回收瀝青方法研究——蒸餾溫度和延遲時間

徐 靜，劉 杰，秦昌榮，洪錦祥，劉加平

（1.江蘇省建筑科學研究院有限公司 高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇 南京 210008；2.江蘇博特新材料有限公司，江蘇 南京 210008）

隨著瀝青再生技術的發展和大力推廣［1－4］，人們已能從瀝青路面或瀝青混合料中回收瀝青.但是由于回收瀝青方法目前仍存在一定缺陷，因此回收瀝青中往往殘留礦粉和溶劑，并出現瀝青老化現象，而回收瀝青若不能呈現原瀝青的真實性能，則將給再生瀝青混合料的配合比設計帶來偏差，從而影響再生瀝青路面的服役性能和使用壽命.

本文采用三氯乙烯溶劑對原瀝青進行溶解，然后按JTG E 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中T 07269—2011瀝青回收方法（阿布森標準方法）蒸餾回收瀝青，再對比分析回收瀝青與原瀝青基本性能、熱失重、流變性能和微觀結構，考察阿布森標準方法的不適宜之處，在此基礎上，對阿布森標準方法作進一步的改進.

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

原瀝青采用重交70號石油瀝青，并按照JTG E 20—2011規程檢測其針入度、軟化點、15℃延度和135℃布什黏度，結果如表1所示.三氯乙烯，分析純，含量≥99.5%（質量分數）.

表1 原瀝青基本性能Table 1 Basic performance of original asphalt

1.2 試驗方法

1.2.1 瀝青回收

精確稱取100g原瀝青并置于燒瓶中，加入400g三氯乙烯將瀝青充分溶解，然后嚴格按照阿布森標準方法蒸餾回收瀝青，即：向燒瓶中的溶液注入CO2氣體，同時升高油浴溫度，使燒瓶溫度預先升至165℃（預熱溫度）.當三氯乙烯以滴狀蒸餾時，將CO2氣體流量增加到（1 400±50）mL／min，同時使燒瓶內的溫度保持為165℃（此即為蒸餾溫度），蒸餾回收瀝青.待三氯乙烯溶劑停止下滴后，繼續吹5min（此即為延遲時間）CO2，然后結束蒸餾.

將阿布森標準方法中的預熱和蒸餾溫度都降低至135℃，延遲時間增加至1，2，4，8h，然后回收瀝青.

1.2.2 回收瀝青基本性能測試

將蒸餾所得的熱瀝青注入相應的試驗模具內，成型后按JTG E 20—2011規程測試回收瀝青針入度、軟化點、15℃延度和135℃布什黏度.為保證試驗結果的可靠性，每種性能進行了3次重復測試試驗，然后取平均值.

1.2.3 紅外光譜分析

采用三氯乙烯將原瀝青或回收瀝青溶解（三氯乙烯與瀝青質量比為10∶1），再將溶液涂覆于檢測膜上，用吹風機吹干至三氯乙烯完全揮發，然后置于AVATAR 370型紅外光譜儀內進行紅外光譜分析.

1.2.4 熱失重分析

取5mg左右原瀝青或回收瀝青置于SDTQ600型DSC－TG 分析儀內檢測，升溫速率為10℃／min.

1.2.5 流變性能測試

參照JTG E 20—2011規程中T 0628－2011法，采用AR1500ex型動態剪切流變儀檢測原瀝青或回收瀝青的流變特性，檢測頻率為1.595 745Hz，試驗溫度范圍為46～70℃，間隔溫度為6℃.

2 結果與討論

2.1 阿布森標準方法存在的問題

按阿布森標準方法回收的瀝青針入度、軟化點、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

表2 回收瀝青基本性能Table 2 Basic performance of recycled asphalt

對比表2 和表1 可見：（1）原瀝青的針入度為6.357mm，而回收瀝青的針入度達到10.350mm，這主要是殘留的三氯乙烯導致回收瀝青軟化所引起的；（2）原瀝青的軟化點為47.95℃，而回收瀝青的軟化點為46.95℃，這仍然是殘留的三氯乙烯導致回收瀝青軟化所引起的；（3）原瀝青15℃延度＞150cm，而回收瀝青15 ℃延度僅為78.15cm，這表明回收瀝青發生了老化；（4）回收瀝青135℃布什黏度較原瀝青有一定程度的提高.綜上所述，阿布森標準方法存在一定的缺陷.采用該方法回收的瀝青不僅殘留了三氯乙烯，同時還有一定程度的老化，因此應對阿布森標準方法進行改進.

