回收沥青方法研究——蒸馏温度和延迟时间

徐 静，刘 杰，秦昌荣，洪锦祥，刘加平

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司 高性能土木工程材料国家重点实验室，江苏 南京 210008；2.江苏博特新材料有限公司，江苏 南京 210008）

随着沥青再生技术的发展和大力推广［1－4］，人们已能从沥青路面或沥青混合料中回收沥青.但是由于回收沥青方法目前仍存在一定缺陷，因此回收沥青中往往残留矿粉和溶剂，并出现沥青老化现象，而回收沥青若不能呈现原沥青的真实性能，则将给再生沥青混合料的配合比设计带来偏差，从而影响再生沥青路面的服役性能和使用寿命.

本文采用三氯乙烯溶剂对原沥青进行溶解，然后按JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 07269—2011沥青回收方法（阿布森标准方法）蒸馏回收沥青，再对比分析回收沥青与原沥青基本性能、热失重、流变性能和微观结构，考察阿布森标准方法的不适宜之处，在此基础上，对阿布森标准方法作进一步的改进.

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

原沥青采用重交70号石油沥青，并按照JTG E 20—2011规程检测其针入度、软化点、15℃延度和135℃布什黏度，结果如表1所示.三氯乙烯，分析纯，含量≥99.5%（质量分数）.

表1 原沥青基本性能Table 1 Basic performance of original asphalt

1.2 试验方法

1.2.1 沥青回收

精确称取100g原沥青并置于烧瓶中，加入400g三氯乙烯将沥青充分溶解，然后严格按照阿布森标准方法蒸馏回收沥青，即：向烧瓶中的溶液注入CO2气体，同时升高油浴温度，使烧瓶温度预先升至165℃（预热温度）.当三氯乙烯以滴状蒸馏时，将CO2气体流量增加到（1 400±50）mL／min，同时使烧瓶内的温度保持为165℃（此即为蒸馏温度），蒸馏回收沥青.待三氯乙烯溶剂停止下滴后，继续吹5min（此即为延迟时间）CO2，然后结束蒸馏.

将阿布森标准方法中的预热和蒸馏温度都降低至135℃，延迟时间增加至1，2，4，8h，然后回收沥青.

1.2.2 回收沥青基本性能测试

将蒸馏所得的热沥青注入相应的试验模具内，成型后按JTG E 20—2011规程测试回收沥青针入度、软化点、15℃延度和135℃布什黏度.为保证试验结果的可靠性，每种性能进行了3次重复测试试验，然后取平均值.

1.2.3 红外光谱分析

采用三氯乙烯将原沥青或回收沥青溶解（三氯乙烯与沥青质量比为10∶1），再将溶液涂覆于检测膜上，用吹风机吹干至三氯乙烯完全挥发，然后置于AVATAR 370型红外光谱仪内进行红外光谱分析.

1.2.4 热失重分析

取5mg左右原沥青或回收沥青置于SDTQ600型DSC－TG 分析仪内检测，升温速率为10℃／min.

1.2.5 流变性能测试

参照JTG E 20—2011规程中T 0628－2011法，采用AR1500ex型动态剪切流变仪检测原沥青或回收沥青的流变特性，检测频率为1.595 745Hz，试验温度范围为46～70℃，间隔温度为6℃.

2 结果与讨论

2.1 阿布森标准方法存在的问题

按阿布森标准方法回收的沥青针入度、软化点、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

表2 回收沥青基本性能Table 2 Basic performance of recycled asphalt

对比表2 和表1 可见：（1）原沥青的针入度为6.357mm，而回收沥青的针入度达到10.350mm，这主要是残留的三氯乙烯导致回收沥青软化所引起的；（2）原沥青的软化点为47.95℃，而回收沥青的软化点为46.95℃，这仍然是残留的三氯乙烯导致回收沥青软化所引起的；（3）原沥青15℃延度＞150cm，而回收沥青15 ℃延度仅为78.15cm，这表明回收沥青发生了老化；（4）回收沥青135℃布什黏度较原沥青有一定程度的提高.综上所述，阿布森标准方法存在一定的缺陷.采用该方法回收的沥青不仅残留了三氯乙烯，同时还有一定程度的老化，因此应对阿布森标准方法进行改进.

2.2 阿布森标准方法的改进

通过分析阿布森标准方法，认为其蒸馏温度过高导致了沥青发生老化，延迟时间不足导致了三氯乙烯的残留，因此应适当降低蒸馏温度并增加延迟时间.一般认为沥青在130～135℃时具有较好的流动性且不易出现老化［5］，因此选择蒸馏温度为135℃，延迟时间为1，2，4，8h.按改进阿布森标准方法回收的沥青针入度、软化点、15℃延度和135℃布什黏度如表2所示.

