張曉華，王海朋，張 蓉，毛 成，周水文

殘留物對(duì)回收瀝青性質(zhì)影響規(guī)律

Effect of Residue on Properties of Recycled Asphalt

張曉華1，2，王海朋1，2，張 蓉1，2，毛 成1，2，周水文1，2

1. 四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 611130
2. 四川省路面結(jié)構(gòu)材料及養(yǎng)護(hù)工程實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130

0 引 言

準(zhǔn)確評(píng)價(jià)廢舊瀝青混合料（RAP）中回收瀝青的性能是瀝青路面廠拌熱再生的關(guān)鍵技術(shù)之一，是后續(xù)廠拌熱再生配合比設(shè)計(jì)和確保路用性能的基礎(chǔ)?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E2—2011）中提供了離心法從RAP中抽提瀝青溶液，以及2種從瀝青溶液中回收瀝青的方法，即阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法。在整個(gè)瀝青回收過(guò)程中，用離心機(jī)分離會(huì)有礦粉在瀝青溶液中存留的可能，再采用阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法回收瀝青時(shí)無(wú)法將殘留礦粉去除，同時(shí)又存在三氯乙烯（TCE）殘留的可能[1-4]。眾所周知，礦粉和TCE的存在影響了對(duì)回收瀝青性質(zhì)的判斷。鑒于此，分析礦粉和三氯乙烯殘留對(duì)瀝青性質(zhì)的影響是準(zhǔn)確獲取回收瀝青性質(zhì)的前提條件。針對(duì)該問(wèn)題，汪輝等采用原樣基質(zhì)瀝青分析了礦粉和TCE對(duì)瀝青性質(zhì)的影響。馬濤等人分析了礦粉和TCE對(duì)原樣SBS改性瀝青性能的影響，來(lái)模擬抽提殘留物對(duì)回收瀝青性質(zhì)的影響[5-8]。

然而，目前對(duì)現(xiàn)有抽提殘留物影響的研究均采用原樣瀝青忽略了實(shí)踐中回收瀝青為老化瀝青這一關(guān)鍵要素。因此，為更科學(xué)準(zhǔn)確地模擬礦粉和TCE殘留對(duì)回收瀝青性質(zhì)的影響，本研究對(duì)基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行壓力老化制備老化瀝青，分析不同礦粉和TCE摻量對(duì)原樣基質(zhì)瀝青、原樣SBS改性瀝青、老化基質(zhì)瀝青和老化SBS改性瀝青性質(zhì)的影響。在分析影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，采用單因素方差分析和閾值分析確定評(píng)判殘留物對(duì)瀝青性質(zhì)影響的敏感指標(biāo)和對(duì)指標(biāo)產(chǎn)生影響的含量閾值，為合理和準(zhǔn)確評(píng)價(jià)回收瀝青性質(zhì)提供了依據(jù)。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）瀝青。本文采用70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，瀝青的基本性質(zhì)如表1所示?？紤]到回收的瀝青均為老化瀝青，為模擬殘留物對(duì)老化瀝青的影響，采用壓力老化容器加速瀝青老化試驗(yàn)方法（T0630—2011）獲取70#和SBS改性瀝青相對(duì)應(yīng)的老化瀝青，指標(biāo)見表1。

表1 瀝青的基本性質(zhì)

（2）礦粉。采用基巖為石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，篩分試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 礦粉級(jí)配

1.2 試驗(yàn)方法

（1）瀝青性能指標(biāo)。本文采用T0604—2011、T0605—2011、T0605—2011、T0628—2011試驗(yàn)方法測(cè)試在不同試驗(yàn)溫度下，瀝青三大指標(biāo)及車轍因子，70#基質(zhì)瀝青延度采用10 ℃、車轍因子采用64 ℃；SBS改性瀝青延度采用5 ℃、車轍因子采用76 ℃，其他試驗(yàn)條件相同。

（2）殘留物影響。在原樣瀝青、PAV老化瀝青中分別加入0.5%、1%、1.5%、2%（質(zhì)量比）的礦粉和三氯乙烯，采用瀝青攪拌機(jī)攪拌均勻，澆樣測(cè)試瀝青性能。

