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        旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀法回收瀝青及其改進(jìn)方法探討

        2021-12-24 05:04:02姬嵐鑫
        西部交通科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:道路工程

        摘要:為評(píng)價(jià)現(xiàn)行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收瀝青的有效性,文章以三氯乙烯為溶劑溶解瀝青,根據(jù)回收前后的質(zhì)量差計(jì)算三氯乙烯溶劑殘留量,并將三氯乙烯殘留量作為回收方法有效性的評(píng)價(jià)指標(biāo),同時(shí)提出了改進(jìn)方法,驗(yàn)證了改進(jìn)方法的可行性。得出結(jié)論如下:現(xiàn)行規(guī)范方法回收瀝青具有較大的缺陷,殘留的三氯乙烯含量過高,且殘留的三氯乙烯對(duì)瀝青的三大指標(biāo)影響不可忽視,而改進(jìn)后的回收方法能有效降低殘留三氯乙烯的含量,相對(duì)現(xiàn)行規(guī)范方法更科學(xué)合理。

        關(guān)鍵詞:道路工程;回收瀝青;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀法;三大指標(biāo)

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:U416.02-A-12-034-3

        0 引言

        老化瀝青的回收與評(píng)價(jià)為路面再生提供重要的信息和參考,對(duì)路面再生設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用。老化瀝青的回收一般有兩種方法:阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器法

        [1]。阿布森法比旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器法問世早,但現(xiàn)有的研究表明阿布森法回收瀝青溶劑殘留多,難以有效回收老化瀝青,而旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器法能夠有效降低溶劑的含量,有利于正確評(píng)估老化瀝青的性能[2]。目前,關(guān)于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀法回收瀝青的研究較多,且已經(jīng)證明了三氯乙烯對(duì)瀝青的性能有不可忽視的影響。《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)[3]中所推薦的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器回收瀝青主要規(guī)定了50 ℃和155 ℃兩個(gè)階段的試驗(yàn)溫度,對(duì)試驗(yàn)過程的細(xì)節(jié)缺乏規(guī)定,殘留的三氯乙烯對(duì)瀝青性能影響有待進(jìn)一步研究。本文首先通過在原樣瀝青中加入不同摻量的三氯乙烯,量化三氯乙烯含量對(duì)瀝青三大指標(biāo)的影響,然后根據(jù)

        《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)所采用的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器回收方法對(duì)瀝青溶液進(jìn)行回收,探討現(xiàn)行方法的三氯乙烯殘留量。最后,采用本團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的新回收方法,對(duì)規(guī)范方法進(jìn)行改進(jìn),通過瀝青回收后的三氯乙烯殘留量驗(yàn)證了新方法的有效性。

        1 原材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.1 原材料

        本文試驗(yàn)選用市場上常見的70#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青作為試驗(yàn)原材料,

        70#基質(zhì)瀝青廠家為中海,SBS改性瀝青為殼牌?;|(zhì)瀝青與改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1和表2所示。采用的溶劑為工業(yè)用三氯乙烯,相關(guān)參數(shù)如表3所示。為兼顧效率與回收質(zhì)量,溶解瀝青時(shí),瀝青與三氯乙烯的比例為1∶4。

        1.2 試驗(yàn)方法

        采用瑞士BUCHI公司生產(chǎn)的步琦R300型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀器,該儀器主要由冷凝回收系統(tǒng)、加熱鍋、真空泵、冷凝器四部分構(gòu)成,具有參數(shù)控制穩(wěn)定、安全便捷、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。本文的瀝青回收方法主要有兩個(gè):(1)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)所規(guī)定的回收方法;(2)研究團(tuán)隊(duì)采用的改進(jìn)回收方法。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011),主要分為兩個(gè)回收階段:(1)50 ℃±5 ℃油浴下,先以50 r/min的旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)蒸餾瓶,然后逐漸加大旋轉(zhuǎn)速度,持續(xù)蒸餾直至無溶劑冷凝回收,最后逐漸降低旋轉(zhuǎn)速度至20 r/min,第一階段結(jié)束;(2)在15 min內(nèi)將油浴溫度上升至155 ℃±5 ℃,以20 r/min的旋轉(zhuǎn)速度蒸發(fā)溶劑15 min。本研究團(tuán)隊(duì)采用的回收方法分為12個(gè)階段,具體參數(shù)如表4所示。該方法的原理為梯次增加油浴溫度,低溫油浴水平和高溫油浴水平采用不同的回收參數(shù)。在105 ℃及以下溫度,油浴溫度較低,蒸餾時(shí)間較長,可有效避免瀝青的老化;同時(shí),在低溫下,三氯乙烯的濃度較高,真空度可設(shè)置較低水平。在125 ℃及以上溫度,油浴溫度較高,此時(shí)降低每階段的持續(xù)時(shí)間,防止瀝青老化;經(jīng)過低溫階段的回收,三氯乙烯的濃度已有較大程度降低,為充分減少瀝青中三氯乙烯含量,設(shè)置了較低水平的真空度,有利于三氯乙烯蒸汽的蒸發(fā)。根據(jù)實(shí)際測試,相同的瀝青溶液,規(guī)范所采用的方法與本團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的方法采用時(shí)間相近。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 三氯乙烯對(duì)瀝青性能的影響

