旋转蒸发仪法回收沥青及其改进方法探讨

2021-12-24姬岚鑫

西部交通科技 2021年10期

摘要：为评价现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中旋转蒸发仪回收沥青的有效性，文章以三氯乙烯为溶剂溶解沥青，根据回收前后的质量差计算三氯乙烯溶剂残留量，并将三氯乙烯残留量作为回收方法有效性的评价指标，同时提出了改进方法，验证了改进方法的可行性。得出结论如下：现行规范方法回收沥青具有较大的缺陷，残留的三氯乙烯含量过高，且残留的三氯乙烯对沥青的三大指标影响不可忽视，而改进后的回收方法能有效降低残留三氯乙烯的含量，相对现行规范方法更科学合理。

关键词：道路工程;回收沥青;旋转蒸发仪法;三大指标

文献标识码：U416.02-A-12-034-3

0 引言

老化沥青的回收与评价为路面再生提供重要的信息和参考，对路面再生设计起着至关重要的作用。老化沥青的回收一般有两种方法：阿布森法和旋转蒸发仪器法

[1]。阿布森法比旋转蒸发仪器法问世早，但现有的研究表明阿布森法回收沥青溶剂残留多，难以有效回收老化沥青，而旋转蒸发仪器法能够有效降低溶剂的含量，有利于正确评估老化沥青的性能[2]。目前，关于旋转蒸发仪法回收沥青的研究较多，且已经证明了三氯乙烯对沥青的性能有不可忽视的影响。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[3]中所推荐的旋转蒸发仪器回收沥青主要规定了50 ℃和155 ℃两个阶段的试验温度，对试验过程的细节缺乏规定，残留的三氯乙烯对沥青性能影响有待进一步研究。本文首先通过在原样沥青中加入不同掺量的三氯乙烯，量化三氯乙烯含量对沥青三大指标的影响，然后根据

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）所采用的旋转蒸发仪器回收方法对沥青溶液进行回收，探讨现行方法的三氯乙烯残留量。最后，采用本团队所研发的新回收方法，对规范方法进行改进，通过沥青回收后的三氯乙烯残留量验证了新方法的有效性。

1 原材料及试验设计

1.1 原材料

本文试验选用市场上常见的70#基质沥青与SBS改性沥青作为试验原材料，

70#基质沥青厂家为中海，SBS改性沥青为壳牌。基质沥青与改性沥青的技术指标如表1和表2所示。采用的溶剂为工业用三氯乙烯，相关参数如表3所示。为兼顾效率与回收质量，溶解沥青时，沥青与三氯乙烯的比例为1∶4。

1.2 试验方法

采用瑞士BUCHI公司生产的步琦R300型旋转蒸发仪器，该仪器主要由冷凝回收系统、加热锅、真空泵、冷凝器四部分构成，具有参数控制稳定、安全便捷、操作简单等优点。本文的沥青回收方法主要有两个：（1）《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）所规定的回收方法;（2）研究团队采用的改进回收方法。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），主要分为两个回收阶段：（1）50 ℃±5 ℃油浴下，先以50 r/min的旋转速度稳定旋转蒸馏瓶，然后逐渐加大旋转速度，持续蒸馏直至无溶剂冷凝回收，最后逐渐降低旋转速度至20 r/min，第一阶段结束;（2）在15 min内将油浴温度上升至155 ℃±5 ℃，以20 r/min的旋转速度蒸发溶剂15 min。本研究团队采用的回收方法分为12个阶段，具体参数如表4所示。该方法的原理为梯次增加油浴温度，低温油浴水平和高温油浴水平采用不同的回收参数。在105 ℃及以下温度，油浴温度较低，蒸馏时间较长，可有效避免沥青的老化;同时，在低温下，三氯乙烯的浓度较高，真空度可设置较低水平。在125 ℃及以上温度，油浴温度较高，此时降低每阶段的持续时间，防止沥青老化;经过低温阶段的回收，三氯乙烯的浓度已有较大程度降低，为充分减少沥青中三氯乙烯含量，设置了较低水平的真空度，有利于三氯乙烯蒸汽的蒸发。根据实际测试，相同的沥青溶液，规范所采用的方法与本团队所研发的方法采用时间相近。