2 殘留物對(duì)瀝青各指標(biāo)的影響規(guī)律分析

2.1 殘留物含量對(duì)針入度的影響

殘留物對(duì)原樣瀝青、PAV老化瀝青針入度的影響如圖1、2所示。由圖1可知，隨礦粉摻量的增多，瀝青的針入度逐漸降低。這是因?yàn)?，礦粉的存在使瀝青變稠，導(dǎo)致瀝青的針入度降低。對(duì)不同礦粉摻量下瀝青針入度數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)R2的離散性很大，這主要是因?yàn)榈V粉摻量較小，對(duì)瀝青很難產(chǎn)生均勻的影響。相對(duì)于原樣瀝青，老化瀝青隨礦粉摻量變化的線性擬合系數(shù)均有所降低，老化瀝青的針入度對(duì)礦粉摻量的敏感性變?nèi)鮗9-12]。由圖2可知，隨TCE摻量的增加，瀝青的針入度逐漸升高，主要是TCE對(duì)瀝青的稀釋作用所致，70#原樣瀝青在TCE加入后針入度增長(zhǎng)較為劇烈，相對(duì)SBS改性瀝青更為敏感。與礦粉的影響相同，TCE對(duì)原樣瀝青針入度的影響敏感性明顯高于老化瀝青[13-15]。比較圖1、2可知，TCE對(duì)瀝青針入度影響的敏感系數(shù)均高于礦粉對(duì)瀝青針入度影響的敏感系數(shù)。

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器

2.2 殘留物含量對(duì)軟化點(diǎn)的影響

殘留物對(duì)原樣瀝青、PAV老化瀝青軟化點(diǎn)的影響如圖3、4所示。由圖3、4可以看出，隨礦粉含量的增大，瀝青軟化點(diǎn)逐漸升高；隨TCE含量的增多，瀝青的軟化點(diǎn)降低。由于礦粉的稠化作用導(dǎo)致瀝青的溫度穩(wěn)定性提高，而TCE的稀釋作用降低了瀝青的溫度穩(wěn)定性。礦粉和TCE對(duì)70#老化瀝青軟化點(diǎn)的影響敏感性要低于原樣瀝青，礦粉和TCE對(duì)SBS老化瀝青軟化點(diǎn)的影響敏感性要高于原樣瀝青[16-18]。TCE含量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響敏感性高于礦粉對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響。

2.3 殘留物含量對(duì)延度的影響

圖2 TCE含量對(duì)瀝青針入度的影響

殘留物對(duì)原樣瀝青、PAV老化瀝青延度的影響如圖5、6所示。由圖5、6可以看出：隨著礦粉含量的增多，瀝青延度逐漸降低，礦粉的摻入降低了瀝青低溫延展性，而隨著TCE含量的增多，瀝青延度逐漸升高，70#基質(zhì)瀝青尤其明顯，當(dāng)瀝青中摻入0.5%的TCE，其10 ℃延度迅速超過(guò)160 cm，相對(duì)SBS改性瀝青更為敏感。礦粉和TCE對(duì)原樣瀝青延度影響的敏感度顯著高于對(duì)老化瀝青的影響。TCE含量對(duì)瀝青延度的影響敏感性高于礦粉對(duì)相應(yīng)瀝青延度的影響。

圖3 礦粉含量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

圖4 TCE含量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

2.4 殘留物含量對(duì)車轍因子的影響

殘留物對(duì)原樣瀝青、PAV老化瀝青車轍因子的影響如圖7、8所示。由圖7、8可以看出，隨著礦粉含量的增多，瀝青的車轍因子（G*/sin δ）逐漸升高；隨著TCE含量的增大，瀝青的車轍因子逐漸降低?？傮w來(lái)說(shuō)，TCE和礦粉對(duì)老化瀝青車轍因子影響的敏感度顯著高于對(duì)原樣瀝青的影響。TCE含量對(duì)瀝青車轍因子的影響敏感性高于礦粉對(duì)相應(yīng)瀝青車轍因子的影響。