由表2可见：（1）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为1，2h时，回收沥青针入度、软化点、15℃延度和135℃布氏黏度与原沥青基本一致，可见在该蒸馏温度和延迟时间下，回收沥青中基本无三氯乙烯残留，且沥青未出现老化现象.（2）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为4h时，虽然回收沥青针入度、软化点和15℃延度基本与原沥青相同，但是回收沥青135℃布什黏度较原沥青有一定程度升高.回收沥青针入度和软化点与原沥青基本相同，说明回收沥青基本无三氯乙烯残留；回收沥青15℃延度与原沥青基本相同，说明回收沥青的延展性尚好，沥青轻微氧化；回收沥青135℃布什黏度有一定程度上升，说明回收沥青中的轻质油（芳香分或饱和分）有所挥发.（3）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为8h时，与原沥青相比，回收沥青各项性能变化较大，针入度降幅＞1mm，软化点升幅＞1℃，15℃延度明显下降，135℃布什黏度较大上升，沥青出现变硬现象，因此延迟时间过长也会导致沥青发生老化.

2.3 分析讨论

2.3.1 红外光谱分析

图1为回收沥青和原沥青的红外光谱图.由图1可见：（1）采用阿布森标准方法（蒸馏温度为165℃、延迟时间为5 min）回收的沥青在3 150，1 600，960，850cm－1处分别出现了O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 基团特征峰，这表明采用阿布森标准方法回收的沥青发生了“吸氧型”和“脱氢型”氧化反应，也就是说在165℃蒸馏温度下回收沥青产生了老化［6－7］.（2）当蒸馏温度为135℃、延迟时间分别为1，2h时，回收沥青的红外光谱图基本与原沥青相同，无O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基团特征峰出现，即沥青未发生老化.（3）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为4h时，回收沥青在960，850cm－1处分别出现了 S═ O 和 C═ C 基团特征峰，表明回收沥青发生了轻微的氧化反应.（4）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为8h时，回收沥青的红外光谱图出现了O—H，C ═ O，S ═ O 和 C═ C 基团特征峰，表明回收沥青发生了“吸氧型”和“脱氢型”氧化反应，老化程度比蒸馏温度为135℃、延迟时间为4h的回收沥青严重得多.

图1 回收沥青和原沥青的红外光谱图Fig.1 Infrared spectrogram of recycled asphalt and original asphalt

2.3.2 热失重分析

三氯乙烯属于常温下极易挥发物质，沸点在87℃左右，但鉴于其在沥青中不能自由挥发，因此重点研究回收沥青和原沥青从常温至200 ℃的质量变化（见图2），考察回收沥青中是否残留三氯乙烯.

图2 回收沥青和原沥青的质量变化曲线Fig.2 Curves of mass change of recycled asphalt and original asphalt

由图2可见，当蒸馏温度为165℃、延迟时间为5min时，回收沥青在最初的质量损失阶段，其质量总处于原沥青下方，说明该回收沥青挥发的成分更多，除了轻质油（低分子饱和分和芳香分）挥发外，还存在三氯乙烯的挥发，因此采用阿布森标准方法回收的沥青中残留着三氯乙烯.

当蒸馏温度降低至135℃，随着延迟时间的变化，回收沥青的质量变化曲线有所不同.当延迟时间为1，2h时，回收沥青质量变化曲线基本与原沥青吻合；当延迟时间为4，8h时，回收沥青质量变化曲线与原沥青有所不同，在最初的质量损失阶段，回收沥青质量损失要小于原沥青，且最初质量损失阶段结束时间比原沥青有所提前，这表明当延迟时间为4，8h时，回收沥青没有三氯乙烯残留，只有轻质油部分挥发.

2.3.3 流变性能分析

回收沥青和原沥青的流变性能见图3（a）～（c）.由图3（a）～（c）可见：（1）与原沥青相比，阿布森标准方法回收的沥青相位角较大、复合模量和车辙因子较小，可见阿布森标准方法回收的沥青较原沥青“软”，这主要是因为该方法回收的沥青中存在小分子溶剂三氯乙烯，软化了沥青，从而使沥青更易变形的缘故.（2）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为1，2h时，回收沥青相位角、复合模量和车辙因子与原沥青较接近.（3）当蒸馏温度为135℃，延迟时间为4h时，回收沥青相位角较原沥青小.（4）当蒸馏温度为135℃，延迟时间为8h时，回收沥青复合模量和车辙因子较原沥青大.

本文仅对基质沥青的回收方法进行了研究分析.由于改性沥青与基质沥青性能相差甚远，因此改性沥青的回收方法需进一步研究.

图3 回收沥青和原沥青的流变性能Fig.3 Rheological properties of recycled asphalt and original asphalt

3 结论

（1）阿布森标准方法回收的沥青针入度增加，软化点下降，15℃延度减小，135℃布什黏度增加，流变性能发生变化，存在因氧化而生成的O—H，C ═ O，S ═O和 C ═C 氧化基团，在加热过程中质量损失增大，因此该标准方法回收的沥青不仅存在沥青老化问题，而且存在三氯乙烯残留问题.

（2）当蒸馏温度为135℃、延迟时间为1，2h，回收沥青的基本性能、热失重和流变特性与原沥青基本一致，且没有氧化基团出现.当蒸馏温度为135℃，延迟时间为4，8h时，回收沥青135℃布什黏度增加，且出现 C═ O 和 S═ O 等氧化基团，热失重较原沥青少，流变特性与原沥青也有所不同.因此回收沥青时，蒸馏温度宜为135℃，延迟时间宜控制在1～2h.

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