2 试验结果及分析

2.1 三氯乙烯对沥青性能的影响

三氯乙烯对沥青性能的影响不可忽视，而且根据现有文献可知，旋轉蒸发仪法回收沥青并不能完全蒸发三氯乙烯溶剂，回收沥青残留一定程度的三氯乙烯溶剂。因此，可在热沥青中添加预定掺量的三氯乙烯溶剂，采用高速剪切搅拌器混合均匀，量化三氯乙烯对沥青性能的影响程度，为后文分析不同回收方法有效性提供依据。本节采用的回收方法为团队所研发的改进方法，为能够采用数理统计工具分析试验数据，平行试验次数设置为10。试验结果如表5和表6所示。

从表5、表6可知，当三氯乙烯掺量>0.5%时，三氯乙烯掺量对沥青三大指标影响显著，但三氯乙烯掺量≤0.5%时，三大指标的差异并不明显。因此，有理由认为三氯乙烯残留量低于0.5%时，改进方法回收沥青性能与原样沥青几乎无差别。为明确这一猜想，采用SPSS数理统计软件中的独立样本t检验方法进行验证。

t检验主要用于样本含量较小（例如n<30），总体标准差σ未知的正态分布[4]。t检验设置

P 值时，一般以P<0.05为有统计学差异，

P<0.01为有显著统计学差异，P<0.001为有极其显著的统计学差异，P≥0.05则无统计学差异[5]。

验证结果如表7所示。

从表7可以看出，当三氯乙烯掺量≤0.50%时，基质沥青和改性沥青的

P值>0.05，证明0.25%和0.5%三氯乙烯掺量对沥青指标无显著性影响。因此，在实际工程中，可将三氯乙烯溶剂残留量≤0.50%作为回收有效性的评价标准。

2.2 回收过程沥青老化问题探讨

《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[6]（以下简称规范）对道路石油沥青旋转薄膜烘箱加热试验（RTFOT）和薄膜加热试验（TFOT）前后质量变化的要求为

≤±0.8%，对聚合物改性沥青的要求为≤±1.0%。规范要求RTFOT和TFOT质量变化与前文三氯乙烯残留量回收有效性标准值0.50%相接近。在实际回收试验过程中，不可避免出现老化现象，热氧老化将会引起沥青质量变化，从而影响三氯乙烯残留量计算的精确性。为探明回收过程热氧老化对沥青质量变化的影响，有必要对其开展研究。按照规范方法与改进方法，不添加三氯乙烯溶剂对原样沥青进行老化试验，试验结果如表8所示。

从表8可以看出，回收过程的沥青质量变化较小，对三氯乙烯残留量计算的精确性影响不大。

2.3 回收方法对沥青性能的影响

前文已经证明：三氯乙烯残留量对沥青性能有较大程度的影响，但残留量≤0.50%时，可认为影响可以忽略不计。因此，以残留量≤0.50%为标准，对比规范方法与改进方法回收沥青的有效性和科学性。试验结果见表9。

从表9可以看出，规范方法三氯乙烯溶剂残留量过高，已经明显超过三氯乙烯对沥青性能指标影响的阈值——0.5%。而改进方法的三氯乙烯残留量较小，基本在0.5%范围内。

3 结语

（1）三氯乙烯掺量对沥青三大指标影响随着含量降低而逐渐减小，当掺量<0.5%时对沥青三大指标无显著性影响。

（2）规范所采用的沥青回收方法与改进方法对沥青老化的影响较小，并不影响三氯乙烯残留量计算的精确性。

（3）在三氯乙烯残留量的控制方面，改进方法优于规范方法。由于规范的回收方法并未对三氯乙烯的残留量做出要求，推荐在实际工程中以三氯乙烯残留量<0.5%作为回收方法有效性的评价标准。

参考文献

[1]张亚财，韩森，邵珠涛.旋转蒸发器法回收沥青及其改进方法研究[J].大连理工大学学报，2020，60（2）：192-199.

[2]樊亮，李永振，林江涛.旋转蒸发器法回收沥青空白试验研究[J].公路，2013（10）：194-196.

[3]JTG E20-2011，公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].