残留物对回收沥青性质影响规律

2017-11-30张晓华王海朋周水文

筑路机械与施工机械化 2017年10期

关键词：延度针入度残留物

张晓华，王海朋，张蓉，毛成，周水文

残留物对回收沥青性质影响规律

Effect of Residue on Properties of Recycled Asphalt

张晓华1，2，王海朋1，2，张蓉1，2，毛成1，2，周水文1，2

1. 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四川成都 611130
2. 四川省路面结构材料及养护工程实验室，四川成都 611130

0 引言

准确评价废旧沥青混合料（RAP）中回收沥青的性能是沥青路面厂拌热再生的关键技术之一，是后续厂拌热再生配合比设计和确保路用性能的基础。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E2—2011）中提供了离心法从RAP中抽提沥青溶液，以及2种从沥青溶液中回收沥青的方法，即阿布森法和旋转蒸发器法。在整个沥青回收过程中，用离心机分离会有矿粉在沥青溶液中存留的可能，再采用阿布森法和旋转蒸发器法回收沥青时无法将残留矿粉去除，同时又存在三氯乙烯（TCE）残留的可能[1-4]。众所周知，矿粉和TCE的存在影响了对回收沥青性质的判断。鉴于此，分析矿粉和三氯乙烯残留对沥青性质的影响是准确获取回收沥青性质的前提条件。针对该问题，汪辉等采用原样基质沥青分析了矿粉和TCE对沥青性质的影响。马涛等人分析了矿粉和TCE对原样SBS改性沥青性能的影响，来模拟抽提残留物对回收沥青性质的影响[5-8]。

然而，目前对现有抽提残留物影响的研究均采用原样沥青忽略了实践中回收沥青为老化沥青这一关键要素。因此，为更科学准确地模拟矿粉和TCE残留对回收沥青性质的影响，本研究对基质沥青和SBS改性沥青进行压力老化制备老化沥青，分析不同矿粉和TCE掺量对原样基质沥青、原样SBS改性沥青、老化基质沥青和老化SBS改性沥青性质的影响。在分析影响规律的基础上，采用单因素方差分析和阈值分析确定评判残留物对沥青性质影响的敏感指标和对指标产生影响的含量阈值，为合理和准确评价回收沥青性质提供了依据。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）沥青。本文采用70#基质沥青和SBS改性沥青进行试验，沥青的基本性质如表1所示。考虑到回收的沥青均为老化沥青，为模拟残留物对老化沥青的影响，采用压力老化容器加速沥青老化试验方法（T0630—2011）获取70#和SBS改性沥青相对应的老化沥青，指标见表1。

表1 沥青的基本性质

（2）矿粉。采用基岩为石灰岩磨细的矿粉，筛分试验结果见表2。

表2 矿粉级配

1.2 试验方法

（1）沥青性能指标。本文采用T0604—2011、T0605—2011、T0605—2011、T0628—2011试验方法测试在不同试验温度下，沥青三大指标及车辙因子，70#基质沥青延度采用10 ℃、车辙因子采用64 ℃；SBS改性沥青延度采用5 ℃、车辙因子采用76 ℃，其他试验条件相同。

（2）残留物影响。在原样沥青、PAV老化沥青中分别加入0.5%、1%、1.5%、2%（质量比）的矿粉和三氯乙烯，采用沥青搅拌机搅拌均匀，浇样测试沥青性能。

2 残留物对沥青各指标的影响规律分析

2.1 残留物含量对针入度的影响

残留物对原样沥青、PAV老化沥青针入度的影响如图1、2所示。由图1可知，随矿粉掺量的增多，沥青的针入度逐渐降低。这是因为，矿粉的存在使沥青变稠，导致沥青的针入度降低。对不同矿粉掺量下沥青针入度数据进行线性拟合，发现相关系数R2的离散性很大，这主要是因为矿粉掺量较小，对沥青很难产生均匀的影响。相对于原样沥青，老化沥青随矿粉掺量变化的线性拟合系数均有所降低，老化沥青的针入度对矿粉掺量的敏感性变弱[9-12]。由图2可知，随TCE掺量的增加，沥青的针入度逐渐升高，主要是TCE对沥青的稀释作用所致，70#原样沥青在TCE加入后针入度增长较为剧烈，相对SBS改性沥青更为敏感。与矿粉的影响相同，TCE对原样沥青针入度的影响敏感性明显高于老化沥青[13-15]。比较图1、2可知，TCE对沥青针入度影响的敏感系数均高于矿粉对沥青针入度影响的敏感系数。

