沥青胶结料回收与再生方法研究

沥青胶结料回收与再生方法研究

陈琦琦

重庆交通大学土木工程学院，重庆市， 400074

摘要：随着我国经济和社会的快速发展，公路建设事业也处于快速发展的黄金期。到2019年年末，全国已建成的公路总里程达501.25万km，其中有14.96万km是高速公路，稳居世界第一，我国正在加快由交通大国迈向交通强国的步伐。但是与欧美等发达国家相比，我国公路建设事业开始时间较晚，为了满足经济发展的需要，公路建设已经远远超过相应技术发展完善的进程，再加上我国公路面临的环境复杂、气候多变、交通量大和超载严重等问题，导致大部分沥青路面在运营后未达到设计使用年限时，甚至短短两三年内就会出现车辙、坑槽、裂缝等各种病害，需要进行维修与养护。

关键词：沥青胶结料；回收沥青；再生剂

引言

据不完全统计，沥青路面在我国已建成的高等级公路中占比超过90%，且每年需要维修养护的沥青路面超过了12%，由此估计，若采用传统的铣刨重铺维修养护方式，我国每年可产出1.8亿t以上沥青路面回收铣刨料。若将这些旧料废弃，则会浪费资源，污染环境，与节约资源和保护环境的基本国策及绿色发展理念相悖；而采用沥青路面再生技术不仅会实现旧料的再生利用，缓和资源矛盾，而且其适用范围广，经济效益、环保效应及社会效益显著。而且我国高等级沥青路面大多采用优质的沥青和石料，因此旧沥青路面回收铣刨料的再生利用价值显著。因此对废旧沥青路面材料进行再生利用，己经成为我国高等级公路养护的必然趋势。

1、沥青胶结料回收与再生方法

1.1沥青胶结料回收方法

从废旧沥青混合料中回收沥青胶结料的原理在于选择合适的溶剂使沥青溶解，得到含有沥青的溶液，再将沥青胶结料从溶液中提取出来。其中需要解决的主要难点，一是溶剂的选择；二是溶剂与沥青的分离技术。此外溶剂在溶解沥青混合料中沥青的同时不可避免地会混入少量矿粉，混入的矿粉对再生沥青的性质会造成不利影响，因此必须去除溶液中的矿粉。对于回收沥青胶结料的溶剂，国内外有着不同的规定。ASTMD2172规定采用三氯乙烯、三氯甲烷或者笨等有机溶剂；日本基于对溶剂的毒性、不可燃性与沸点等的考量，规定采用三氯乙烯作为回收沥青胶结料的溶剂；我国规范规定采用高纯度的工业用三氯乙烯作为回收沥青胶结料的溶剂。目前去除沥青中混入矿粉常用的方法有静置沉淀法和高速离心分离法。静置沉淀法利用重力作用来去除矿粉颗粒，一般需沉降24h才可使矿粉含量低于1%，效率较低，且对于矿粉颗粒与沥青溶液可能形成的稳定胶体物质，其分离效果有待进一步验证；而采用离心分离法时间较短，因此我国规范推荐采用高速离心分离法来去除沥青中混入的矿粉。对于去除沥青中三氯乙烯溶剂，我国现行规范提供了两种方法，分别是阿布森法与旋转蒸发器法。两者都是利用高速离心分离法去除矿粉得到含有沥青与三氯乙烯的抽提液，然后采用蒸馏法使三氯乙烯挥发，从而回收得到沥青胶结料；两者的主要区别在于试验装置不同。相比较而言，旋转蒸发器法操作相对简单、试验精度高，且对回收沥青性质影响较小，在国内外被广泛使用。