圖5 礦粉含量對(duì)瀝青延度的影響

圖6 TCE含量對(duì)瀝青延度的影響

圖7 礦粉含量對(duì)車轍因子的影響

3 方差分析及閾值分析

3.1 殘留物含量對(duì)瀝青各指標(biāo)影響的方差分析

圖8 TCE含量對(duì)車轍因子的影響

為了分析殘留物含量對(duì)瀝青指標(biāo)的影響是否顯著，基于所獲取的瀝青指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，在置信區(qū)間為95%的條件下進(jìn)行單因素方差計(jì)算，方差計(jì)算得到的F值和查表獲取的Fcrit結(jié)果如表3所示。如果F值大于Fcrit，則認(rèn)為殘留物含量對(duì)瀝青各指標(biāo)的影響顯著?？梢钥闯?，軟化點(diǎn)、針入度和延度指標(biāo)均出現(xiàn)了F小于Fcrit的情況，即殘留物含量對(duì)軟化點(diǎn)、針入度和延度的影響不顯著，而車轍因子的方差分析結(jié)果中F均大于Fcrit，說(shuō)明礦粉和TCE的含量對(duì)原樣瀝青和老化瀝青的車轍因子影響均顯著，車轍因子為敏感指標(biāo)。

3.2 殘留物含量對(duì)瀝青各指標(biāo)產(chǎn)生影響的閾值

雖然殘留物對(duì)瀝青性質(zhì)的影響存在一定規(guī)律，但是影響大小不一，甚至在一定摻量下，其影響是可以忽略的。故以規(guī)范規(guī)定的試驗(yàn)誤差要求為限定，認(rèn)為影響在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)是可以忽略的，從而確定允許殘留物含量的閾值?！豆饭こ虨r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E2—2011）要求“當(dāng)軟化點(diǎn)小于80 ℃時(shí)，重復(fù)性試驗(yàn)允許誤差為1 ℃；當(dāng)軟化點(diǎn)大于80 ℃時(shí)，重復(fù)性試驗(yàn)允許誤差為2 ℃；針入度在0～49（0.1 mm）時(shí)，允許誤差為2；針入度在50～149（0.1 mm）時(shí)，允許誤差為4 ℃；延度試驗(yàn)結(jié)果小于100 cm時(shí)，其重復(fù)性試驗(yàn)的允許誤差為平均值的20%；車轍因子的重復(fù)性允許誤差為6.4%，TFOT/RTFOT后殘留物為9%”。本研究中，誤差范圍為百分比時(shí)，以未摻加殘留物的瀝青測(cè)試結(jié)果為基準(zhǔn)計(jì)算誤差范圍；由于瀝青的老化采用的是PAV老化，誤差選取9%。閾值為誤差要求與敏感度的商，閾值結(jié)果見表4。

由表4可知，礦粉殘留物對(duì)老化瀝青指標(biāo)的影響相對(duì)較小，含量在1.5%以內(nèi)時(shí)，雖可以影響瀝青三大指標(biāo)的變化趨勢(shì)，但在試驗(yàn)誤差內(nèi)，可以忽略，而原樣瀝青在礦粉含量達(dá)到0.1%時(shí)，延度指標(biāo)的變化已不可忽略，說(shuō)明礦粉含量對(duì)老化瀝青指標(biāo)的影響更強(qiáng)；TCE殘留相對(duì)礦粉更加敏感，在含量達(dá)到0.3%以上時(shí)，老化瀝青的指標(biāo)變化已不可忽略，應(yīng)盡量將TCE清除[19-21]。從敏感度也可以看出，TCE含量對(duì)老化瀝青的影響同樣要低于原樣瀝青。

表3 對(duì)瀝青各指標(biāo)影響的方差分析結(jié)果

表4 對(duì)瀝青各指標(biāo)產(chǎn)生影響的殘留物含量閾值分析

離心式抽提儀

4 結(jié)語(yǔ)