2.2 阿布森標準方法的改進

通過分析阿布森標準方法，認為其蒸餾溫度過高導致了瀝青發生老化，延遲時間不足導致了三氯乙烯的殘留，因此應適當降低蒸餾溫度并增加延遲時間.一般認為瀝青在130～135℃時具有較好的流動性且不易出現老化［5］，因此選擇蒸餾溫度為135℃，延遲時間為1，2，4，8h.按改進阿布森標準方法回收的瀝青針入度、軟化點、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

由表2可見：（1）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為1，2h時，回收瀝青針入度、軟化點、15℃延度和135℃布氏黏度與原瀝青基本一致，可見在該蒸餾溫度和延遲時間下，回收瀝青中基本無三氯乙烯殘留，且瀝青未出現老化現象.（2）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為4h時，雖然回收瀝青針入度、軟化點和15℃延度基本與原瀝青相同，但是回收瀝青135℃布什黏度較原瀝青有一定程度升高.回收瀝青針入度和軟化點與原瀝青基本相同，說明回收瀝青基本無三氯乙烯殘留；回收瀝青15℃延度與原瀝青基本相同，說明回收瀝青的延展性尚好，瀝青輕微氧化；回收瀝青135℃布什黏度有一定程度上升，說明回收瀝青中的輕質油（芳香分或飽和分）有所揮發.（3）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為8h時，與原瀝青相比，回收瀝青各項性能變化較大，針入度降幅＞1mm，軟化點升幅＞1℃，15℃延度明顯下降，135℃布什黏度較大上升，瀝青出現變硬現象，因此延遲時間過長也會導致瀝青發生老化.

2.3 分析討論

2.3.1 紅外光譜分析

圖1為回收瀝青和原瀝青的紅外光譜圖.由圖1可見：（1）采用阿布森標準方法（蒸餾溫度為165℃、延遲時間為5 min）回收的瀝青在3 150，1 600，960，850cm－1處分別出現了O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 基團特征峰，這表明采用阿布森標準方法回收的瀝青發生了“吸氧型”和“脫氫型”氧化反應，也就是說在165℃蒸餾溫度下回收瀝青產生了老化［6－7］.（2）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間分別為1，2h時，回收瀝青的紅外光譜圖基本與原瀝青相同，無O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基團特征峰出現，即瀝青未發生老化.（3）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為4h時，回收瀝青在960，850cm－1處分別出現了 S═ O 和 C═ C 基團特征峰，表明回收瀝青發生了輕微的氧化反應.（4）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為8h時，回收瀝青的紅外光譜圖出現了O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基團特征峰，表明回收瀝青發生了“吸氧型”和“脫氫型”氧化反應，老化程度比蒸餾溫度為135℃、延遲時間為4h的回收瀝青嚴重得多.

圖1 回收瀝青和原瀝青的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrogram of recycled asphalt and original asphalt

2.3.2 熱失重分析

三氯乙烯屬于常溫下極易揮發物質，沸點在87℃左右，但鑒于其在瀝青中不能自由揮發，因此重點研究回收瀝青和原瀝青從常溫至200 ℃的質量變化（見圖2），考察回收瀝青中是否殘留三氯乙烯.

圖2 回收瀝青和原瀝青的質量變化曲線Fig.2 Curves of mass change of recycled asphalt and original asphalt

由圖2可見，當蒸餾溫度為165℃、延遲時間為5min時，回收瀝青在最初的質量損失階段，其質量總處于原瀝青下方，說明該回收瀝青揮發的成分更多，除了輕質油（低分子飽和分和芳香分）揮發外，還存在三氯乙烯的揮發，因此采用阿布森標準方法回收的瀝青中殘留著三氯乙烯.

當蒸餾溫度降低至135℃，隨著延遲時間的變化，回收瀝青的質量變化曲線有所不同.當延遲時間為1，2h時，回收瀝青質量變化曲線基本與原瀝青吻合；當延遲時間為4，8h時，回收瀝青質量變化曲線與原瀝青有所不同，在最初的質量損失階段，回收瀝青質量損失要小于原瀝青，且最初質量損失階段結束時間比原瀝青有所提前，這表明當延遲時間為4，8h時，回收瀝青沒有三氯乙烯殘留，只有輕質油部分揮發.

