殘留物對回收瀝青性質影響規律

張曉華，王海朋，張 蓉，毛 成，周水文

殘留物對回收瀝青性質影響規律

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. 四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院，四川 成都 611130
2. 四川省路面結構材料及養護工程實驗室，四川 成都 611130

0 引 言

準確評價廢舊瀝青混合料（RAP）中回收瀝青的性能是瀝青路面廠拌熱再生的關鍵技術之一，是后續廠拌熱再生配合比設計和確保路用性能的基礎。《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（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，即阿布森法和旋轉蒸發器法。在整個瀝青回收過程中，用離心機分離會有礦粉在瀝青溶液中存留的可能，再采用阿布森法和旋轉蒸發器法回收瀝青時無法將殘留礦粉去除，同時又存在三氯乙烯（TCE）殘留的可能[1-4]。眾所周知，礦粉和TCE的存在影響了對回收瀝青性質的判斷。鑒于此，分析礦粉和三氯乙烯殘留對瀝青性質的影響是準確獲取回收瀝青性質的前提條件。針對該問題，汪輝等采用原樣基質瀝青分析了礦粉和TCE對瀝青性質的影響。馬濤等人分析了礦粉和TCE對原樣SBS改性瀝青性能的影響，來模擬抽提殘留物對回收瀝青性質的影響[5-8]。

然而，目前對現有抽提殘留物影響的研究均采用原樣瀝青忽略了實踐中回收瀝青為老化瀝青這一關鍵要素。因此，為更科學準確地模擬礦粉和TCE殘留對回收瀝青性質的影響，本研究對基質瀝青和SBS改性瀝青進行壓力老化制備老化瀝青，分析不同礦粉和TCE摻量對原樣基質瀝青、原樣SBS改性瀝青、老化基質瀝青和老化SBS改性瀝青性質的影響。在分析影響規律的基礎上，采用單因素方差分析和閾值分析確定評判殘留物對瀝青性質影響的敏感指標和對指標產生影響的含量閾值，為合理和準確評價回收瀝青性質提供了依據。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）瀝青。本文采用70#基質瀝青和SBS改性瀝青進行試驗，瀝青的基本性質如表1所示。考慮到回收的瀝青均為老化瀝青，為模擬殘留物對老化瀝青的影響，采用壓力老化容器加速瀝青老化試驗方法（T0630—2011）獲取70#和SBS改性瀝青相對應的老化瀝青，指標見表1。

表1 瀝青的基本性質

（2）礦粉。采用基巖為石灰巖磨細的礦粉，篩分試驗結果見表2。

表2 礦粉級配

1.2 試驗方法

（1）瀝青性能指標。本文采用T0604—2011、T0605—2011、T0605—2011、T0628—2011試驗方法測試在不同試驗溫度下，瀝青三大指標及車轍因子，70#基質瀝青延度采用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%（質量比）的礦粉和三氯乙烯，采用瀝青攪拌機攪拌均勻，澆樣測試瀝青性能。

2 殘留物對瀝青各指標的影響規律分析

2.1 殘留物含量對針入度的影響

殘留物對原樣瀝青、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。這是因為，礦粉的存在使瀝青變稠，導致瀝青的針入度降低。對不同礦粉摻量下瀝青針入度數據進行線性擬合，發現相關系數R2的離散性很大，這主要是因為礦粉摻量較小，對瀝青很難產生均勻的影響。相對于原樣瀝青，老化瀝青隨礦粉摻量變化的線性擬合系數均有所降低，老化瀝青的針入度對礦粉摻量的敏感性變弱[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對瀝青的稀釋作用所致，70#原樣瀝青在TCE加入后針入度增長較為劇烈，相對SBS改性瀝青更為敏感。與礦粉的影響相同，TCE對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對瀝青針入度影響的敏感系數均高于礦粉對瀝青針入度影響的敏感系數。

旋轉蒸發器

2.2 殘留物含量對軟化點的影響

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

2.3 殘留物含量對延度的影響

圖2 TCE含量對瀝青針入度的影響

殘留物對原樣瀝青、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#基質瀝青尤其明顯，當瀝青中摻入0.5%的TCE，其10 ℃延度迅速超過160 cm，相對SBS改性瀝青更為敏感。礦粉和TCE對原樣瀝青延度影響的敏感度顯著高于對老化瀝青的影響。TCE含量對瀝青延度的影響敏感性高于礦粉對相應瀝青延度的影響。

圖3 礦粉含量對瀝青軟化點的影響

圖4 TCE含量對瀝青軟化點的影響

2.4 殘留物含量對車轍因子的影響

殘留物對原樣瀝青、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。總體來說，TCE和礦粉對老化瀝青車轍因子影響的敏感度顯著高于對原樣瀝青的影響。TCE含量對瀝青車轍因子的影響敏感性高于礦粉對相應瀝青車轍因子的影響。

圖5 礦粉含量對瀝青延度的影響

圖6 TCE含量對瀝青延度的影響

圖7 礦粉含量對車轍因子的影響

3 方差分析及閾值分析

3.1 殘留物含量對瀝青各指標影響的方差分析

圖8 TCE含量對車轍因子的影響

為了分析殘留物含量對瀝青指標的影響是否顯著，基于所獲取的瀝青指標測試結果，在置信區間為95%的條件下進行單因素方差計算，方差計算得到的F值和查表獲取的Fcrit結果如表3所示。如果F值大于Fcrit，則認為殘留物含量對瀝青各指標的影響顯著。可以看出，軟化點、針入度和延度指標均出現了F小于Fcrit的情況，即殘留物含量對軟化點、針入度和延度的影響不顯著，而車轍因子的方差分析結果中F均大于Fcrit，說明礦粉和TCE的含量對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。

3.2 殘留物含量對瀝青各指標產生影響的閾值

雖然殘留物對瀝青性質的影響存在一定規律，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。故以規范規定的試驗誤差要求為限定，認為影響在試驗誤差范圍內是可以忽略的，從而確定允許殘留物含量的閾值。《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E2—2011）要求“當軟化點小于80 ℃時，重復性試驗允許誤差為1 ℃；當軟化點大于80 ℃時，重復性試驗允許誤差為2 ℃；針入度在0～49（0.1 mm）時，允許誤差為2；針入度在50～149（0.1 mm）時，允許誤差為4 ℃；延度試驗結果小于100 cm時，其重復性試驗的允許誤差為平均值的20%；車轍因子的重復性允許誤差為6.4%，TFOT/RTFOT后殘留物為9%”。本研究中，誤差范圍為百分比時，以未摻加殘留物的瀝青測試結果為基準計算誤差范圍；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，閾值結果見表4。

由表4可知，礦粉殘留物對老化瀝青指標的影響相對較小，含量在1.5%以內時，雖可以影響瀝青三大指標的變化趨勢，但在試驗誤差內，可以忽略，而原樣瀝青在礦粉含量達到0.1%時，延度指標的變化已不可忽略，說明礦粉含量對老化瀝青指標的影響更強；TCE殘留相對礦粉更加敏感，在含量達到0.3%以上時，老化瀝青的指標變化已不可忽略，應盡量將TCE清除[19-21]。從敏感度也可以看出，TCE含量對老化瀝青的影響同樣要低于原樣瀝青。

表3 對瀝青各指標影響的方差分析結果

表4 對瀝青各指標產生影響的殘留物含量閾值分析

離心式抽提儀

4 結語

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

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

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

（4）車轍因子更能反應殘留物對瀝青流變性能的影響，評價回收瀝青的性能時宜增加車轍因子。

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四川省交通運輸廳科技項目（2013A1-4）