道路废旧沥青的再生利用研究

王祺昌 金权斌 林亚萍

(东南大学成贤学院，江苏 南京 210000)

0 引言

根据JTG D50—2006 公路沥青路面设计规范，我国沥青路面使用年限一般在15年［1］，因此，每过十多年沥青路面就得进行翻修。而我国是沥青路面应用广泛的国家，每年有大量沥青路面需要重新修建。当道路进行重修时，就会有大量的旧沥青路面需要进行挖掘和洗刨，由此便会产生大量废旧沥青混合料［2，3］。大量研究表明，废旧沥青混合料可以通过再生用于路面的面层，其沥青再利用率可达50%以上［4］。因此废旧沥青混合料的有效再利用可节省沥青材料，大大降低工程成本，从而降低工程造价。既符合能源再生利用的原则，又遵循可持续发展的理念，对道路工程的建设具有重大的意义。

本文将重点研究道路废旧沥青的再生利用，设计出既合理又经济的再生剂的配合比。

以A 级的70 号沥青作为新沥青，在提取的废旧沥青中添加自制再生剂与新沥青形成再生沥青，重点分析测定再生沥青的针入度、软化点指标。所制备的再生沥青质量符合《公路沥青路面施工技术规范》标准中1-3 与1-4 气候分区所要求70 号A 级沥青标准(JTG F40—2004)。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

A 级70 号道路沥青;SBS 改性沥青;废旧沥青(南京市浦口区双向四行车道废旧沥青混合料)。三者的主要理化性质见表1。再生剂:废机油、环氧树脂、聚酰胺树脂;溶剂:三氯乙烯。

表1 A 级70 号沥青、SBS 改性沥青及废旧沥青的主要理化性质

1.2 实验仪器

RE-2000 旋转蒸发器，SHZ-Ⅲ循环水式真空泵，SYD-2801E 针入度试验器，SYD-2806E 全自动沥青软化点试验器，调温万用电炉，若干烧瓶和削土刀。

1.3 实验方法

1.3.1 废旧沥青的提取

用三氯乙烯浸泡废旧沥青混合料，通过过滤后回收滤液，分批次装入烧瓶。通过旋转蒸发器，蒸馏得出三氯乙烯，得到粗废旧沥青，静置干燥后，进行破瓶提取出废旧沥青的粘稠物，最后分瓶标记存装。

1.3.2 再生剂的制备

首先设计出占总质量2.75%，4%与6%的废机油、1.4%，2%与3%的环氧树脂、2.5%，3%与4%的聚酰胺树脂的六种不同再生剂，并分瓶标记存装。其次设计出两组以废机油为主、环氧树脂与聚酰胺树脂为辅的再生剂，两组配合比为:占总质量比例为4%废机油或者6%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树，并分瓶标记存装。最后根据实验结果再添加不同比例的新沥青改善再生沥青的基本性能。

1.4 实验步骤

通过电炉软化废旧沥青，再掺和不同比例的再生剂或按照一定比例添加新沥青，进行均匀搅拌，静置超过12 h 后，进行针入度与软化点测定，得出数据并记录。

1.5 再生沥青再生机理

根据沥青老化的胶体结构理论分析［5］，沥青在受到热、氧等因素的影响后沥青胶体会发生变化，从芳香酚到胶质再到沥青质的过程中产生了老化现象。为了恢复沥青的性能，需要调节沥青的化学组成成分与其比例。在老化的沥青质中，加入稠度油料(即由废机油、环氧树脂、聚酰胺树脂调配制的再生剂)进行调配，或者加入新沥青进行调和，使其达到平衡。

2 结果与讨论

2.1 实验结果与分析

2.1.1 三种溶剂对性能的影响

废机油、环氧树脂、聚酰胺树脂会改变废旧沥青的基本理化指标。考察三种溶剂按照不同的用量(占总质量的质量分数，下同)对废旧沥青的软化点、针入度的影响，结果见图1～图3(软化点单位为℃，针入度单位为0.1 mm，下同)。

图1 废机油用量对再生沥青主要性质的影响

由图1 可见，随着废机油的用量的增大，再生沥青的软化点明显降低，再生沥青的针入度明显增大。

由图2 可见，随着环氧树脂的用量的增大，再生沥青的软化点降低不明显，再生沥青的针入度增大亦是不明显。

由图3 可见，随着聚酰胺树脂的用量的增大，再生沥青的软化点降低较为明显，针入度亦有增大的趋势。由此可见，聚酰胺树脂相比环氧树脂对废旧沥青的软化点与针入度的改善有一定的影响。