2.3.3 流變性能分析

回收瀝青和原瀝青的流變性能見圖3（a）～（c）.由圖3（a）～（c）可見：（1）與原瀝青相比，阿布森標準方法回收的瀝青相位角較大、復合模量和車轍因子較小，可見阿布森標準方法回收的瀝青較原瀝青“軟”，這主要是因為該方法回收的瀝青中存在小分子溶劑三氯乙烯，軟化了瀝青，從而使瀝青更易變形的緣故.（2）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為1，2h時，回收瀝青相位角、復合模量和車轍因子與原瀝青較接近.（3）當蒸餾溫度為135℃，延遲時間為4h時，回收瀝青相位角較原瀝青小.（4）當蒸餾溫度為135℃，延遲時間為8h時，回收瀝青復合模量和車轍因子較原瀝青大.

本文僅對基質瀝青的回收方法進行了研究分析.由于改性瀝青與基質瀝青性能相差甚遠，因此改性瀝青的回收方法需進一步研究.

圖3 回收瀝青和原瀝青的流變性能Fig.3 Rheological properties of recycled asphalt and original asphalt

3 結論

（1）阿布森標準方法回收的瀝青針入度增加，軟化點下降，15℃延度減小，135℃布什黏度增加，流變性能發生變化，存在因氧化而生成的O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 氧化基團，在加熱過程中質量損失增大，因此該標準方法回收的瀝青不僅存在瀝青老化問題，而且存在三氯乙烯殘留問題.

（2）當蒸餾溫度為135℃、延遲時間為1，2h，回收瀝青的基本性能、熱失重和流變特性與原瀝青基本一致，且沒有氧化基團出現.當蒸餾溫度為135℃，延遲時間為4，8h時，回收瀝青135℃布什黏度增加，且出現 C═ O 和 S═ O 等氧化基團，熱失重較原瀝青少，流變特性與原瀝青也有所不同.因此回收瀝青時，蒸餾溫度宜為135℃，延遲時間宜控制在1～2h.

［1］COLBERT B，YOU Zhanping.The determination of mechanical performance of laboratory produced hot mix asphalt mixtures using controlled RAP and virgin aggregate size fractions［J］.Construction and Building Materials，2012，26：655－662.

［2］SILVA H M R D，OLIVEIRA J R M，JESUS C M G.Are totally recycled hot mix asphalts a sustainable alternative for road paving？［J］.Resources，Conservation and Recycling，2012，60：38－48.

［3］林翔，張金喜，苗英豪，等.再生瀝青混合料配合比設計影響因素試驗研究［J］.公路交通科技，2011，28（2）：14－19.LIN Xiang，ZHANG Jinxi，MIAO Yinghao，et al.Experimental study on factors affecting recycled asphalt mixture proportion design［J］.Journal of Highway and Transportation Research and Development，2011，28（2）：14－19.（in Chinese）

［4］中華人民共和國交通運輸部.公路瀝青路面再生技術規范［M］.北京：人民交通出版社，2008：1－45.The People's Republic of China Ministry of Transport.Technical specifications for highway asphalt pavement recycling［M］.Beijing：People's Communications Press，2008：1－45.（in Chinese）

［5］張登良.瀝青路面工程手冊［M］.北京：人民交通出版社，2003：676－678.ZHANG Dengliang.Asphalt pavement engineering handbook［M］.Beijing：People's Communications Press，2003：676－678.（in Chinese）

［6］LU Xiaohu，ISACSSON U.Chemical and rheological evaluation of ageing properties of SBS polymer modified bitumens［J］.Fuel，1998，77（9／10）：961－972.

［7］趙永利，顧凡，黃曉明.基于FTIR 的SBS改性瀝青老化特性分析［J］.建筑材料學報，2011，14（5）：620－623.ZHAO Yongli，GU Fan，HUANG Xiaoming.Analysis on SBS modified asphalt aging characterization based on Fourier transform infrared spectroscopy［J］.Journal of Building Materials，2011，14（5）：620－623.（in Chinese）