        三氯乙烯對(duì)瀝青性能的影響不可忽視,而且根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)可知,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀法回收瀝青并不能完全蒸發(fā)三氯乙烯溶劑,回收瀝青殘留一定程度的三氯乙烯溶劑。因此,可在熱瀝青中添加預(yù)定摻量的三氯乙烯溶劑,采用高速剪切攪拌器混合均勻,量化三氯乙烯對(duì)瀝青性能的影響程度,為后文分析不同回收方法有效性提供依據(jù)。本節(jié)采用的回收方法為團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的改進(jìn)方法,為能夠采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)工具分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),平行試驗(yàn)次數(shù)設(shè)置為10。試驗(yàn)結(jié)果如表5和表6所示。

        從表5、表6可知,當(dāng)三氯乙烯摻量>0.5%時(shí),三氯乙烯摻量對(duì)瀝青三大指標(biāo)影響顯著,但三氯乙烯摻量≤0.5%時(shí),三大指標(biāo)的差異并不明顯。因此,有理由認(rèn)為三氯乙烯殘留量低于0.5%時(shí),改進(jìn)方法回收瀝青性能與原樣瀝青幾乎無差別。為明確這一猜想,采用SPSS數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件中的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

        t檢驗(yàn)主要用于樣本含量較?。ɡ鏽<30),總體標(biāo)準(zhǔn)差σ未知的正態(tài)分布[4]。t檢驗(yàn)設(shè)置

        P 值時(shí),一般以P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,

        P<0.01為有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,P<0.001為有極其顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,P≥0.05則無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[5]。

        驗(yàn)證結(jié)果如表7所示。

        從表7可以看出,當(dāng)三氯乙烯摻量≤0.50%時(shí),基質(zhì)瀝青和改性瀝青的

        P值>0.05,證明0.25%和0.5%三氯乙烯摻量對(duì)瀝青指標(biāo)無顯著性影響。因此,在實(shí)際工程中,可將三氯乙烯溶劑殘留量≤0.50%作為回收有效性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

        2.2 回收過程瀝青老化問題探討

        《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)[6](以下簡稱規(guī)范)對(duì)道路石油瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱加熱試驗(yàn)(RTFOT)和薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)前后質(zhì)量變化的要求為

        ≤±0.8%,對(duì)聚合物改性瀝青的要求為≤±1.0%。規(guī)范要求RTFOT和TFOT質(zhì)量變化與前文三氯乙烯殘留量回收有效性標(biāo)準(zhǔn)值0.50%相接近。在實(shí)際回收試驗(yàn)過程中,不可避免出現(xiàn)老化現(xiàn)象,熱氧老化將會(huì)引起瀝青質(zhì)量變化,從而影響三氯乙烯殘留量計(jì)算的精確性。為探明回收過程熱氧老化對(duì)瀝青質(zhì)量變化的影響,有必要對(duì)其開展研究。按照規(guī)范方法與改進(jìn)方法,不添加三氯乙烯溶劑對(duì)原樣瀝青進(jìn)行老化試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

        從表8可以看出,回收過程的瀝青質(zhì)量變化較小,對(duì)三氯乙烯殘留量計(jì)算的精確性影響不大。

        2.3 回收方法對(duì)瀝青性能的影響

        前文已經(jīng)證明:三氯乙烯殘留量對(duì)瀝青性能有較大程度的影響,但殘留量≤0.50%時(shí),可認(rèn)為影響可以忽略不計(jì)。因此,以殘留量≤0.50%為標(biāo)準(zhǔn),對(duì)比規(guī)范方法與改進(jìn)方法回收瀝青的有效性和科學(xué)性。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

        從表9可以看出,規(guī)范方法三氯乙烯溶劑殘留量過高,已經(jīng)明顯超過三氯乙烯對(duì)瀝青性能指標(biāo)影響的閾值——0.5%。而改進(jìn)方法的三氯乙烯殘留量較小,基本在0.5%范圍內(nèi)。

        3 結(jié)語

        (1)三氯乙烯摻量對(duì)瀝青三大指標(biāo)影響隨著含量降低而逐漸減小,當(dāng)摻量<0.5%時(shí)對(duì)瀝青三大指標(biāo)無顯著性影響。

        (2)規(guī)范所采用的瀝青回收方法與改進(jìn)方法對(duì)瀝青老化的影響較小,并不影響三氯乙烯殘留量計(jì)算的精確性。

        (3)在三氯乙烯殘留量的控制方面,改進(jìn)方法優(yōu)于規(guī)范方法。由于規(guī)范的回收方法并未對(duì)三氯乙烯的殘留量做出要求,推薦在實(shí)際工程中以三氯乙烯殘留量<0.5%作為回收方法有效性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張亞財(cái),韓 森,邵珠濤.旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法回收瀝青及其改進(jìn)方法研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2020,60(2):192-199.

        [2]樊 亮,李永振,林江濤.旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器法回收瀝青空白試驗(yàn)研究[J].公路,2013(10):194-196.

        [3]JTG E20-2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

        [4]Fisher Box,Joan.Guinness,Gosset,F(xiàn)isher,and Small Samples.Statistical Science.1987,2(1):45-52.

        [5]樊冬梅.假設(shè)檢驗(yàn)中的P值[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2002,17(4):70-71.

        [6]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

        收稿日期:2021-03-18

        作者簡介:

        姬嵐鑫(1986—),工程師,主要從事道路工程研究和教學(xué)工作。

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