从以上结果可以得出，废机油对废旧沥青的软化点与针入度的改善起主要作用，聚酰胺树脂其次，环氧树脂影响最小。故在再生剂的配比中，采用以废机油为主、环氧树脂与聚酰胺树脂为辅的配合比，其中环氧树脂用量取为1.4%，聚酰胺树脂用量取为4%。

图2 环氧树脂的用量对再生沥青主要性质的影响

图3 聚酰胺树脂的用量对再生沥青主要性质的影响

2.1.2 再生剂对性能的影响

根据上述实验结果，可知在废机油、环氧树脂、聚酰胺树脂用量合理范围内，再生沥青不符合JTG F40—2004 中A 级沥青标准。故在废旧沥青中分别掺合占总质量为4%废机油或者6%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树脂形成再生沥青样品A 与样品B，再测定再生沥青样品的主要指标，结果见表2。

表2 再生沥青样品A，B 的主要理化性质

由表2 可见，按照比例混合的再生剂对废旧沥青的软化点与针入度的改善相比单个的影响较为明显，特别在废机油的使用用量上。在其他用量不变下，废机油用量从4%提高到6%，使再生沥青的性能有所提高。

2.1.3 添加新沥青对性能的影响

由上述实验可知，单纯依靠添加废机油、环氧树脂、聚酰胺树脂配比成的再生剂亦不能达到JTG F40—2004 中A 级沥青标准。所以在掺合已经配制的再生剂中添加新沥青，其比例为1∶2(旧沥青质量∶2 新沥青质量，下同)和1∶3。在废旧沥青中添加占总质量为4%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树脂与2 倍于废旧沥青质量的新沥青形成再生沥青样品C;在废旧沥青中添加占总质量为4%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树脂与3 倍于废旧沥青质量的新沥青形成再生沥青样品D;在废旧沥青中添加占总质量6%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树脂与2 倍于废旧沥青质量的新沥青形成再生沥青样品E;在废旧沥青中添加6%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚酰胺树脂与3 倍于废旧沥青的新沥青形成再生沥青样品F。多次实验取平均值，结果见表3。

由表3 可见，在掺合配制的再生剂中添加适当的新沥青能极大的改善废旧沥青的软化点与针入度性能。除C 样品的指标不符合标准外，其余再生沥青都符合JTG F40—2004 中A 级沥青标准中关于软化点与针入度的指标。

表3 再生沥青样品C，D，E，F 的主要理化性质

2.2 经济可行性分析

根据不完整数据统计，1 km 高速公路中沥青使用量大约470 t，假设470 t 均采用70 号沥青。根据中国沥青协会最新沥青价格，沥青的平均单价为2 938 元/t，那么原有新沥青费用约为1 380 860 元/km(合138.086 万元/km)。根据目前国家物价，回收废机油价格一般在1 500 元/t，工业级三氯乙烯6.5 元/kg，环氧树脂370 元/420 kg，聚酰胺树脂21 元/30 kg。因为在翻修时可利用原有的道路沥青混合料作为废旧沥青混合料，故可假设费用为零。提取的三氯乙烯可循环利用，故可按照3 250 元为固定费用。由上述实验可知，只有三种实验样品符合标准，故计算三种样品在施工中的费用。结果见表4。

表4 三种实验样品在实际应用中的费用

从表4 可见，在高速公路1 km 范围内，按照D，E，F 样品得到的再生沥青所使用的费用大约在88 万元～100 万元之间，相比完全使用新沥青使用的费用138 万元更经济。特别地，E 样品在实际应用中的费用相比其他两种更少，更具有经济效益。

2.3 实验的误差

由于静置时间、相对湿度、温度对沥青老化会有一定的影响，所以产生不可避免的误差。由于仪器设备产生的误差则通过多次测量结果取平均值消除误差。

3 结语

1)在提取的道路废旧沥青中添加自制再生剂与2 倍或3 倍于废旧沥青的新沥青所制得的再生沥青软化点以及针入度符合JTG F40—2004 中70 号A 级沥青标准，其新沥青为A 级70 号沥青。

2)再生剂宜采用占总质量6%废机油，1.4%环氧树脂，4%聚丙烯树脂与2 倍于废旧沥青的新沥青所制再生沥青更具有经济效益。在等级要求不严格的道路上，可以使用此配合比，但在高速公路中要求高的路段不建议使用。

感谢东南大学成贤学院的讲师杜娟、本科生许鑫和焦阳参与论文整理工作与指导。

［1］王 洋，廖克俭.道路废旧沥青混合料的再生及理化性质研究［J］.石化技术与应用，2012(3):41-42.

［2］余国贤，周晓龙，金亚清.废旧沥青再生剂的实验研究［J］.中国公路学报，2008(4):65-66.

［3］王 欣.旧沥青路面混合料检测及其性能分析［J］.广州公路交通，2003(3):14-16.