废旧沥青再生利用

废旧沥青再生利用（精选9篇）

废旧沥青再生利用 篇1

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。

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) 。

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%。

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。

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。

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。

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。

摘要：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, 重点分析了再生沥青的针入度、软化点指标, 在进行多种实验方案对比后, 指出在废旧沥青中掺合适当比例的再生剂, 并且添加2倍于废旧沥青质量的新沥青所得的再生剂更具合理经济性, 再生剂适宜比例为占总质量6%废机油、1.4%环氧树脂、4%聚丙烯树脂。

关键词：废旧沥青,再生剂,再生沥青,经济性

参考文献

[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.

废旧沥青再生利用 篇2

废旧沥青面层冷再生技术研究

进入21世纪以后,沥青路面再生技术因符合我国环保、节约的.基本国策,引起了高度关注.当前,我国沥青面层跣刨料冷再生技术应用尚处于初级研究阶段.文章根据工程实际,反复进行室内试验,利用公路沥青面层铣刨料,在不添加新料的情况下,对铣刨的沥青面层料进行水泥冷再生,将其作为低等级公路路面基层,做了有益的探索应用,效果良好.

作 者：陈文凯  作者单位：湖北工业大学土木工程与建筑学院,湖北,武汉,430068;咸阳公路管理局,陕西,成阳,712000 刊 名：中国高新技术企业 英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES 年，卷(期)：2010 “”(1) 分类号：U418 关键词：沥青面层   跣刨料   冷再生   沥青路面再生   基层材料  

废旧沥青混凝土再生利用试验情况 篇3

随着公路事业突飞猛进的发展,我省公路面貌日新月异,高等级公路和城市道路大多采用沥青路面,但是公路大修过程中大量的废旧沥青铣刨后被废弃不用,这既污染了环境又浪费了资源,如能充分利用,这将是科学发展观在公路建设和维护中的一个对社会极其有意义的成果。

沥青路面的再生利用,是将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后,与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成混合料,满足一定的路用性能并重新铺筑于路面的一整套工艺。

为了能够节约能源,保护环境,节省投资,使废旧沥青混凝土再生利用后广泛运用于养护及公路油路大中修中,分局主要领导非常重视:1)带领我们赴浙江省临海市交通局学习他们在废旧沥青混凝土再生利用的先进经验;2)拿出大量资金投入到再生料的利用试验。

2 再生沥青混合料试验

2.1 以昌樟高速公路面层铣刨料60 t作试验原料

1)试验内容。2008年6月,我们购买了昌樟高速公路面层铣刨料60 t作试验原料,经抽提试验后确定旧料中沥青含量为3.6%,小于设计沥青含量5%,需要加入新沥青;而废旧沥青改性剂的掺量为3‰;40 t沥青拌合机每拌为1 200 kg,配合比具体计算如下:

旧沥青量为1 200×0.036=43.2 kg。

集料量为1 200×(1-0.036)=1 156.8 kg。

新配比中沥青量为1 156.8×0.05/(1-0.05)=60.9 kg。

需加入新沥青量为60.9-43.2=17.7 kg。

需加入改性剂量为1 200×0.003=3.6 kg。

拌和采用福建产40 t沥青拌合机,由装载机铲入带有自动计量装置的料斗中,旧沥青混合料进入烘干仓加热至150 ℃～165 ℃后再输送到拌合仓拌和,拌和时先后加入改性剂和新沥青,整个过程需200 s～240 s。

为了更好的了解改性剂、新沥青不同含量对路面质量的影响,除加改性剂加新沥青外,试验时另外还采用了两种不同的办法:a.加改性剂,不加新沥青;b.不加改性剂不加新沥青,并对这三种材料分别取样送至新余市勘察设计院试验室进行检测,发现各种试验指标均能达到二级公路的要求,但加改性剂又加新沥青的取样材料各项指标能够达到高速公路的要求。

这次试验的沥青再生料人工摊铺在上分线大台—六三二路段,摊铺厚度4 cm,利用过往车辆碾压,效果良好。通过这次使用废旧沥青混凝土再生利用试验,证明废旧沥青混凝土再生利用技术施工简便,操作较简单,方法和新沥青混凝土一样,此外,废旧沥青混凝土成本低廉,再生料每立方米单价为401.83元(不计机械及人工消耗),计算如下:

改性剂:6.68×10=66.8元。

新沥青:33.34×4.2=140.03元。

废旧沥青混合料每立方米90元(临江镇托运废旧料)。

燃料每立方米再生料105元。

新沥青混合料不计机械及人工消耗每立方米约650元,再生料同新沥青混合料相比,每立方米可节约成本约250元,如不加再生剂和新沥青每立方米可节约成本约450元。

2)特点。利用废弃旧沥青混凝土,不仅变废为宝,而且有效地保护了环境,节约了自然资源,减少了成本,这更是促使了我们广泛应用于养护中的决心。

这次试验也存在着以下几点不足:a.废旧沥青材料部分结团,有些料在日光曝晒下因沥青软化促使松散旧沥青料也粘合在一起,造成在料斗中很难下到输送带中,由于下料时间难以控制,造成不能电脑自动拌和,只能采用手动操作拌和,而且还会因料下不来中断施工,造成人工及燃料的损失;b.将废旧沥青料加热到150 ℃～165 ℃较难控制,低了沥青料还未熔化,太高了又造成沥青料老化甚至着火。

3)沥青熔解后有些沥青粘在烘干筒周围,造成有些料过不到拌合筒,而且会造成烘干筒内负荷过大。

2.2 以仙莱大道旧沥青路面铣刨料3 800 t作试验原料

1)试验内容。

2008年7月中旬,新余市仙莱大道沥青路面建设改造,在市局领导的支持和帮助下,分局果断租用昌金高速公路工程队的铣刨机对仙莱大道旧沥青路面进行铣刨,共取得铣刨料3 800 t,每立方米铣刨成本为75元,经抽提试验确定旧料中沥青含量为5.1%,再生时不需要加入新沥青,只需要加入3.6‰的改性剂,这样每立方米再生料成本只需246.8元,大大降低了成本。为克服上次试验的三大难点,我们想方设法,主要采取了以下措施:

a.对配料机进行改造,因旧沥青料满足级配要求,不需加新的砂石材料,我们将配料机料斗拆除,采取装载机直接下料到传送带上,并在生料斗上标刻度,用人工操作将传输带上的旧料输送到生料斗刻度处为止(如不加再生剂时更不必那么精确);

b.试验开始时利用每拌熟料都量温度,确定出施工时不同的天气情况、生料中不同含水量的情况时拌和到150 ℃～165 ℃的经验拌合时间,然后在施工时仍然对每拌熟料都量温度,并及时对拌合时间进行微调;

c.如发现烘干筒负荷过大时或工作2 h,3 h后便用砂石材料在烘干筒中干炒一段时间,并在收工前用同样方法处理,这样能将烘干筒周围的沥青粘出。

本次试验路段选在分安线K3+160～K3+400,K10+500～K10+850,K13+200～K13+700,K14+000～K14+160,K32+400～K32+550五段共约13 000 m2,采用摊铺机摊铺,12 t双钢轮压路机碾压。双钢轮压路机振压3遍,静压2遍,初压时温度控制在125 ℃左右,终压时温度控制在100 ℃左右,在路面温度低于60 ℃后才开放通车。在摊铺过程中,由于拌合机产量较低,正常情况下每小时仅有18 t～20 t,加上旧混合料粘性大,易脆硬,路面摊铺接头明显,有时因为气温低造成摊铺机内熟料冷却过快,这就要求摊铺机的熨平板加热,并且缩短压实距离。

2)特点及建议。

分安线再生料试验路段共用材料550 m3左右,就节约成本22万余元,在使用半年后观察,正值雨季期间,未发现有任何异常,它和同期施工的新沥青路面相差不大,说明在水稳碎石基层上或老油面层破损较大处采用4 cm旧沥青再生面层,目前效果良好。

主要存在的问题及建议:a.相比新沥青摊铺更困难;b.由于拌合时间长,产量较低,促使每车料间隔时间较长致使施工接缝多;c.再生料摊铺后,平整度、级配相比新沥青料较差,空隙率也较大。