（1）礦粉殘留降低了瀝青延度和針入度，提高了軟化點(diǎn)和車轍因子，TCE殘留降低了瀝青的軟化點(diǎn)和車轍因子，提高了瀝青的針入度和延度。

（2）同等殘留量下，TCE比礦粉殘留對(duì)瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度和車轍因子的影響更顯著。礦粉殘留量在1.5%以內(nèi)對(duì)瀝青大部分指標(biāo)的影響雖有一定趨勢(shì)，但不超出試驗(yàn)誤差，可以忽略不計(jì)。

（3）TCE殘留對(duì)70#瀝青性質(zhì)的影響大于對(duì)SBS改性瀝青性質(zhì)的影響，礦粉對(duì)2種瀝青性質(zhì)的影響相當(dāng)。老化瀝青的多數(shù)指標(biāo)對(duì)抽提殘留物的敏感性相對(duì)原樣瀝青更小。

（4）車轍因子更能反應(yīng)殘留物對(duì)瀝青流變性能的影響，評(píng)價(jià)回收瀝青的性能時(shí)宜增加車轍因子。

[ 1 ] 耿九光,戴經(jīng)梁,原健安.回收瀝青中殘留礦粉沉降理論分析及去除方法研究[J].公路交通科技,2010,27(9):23-27.

[ 2 ] 周東久.回收舊瀝青混合料再生利用的性能分析[J].科學(xué)之友:下,2006(9):94-95.

[ 3 ] 楊宇亮,孫立軍,毛如麟,等.回收舊瀝青混合料冷拌再生技術(shù)的研究[J].公路交通科技,2002,19(6):38-40.

[ 4 ] 張 建,肖 維,黃曉明.瀝青路面再生中舊瀝青的回收與再生研究[J].湖南交通科技,2006,32(4):11-13.

[ 5 ] 汪 輝,畢巧巍,項(xiàng)影明.回收粉對(duì)瀝青膠漿主要性能的影響分析[J].施工技術(shù),2008(s2):332-334.

[ 6 ] 韓慧仙, 龍水根, 曹顯利. 舊瀝青路面材料回收的試驗(yàn)分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化, 2005, 22(6):33-34.

[ 7 ] 馬 濤,張道義,黃曉明. SBS改性瀝青抽提回收影響因素及改進(jìn)方案[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,38(5):811-815.

[ 8 ] 葛小民.廢舊瀝青混合料中瀝青性質(zhì)的試驗(yàn)分析[J].河南科技,2007(1):41-42.

[ 9 ] 杜 騁.瀝青混合料回收粉的利用研究[D].南京:東南大學(xué),2002.

[10] 馮建亮.舊瀝青路面回收混合料的性狀分析[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2009,22(4):94-96.

[11] 劉紅義.抽提過(guò)程中影響回收瀝青性能因素的研究[J].山西建筑,2017,43(13):112-114.

[12] 權(quán)登州.乳化瀝青冷再生混合料技術(shù)性能研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2009.

[13] 田小革,莫一魁,鄭健龍.抽提回收過(guò)程對(duì)瀝青老化程度評(píng)價(jià)的影響[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào),2005,5(2):23-26.

[14] 李建才.瀝青回收與再生[J].東北公路,2001(3):22-23.

[15] 葉興權(quán).回收瀝青路面材料的再生利用[J].建筑機(jī)械,2004(6):77-79.

[16] 吳孝敏.瀝青混合料老化機(jī)理及再生技術(shù)應(yīng)用[D].重慶:重慶交通大學(xué), 2013.

[17] 喬志勇,莊江濤.回收瀝青混合料摻量對(duì)再生瀝青混合料性能的影響[J].石油瀝青,2013,27(3):19-24.

[18] 李雨舟,聶曉清.回收瀝青混合料疲勞性能的室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)[J].低溫建筑技術(shù),2008,30(2):13-16.

[19] 徐 靜,劉 杰,秦昌榮,等. 回收瀝青方法研究——蒸餾溫度和延遲時(shí)間[J].建筑材料學(xué)報(bào),2014,17(2):344-348.

[20] 肖晶晶,蔣 瑋,王振軍.改性乳化瀝青殘留物性能檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)體系研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(14):70-74.

[21] 楊建萍.瀝青回收料指標(biāo)和再生混合料性能研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2015.

四川省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目（2013A1-4）