旋转蒸发器

2.2 残留物含量对软化点的影响

残留物对原样沥青、PAV老化沥青软化点的影响如图3、4所示。由图3、4可以看出，随矿粉含量的增大，沥青软化点逐渐升高；随TCE含量的增多，沥青的软化点降低。由于矿粉的稠化作用导致沥青的温度稳定性提高，而TCE的稀释作用降低了沥青的温度稳定性。矿粉和TCE对70#老化沥青软化点的影响敏感性要低于原样沥青，矿粉和TCE对SBS老化沥青软化点的影响敏感性要高于原样沥青[16-18]。TCE含量对沥青软化点的影响敏感性高于矿粉对沥青软化点的影响。

2.3 残留物含量对延度的影响

图2 TCE含量对沥青针入度的影响

残留物对原样沥青、PAV老化沥青延度的影响如图5、6所示。由图5、6可以看出：随着矿粉含量的增多，沥青延度逐渐降低，矿粉的掺入降低了沥青低温延展性，而随着TCE含量的增多，沥青延度逐渐升高，70#基质沥青尤其明显，当沥青中掺入0.5%的TCE，其10 ℃延度迅速超过160 cm，相对SBS改性沥青更为敏感。矿粉和TCE对原样沥青延度影响的敏感度显著高于对老化沥青的影响。TCE含量对沥青延度的影响敏感性高于矿粉对相应沥青延度的影响。

图3 矿粉含量对沥青软化点的影响

图4 TCE含量对沥青软化点的影响

2.4 残留物含量对车辙因子的影响

残留物对原样沥青、PAV老化沥青车辙因子的影响如图7、8所示。由图7、8可以看出，随着矿粉含量的增多，沥青的车辙因子（G*/sin δ）逐渐升高；随着TCE含量的增大，沥青的车辙因子逐渐降低。总体来说，TCE和矿粉对老化沥青车辙因子影响的敏感度显著高于对原样沥青的影响。TCE含量对沥青车辙因子的影响敏感性高于矿粉对相应沥青车辙因子的影响。

图5 矿粉含量对沥青延度的影响

图6 TCE含量对沥青延度的影响

图7 矿粉含量对车辙因子的影响

3 方差分析及阈值分析

3.1 残留物含量对沥青各指标影响的方差分析

图8 TCE含量对车辙因子的影响

为了分析残留物含量对沥青指标的影响是否显著，基于所获取的沥青指标测试结果，在置信区间为95%的条件下进行单因素方差计算，方差计算得到的F值和查表获取的Fcrit结果如表3所示。如果F值大于Fcrit，则认为残留物含量对沥青各指标的影响显著。可以看出，软化点、针入度和延度指标均出现了F小于Fcrit的情况，即残留物含量对软化点、针入度和延度的影响不显著，而车辙因子的方差分析结果中F均大于Fcrit，说明矿粉和TCE的含量对原样沥青和老化沥青的车辙因子影响均显著，车辙因子为敏感指标。

3.2 残留物含量对沥青各指标产生影响的阈值

虽然残留物对沥青性质的影响存在一定规律，但是影响大小不一，甚至在一定掺量下，其影响是可以忽略的。故以规范规定的试验误差要求为限定，认为影响在试验误差范围内是可以忽略的，从而确定允许残留物含量的阈值。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E2—2011）要求“当软化点小于80 ℃时，重复性试验允许误差为1 ℃；当软化点大于80 ℃时，重复性试验允许误差为2 ℃；针入度在0～49（0.1 mm）时，允许误差为2；针入度在50～149（0.1 mm）时，允许误差为4 ℃；延度试验结果小于100 cm时，其重复性试验的允许误差为平均值的20%；车辙因子的重复性允许误差为6.4%，TFOT/RTFOT后残留物为9%”。本研究中，误差范围为百分比时，以未掺加残留物的沥青测试结果为基准计算误差范围；由于沥青的老化采用的是PAV老化，误差选取9%。阈值为误差要求与敏感度的商，阈值结果见表4。

由表4可知，矿粉残留物对老化沥青指标的影响相对较小，含量在1.5%以内时，虽可以影响沥青三大指标的变化趋势，但在试验误差内，可以忽略，而原样沥青在矿粉含量达到0.1%时，延度指标的变化已不可忽略，说明矿粉含量对老化沥青指标的影响更强；TCE残留相对矿粉更加敏感，在含量达到0.3%以上时，老化沥青的指标变化已不可忽略，应尽量将TCE清除[19-21]。从敏感度也可以看出，TCE含量对老化沥青的影响同样要低于原样沥青。