1.2沥青胶结料再生机理与再生方法

沥青老化伴随着沥青路面从修建到使用的整个过程，包括拌和、运输、贮存、摊铺、碾压等阶段的短期老化，和沥青路面修建完毕后整个服役阶段的长期老化。沥青短期老化主要是热老化，受温度控制，严格控制施工温度可以降低沥青老化程度；长期老化则与自然环境中的光、热、水、氧等因素及行车荷载等有关。随着老化程度的提高，沥青逐渐变硬，黏度逐渐增大，与集料的粘附性逐渐降低，从而导致沥青路面路用性能降低。有关研究指出，尽管沥青的质量只占沥青混合料总质量的3%~15%，但却影响着沥青混合料70%以上的性能。由此可见，沥青的老化严重影响着沥青路面的性能，因此必须深入研究老化沥青的再生机理与再生方法。目前对于沥青老化机理的分析，存在两种主流理论，即组分迁移理论与相容性理论。前者认为，只有当构成沥青的各组分满足一定的数量关系时，沥青才能表现出良好的性质，而沥青的老化破坏了这一关系从而导致沥青的性质降低。后者将沥青假想为高分子浓溶液，即沥青质为溶质分散在包括胶质与油分等在内的软质沥青构成的溶剂中，只有当两者的溶解度参数之差小于某一定值时，沥青各组分才能处于稳定相容状态。

2、再生沥青的性能评价

2.1高温性能

沥青的高温性能是指在高温环境下，随着车辆的往返载荷作用，沥青能够防止侧方变形和剪切变形的影响，确保行驶安全的能力。沥青的高温性能采用MSCR试验是目前研究中最常见的方法，此次试验对新沥青的试验温度为60℃，对再生沥青的温度为70℃。分别进行了新沥青和不同回收沥青掺量下的MSCR试验。实验表明，在相同试验条件下，新沥青的应力敏感性归因于再生沥青的应力敏感性，且回收沥青的用量持续增加。MSCR应力条件下，再生沥青对沥青的应力敏感性呈下降趋势，表明添加再生剂后沥青的耐高温车辙耐性有所下降。2.2低温性能

内蒙古部分地区冬季气温低，要保证沥青路面良好的低温性能，需要保证再生沥青满足该地区低温抗裂性能的要求。由于有长期老化行为，沥青材料具有硬脆的特点，其粘弹性能也极度衰减，从宏观角度转变为再生沥青混合物，容易发生开裂(温度裂缝和疲劳裂缝)，另外，随着回收沥青的掺量增加，因此，添加回收沥青后，如何保证再生沥青的抗裂性能是一个值得保证的课题。采用低温小梁弯曲流变实验( BBR )测定再生沥青的低温性能，以临界低温值作为评价指标。 实验结果表明，沥青低温性能越差，回收的沥青老化时间越长，沥青的低温性能越不理想。新沥青在长期老化后，还没有出现裂缝的风险，但再生沥青的裂缝风险急剧增加。

2.3中温性能

中温性能是指在中温环境下沥青在行驶荷载的反复作用下抵抗疲劳裂纹发生的能力。此次，利用动态流变测试分析了中温环境( 25℃、15℃)新沥青和不同再生沥青的复剪模量和相位角，在此基础上计算了沥青中温评价指标。试验结果表明，随着回收沥青掺量的增加，再生沥青的疲劳抗裂性能(长期抗裂性能)有下降的趋势，添加回收沥青在增加再生沥青中温疲劳敏感性的同时，添加再生剂后，30%的再生沥青的中温性能达到了新的水平 这表明，使用再生剂后，添加30%的回收沥青后，可以满足再生沥青中温疲劳性能的要求。采用30%以上的回收沥青后，应采用更多的手段来提高沥青的疲劳性能。

结束语

本文通过对老化沥青的回收与再生技术的研究，分析了矿粉与三氯乙烯残留量及不同回收方法对回收沥青性质的影响，探讨了再生剂掺量对老化沥青性质的影响，得到的主要结论如下：①综合分析沥青胶结料抽提与回收过程，回收沥青胶结料中残留的矿粉与三氯乙烯对沥青的性质造成影响，即使残留1%矿粉、0.5%三氯乙烯也会导致试验结果的偏差。②阿布森法与旋转蒸发器法均会导致回收沥青胶结料的老化，阿布森法回收得到的沥青胶结料老化更明显。③再生剂能显著降低老化沥青的黏度，增大其25℃针入度，使老化沥青重新恢复其施工性。再生剂掺量达到5%时，再生沥青得25℃针入度与黏度可以恢复到原基质沥青的水平。④再生剂的使用导致老化沥青的软化点与76℃的抗车辙因子降低，影响了再生沥青的高温性能，工程实践中应严格控制再生剂的剂量。

参考文献：

1. 魏国栋.浅析沥青混凝土路面的高温稳定性[J].内蒙古公路与运输,2021，（02）：15-18.

2. 李健.改性沥青路面就地热再生关键技术研究[D].南京：东南大学,2019.