道路廢舊瀝青的再生利用研究

王祺昌 金權斌 林亞萍

(東南大學成賢學院，江蘇 南京 210000)

0 引言

根據JTG D50—2006 公路瀝青路面設計規范，我國瀝青路面使用年限一般在15年［1］，因此，每過十多年瀝青路面就得進行翻修。而我國是瀝青路面應用廣泛的國家，每年有大量瀝青路面需要重新修建。當道路進行重修時，就會有大量的舊瀝青路面需要進行挖掘和洗刨，由此便會產生大量廢舊瀝青混合料［2，3］。大量研究表明，廢舊瀝青混合料可以通過再生用于路面的面層，其瀝青再利用率可達50%以上［4］。因此廢舊瀝青混合料的有效再利用可節省瀝青材料，大大降低工程成本，從而降低工程造價。既符合能源再生利用的原則，又遵循可持續發展的理念，對道路工程的建設具有重大的意義。

本文將重點研究道路廢舊瀝青的再生利用，設計出既合理又經濟的再生劑的配合比。

以A 級的70 號瀝青作為新瀝青，在提取的廢舊瀝青中添加自制再生劑與新瀝青形成再生瀝青，重點分析測定再生瀝青的針入度、軟化點指標。所制備的再生瀝青質量符合《公路瀝青路面施工技術規范》標準中1-3 與1-4 氣候分區所要求70 號A 級瀝青標準(JTG F40—2004)。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

A 級70 號道路瀝青;SBS 改性瀝青;廢舊瀝青(南京市浦口區雙向四行車道廢舊瀝青混合料)。三者的主要理化性質見表1。再生劑:廢機油、環氧樹脂、聚酰胺樹脂;溶劑:三氯乙烯。

表1 A 級70 號瀝青、SBS 改性瀝青及廢舊瀝青的主要理化性質

1.2 實驗儀器

RE-2000 旋轉蒸發器，SHZ-Ⅲ循環水式真空泵，SYD-2801E 針入度試驗器，SYD-2806E 全自動瀝青軟化點試驗器，調溫萬用電爐，若干燒瓶和削土刀。

1.3 實驗方法

1.3.1 廢舊瀝青的提取

用三氯乙烯浸泡廢舊瀝青混合料，通過過濾后回收濾液，分批次裝入燒瓶。通過旋轉蒸發器，蒸餾得出三氯乙烯，得到粗廢舊瀝青，靜置干燥后，進行破瓶提取出廢舊瀝青的粘稠物，最后分瓶標記存裝。

1.3.2 再生劑的制備

首先設計出占總質量2.75%，4%與6%的廢機油、1.4%，2%與3%的環氧樹脂、2.5%，3%與4%的聚酰胺樹脂的六種不同再生劑，并分瓶標記存裝。其次設計出兩組以廢機油為主、環氧樹脂與聚酰胺樹脂為輔的再生劑，兩組配合比為:占總質量比例為4%廢機油或者6%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹，并分瓶標記存裝。最后根據實驗結果再添加不同比例的新瀝青改善再生瀝青的基本性能。

1.4 實驗步驟

通過電爐軟化廢舊瀝青，再摻和不同比例的再生劑或按照一定比例添加新瀝青，進行均勻攪拌，靜置超過12 h 后，進行針入度與軟化點測定，得出數據并記錄。

1.5 再生瀝青再生機理

根據瀝青老化的膠體結構理論分析［5］，瀝青在受到熱、氧等因素的影響后瀝青膠體會發生變化，從芳香酚到膠質再到瀝青質的過程中產生了老化現象。為了恢復瀝青的性能，需要調節瀝青的化學組成成分與其比例。在老化的瀝青質中，加入稠度油料(即由廢機油、環氧樹脂、聚酰胺樹脂調配制的再生劑)進行調配，或者加入新瀝青進行調和，使其達到平衡。

2 結果與討論

2.1 實驗結果與分析

2.1.1 三種溶劑對性能的影響

廢機油、環氧樹脂、聚酰胺樹脂會改變廢舊瀝青的基本理化指標。考察三種溶劑按照不同的用量(占總質量的質量分數，下同)對廢舊瀝青的軟化點、針入度的影響，結果見圖1～圖3(軟化點單位為℃，針入度單位為0.1 mm，下同)。

圖1 廢機油用量對再生瀝青主要性質的影響

由圖1 可見，隨著廢機油的用量的增大，再生瀝青的軟化點明顯降低，再生瀝青的針入度明顯增大。

由圖2 可見，隨著環氧樹脂的用量的增大，再生瀝青的軟化點降低不明顯，再生瀝青的針入度增大亦是不明顯。

由圖3 可見，隨著聚酰胺樹脂的用量的增大，再生瀝青的軟化點降低較為明顯，針入度亦有增大的趨勢。由此可見，聚酰胺樹脂相比環氧樹脂對廢舊瀝青的軟化點與針入度的改善有一定的影響。

