利用，故可按照3 250 元為固定費(fèi)用。由上述實(shí)驗(yàn)可知，只有三種實(shí)驗(yàn)樣品符合標(biāo)準(zhǔn)，故計(jì)算三種樣品在施工中的費(fèi)用。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 三種實(shí)驗(yàn)樣品在實(shí)際應(yīng)用中的費(fèi)用

從表4 可見(jiàn)，在高速公路1 km 范圍內(nèi)，按照D，E，F(xiàn) 樣品得到的再生瀝青所使用的費(fèi)用大約在88 萬(wàn)元～100 萬(wàn)元之間，相比完全使用新瀝青使用的費(fèi)用138 萬(wàn)元更經(jīng)濟(jì)。特別地，E 樣品在實(shí)際應(yīng)用中的費(fèi)用相比其他兩種更少，更具有經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 實(shí)驗(yàn)的誤差

由于靜置時(shí)間、相對(duì)濕度、溫度對(duì)瀝青老化會(huì)有一定的影響，所以產(chǎn)生不可避免的誤差。由于儀器設(shè)備產(chǎn)生的誤差則通過(guò)多次測(cè)量結(jié)果取平均值消除誤差。

3 結(jié)語(yǔ)

1)在提取的道路廢舊瀝青中添加自制再生劑與2 倍或3 倍于廢舊瀝青的新瀝青所制得的再生瀝青軟化點(diǎn)以及針入度符合JTG F40—2004 中70 號(hào)A 級(jí)瀝青標(biāo)準(zhǔn)，其新瀝青為A 級(jí)70 號(hào)瀝青。

2)再生劑宜采用占總質(zhì)量6%廢機(jī)油，1.4%環(huán)氧樹(shù)脂，4%聚丙烯樹(shù)脂與2 倍于廢舊瀝青的新瀝青所制再生瀝青更具有經(jīng)濟(jì)效益。在等級(jí)要求不嚴(yán)格的道路上，可以使用此配合比，但在高速公路中要求高的路段不建議使用。

感謝東南大學(xué)成賢學(xué)院的講師杜娟、本科生許鑫和焦陽(yáng)參與論文整理工作與指導(dǎo)。

［1］王 洋，廖克儉.道路廢舊瀝青混合料的再生及理化性質(zhì)研究［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用，2012(3):41-42.

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