從以上結果可以得出，廢機油對廢舊瀝青的軟化點與針入度的改善起主要作用，聚酰胺樹脂其次，環氧樹脂影響最小。故在再生劑的配比中，采用以廢機油為主、環氧樹脂與聚酰胺樹脂為輔的配合比，其中環氧樹脂用量取為1.4%，聚酰胺樹脂用量取為4%。

圖2 環氧樹脂的用量對再生瀝青主要性質的影響

圖3 聚酰胺樹脂的用量對再生瀝青主要性質的影響

2.1.2 再生劑對性能的影響

根據上述實驗結果，可知在廢機油、環氧樹脂、聚酰胺樹脂用量合理范圍內，再生瀝青不符合JTG F40—2004 中A 級瀝青標準。故在廢舊瀝青中分別摻合占總質量為4%廢機油或者6%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹脂形成再生瀝青樣品A 與樣品B，再測定再生瀝青樣品的主要指標，結果見表2。

表2 再生瀝青樣品A，B 的主要理化性質

由表2 可見，按照比例混合的再生劑對廢舊瀝青的軟化點與針入度的改善相比單個的影響較為明顯，特別在廢機油的使用用量上。在其他用量不變下，廢機油用量從4%提高到6%，使再生瀝青的性能有所提高。

2.1.3 添加新瀝青對性能的影響

由上述實驗可知，單純依靠添加廢機油、環氧樹脂、聚酰胺樹脂配比成的再生劑亦不能達到JTG F40—2004 中A 級瀝青標準。所以在摻合已經配制的再生劑中添加新瀝青，其比例為1∶2(舊瀝青質量∶2 新瀝青質量，下同)和1∶3。在廢舊瀝青中添加占總質量為4%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹脂與2 倍于廢舊瀝青質量的新瀝青形成再生瀝青樣品C;在廢舊瀝青中添加占總質量為4%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹脂與3 倍于廢舊瀝青質量的新瀝青形成再生瀝青樣品D;在廢舊瀝青中添加占總質量6%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹脂與2 倍于廢舊瀝青質量的新瀝青形成再生瀝青樣品E;在廢舊瀝青中添加6%廢機油、1.4%環氧樹脂、4%聚酰胺樹脂與3 倍于廢舊瀝青的新瀝青形成再生瀝青樣品F。多次實驗取平均值，結果見表3。

由表3 可見，在摻合配制的再生劑中添加適當的新瀝青能極大的改善廢舊瀝青的軟化點與針入度性能。除C 樣品的指標不符合標準外，其余再生瀝青都符合JTG F40—2004 中A 級瀝青標準中關于軟化點與針入度的指標。

表3 再生瀝青樣品C，D，E，F 的主要理化性質

2.2 經濟可行性分析

根據不完整數據統計，1 km 高速公路中瀝青使用量大約470 t，假設470 t 均采用70 號瀝青。根據中國瀝青協會最新瀝青價格，瀝青的平均單價為2 938 元/t，那么原有新瀝青費用約為1 380 860 元/km(合138.086 萬元/km)。根據目前國家物價，回收廢機油價格一般在1 500 元/t，工業級三氯乙烯6.5 元/kg，環氧樹脂370 元/420 kg，聚酰胺樹脂21 元/30 kg。因為在翻修時可利用原有的道路瀝青混合料作為廢舊瀝青混合料，故可假設費用為零。提取的三氯乙烯可循環利用，故可按照3 250 元為固定費用。由上述實驗可知，只有三種實驗樣品符合標準，故計算三種樣品在施工中的費用。結果見表4。

表4 三種實驗樣品在實際應用中的費用

從表4 可見，在高速公路1 km 范圍內，按照D，E，F 樣品得到的再生瀝青所使用的費用大約在88 萬元～100 萬元之間，相比完全使用新瀝青使用的費用138 萬元更經濟。特別地，E 樣品在實際應用中的費用相比其他兩種更少，更具有經濟效益。

2.3 實驗的誤差

由于靜置時間、相對濕度、溫度對瀝青老化會有一定的影響，所以產生不可避免的誤差。由于儀器設備產生的誤差則通過多次測量結果取平均值消除誤差。

3 結語

1)在提取的道路廢舊瀝青中添加自制再生劑與2 倍或3 倍于廢舊瀝青的新瀝青所制得的再生瀝青軟化點以及針入度符合JTG F40—2004 中70 號A 級瀝青標準，其新瀝青為A 級70 號瀝青。

2)再生劑宜采用占總質量6%廢機油，1.4%環氧樹脂，4%聚丙烯樹脂與2 倍于廢舊瀝青的新瀝青所制再生瀝青更具有經濟效益。在等級要求不嚴格的道路上，可以使用此配合比，但在高速公路中要求高的路段不建議使用。

感謝東南大學成賢學院的講師杜娟、本科生許鑫和焦陽參與論文整理工作與指導。

［1］王 洋，廖克儉.道路廢舊瀝青混合料的再生及理化性質研究［J］.石化技術與應用，2012(3):41-42.

［2］余國賢，周曉龍，金亞清.廢舊瀝青再生劑的實驗研究［J］.中國公路學報，2008(4):65-66.

［3］王 欣.舊瀝青路面混合料檢測及其性能分析［J］.廣州公路交通，2003(3):14-16.