因此建议将其使用到下面层或养护中小修路段;旧料在拌和前进行必要的破碎和筛分;施工时应尽量安排在高温季节进行;能采用更大型的拌合机提高日产量更好。

3 结语

1)合理利用再生剂。再生剂的添加、旧料的添加、再生沥青混合料的拌和是一整套工艺,应全盘考虑,同时应充分利用现有拌合站机械设备,适当对部分设备加以改造,尽量减少工序,降低成本,同时保证出料质量。

2)针对高级沥青路面再生混合料的设计方法,并充分考虑再生沥青混合料的特点,选择合理的再生沥青和再生混合料的配合比。沥青再生混合料的性能与旧料的掺配率、再生剂的掺量及施工工艺有关,只能说在一定的配比和工艺条件下,再生混合料与普通沥青混合料的性能基本相当,反之,在旧料掺量高且施工条件差时,则再生混合料的性能要差,主要是低温性能和水稳性。

摘要：以旧路改造工程为依托,对高速公路及二级以上的沥青路面再生混合料的性能和配合比的设计进行了深入的试验,大量的试验证明再生混合料的性能与旧料的掺配率、再生剂的掺量及施工工艺有关,提出了再生沥青混合料的利用特点和建议。

关键词：再生沥青混合料,改性剂,新沥青,配合比

参考文献

[1]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].

[2]JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].

浅析旧沥青路面的再生利用论文 篇4

1 铣刨作业

1.1铣刨要求

(1)根据图纸要求，用油漆对记录所记载的需要进行铣刨的路段做上标记，标明起止位置及铣刨的宽度、深度。

(2)根据铣刨的工程量确定铣刨机及装运铣刨废渣车辆的数量，装运废渣的车辆根据运距及铣刨量的大小而定。

(3)铣刨机在进场进行铣刨作业时，根据事先做好的标记进行施工作业，首先对原沥青路面层进行铣刨，铣刨的厚度根据原沥青路面层厚度而定。油面层铣刨完成后，紧接着对沥青面层下路面基层进行铣刨。对基层的铣刨彻底，损坏层的厚度铣刨完。

(4)基层铣刨料尽可能回收再利用，必须废弃的材料倾倒要满足环保要求，废弃物运至业主指定地点K73+100左侧15m处(永济市韩阳镇)。

1.2铣刨时注意事项

(1)按设计文件要求，对旧沥青路面的面层或基层进行铣刨，并及时清运至指定地点(拌和厂)，严禁乱堆乱放，造成环境污染。

(2)应根据设计文件要求，对旧沥青路面进行分类铣刨、堆放。

①设计铣刨厚度为15cm的，按劳取酬15cm深度一次性铣刨(1次完成)，并单独堆放；

②设计铣刨厚度为1cm～4cm的，应一次性铣刨，可合并为一类，单独堆放；

③设计铣刨厚度为30cm的，应分成2次铣刨。第一次铣刨厚度为15cm(1次完成)，可与设计铣刨厚度15cm的铣刨料合并堆放；第二次铣刨厚度为15cm(1次完成)，应单独堆放。

④对同一深度的铣刨作业，应当保持铣刨鼓的转速、铣刨机的行走速度为恒定值，确保铣刨料的均匀性。

废旧公路沥青混合料再生工艺探究 篇5

1.1 国外研究现状

1915年美国最先研究废旧沥青路面材料再生利用技术。沥青混合料再生技术已经在美国广泛应用, 目前其重复利用率高达80%, 相比全部使用新沥青材料的路面可节约成本10%~30%。欧洲一些国家对沥青路面再生技术的研究进展也很广泛。法国在轻交通道路已广泛应用此技术, 而且在高速公路和重交通道路也逐步推广应用。2000年日本再生沥青混合料已达50万吨, 占全年沥青混合料产量的58%, 日本每个拌和站都具备生产再生混合料的能力。总之, 发达国家在再生工艺及设备的研制开发方面取得了很大的进展。

1.2 国内研究现状

1983年国家建设部设立了“废旧沥青混合料再生利用”的研究项目, 在一些城市铺筑试验路。近几年来, 沥青混合料再生利用技术再一次被提上日程。一些大学、科研机构已经进行再生技术的研究, 一些单位也在运用再生技术铺设路面, 这表明我国已经重视沥青再生技术的研究, 并取得了一定的成就。但是, 在对废旧沥青混合料的利用率等方面与国外相比还有很大差距。随着我国高等级公路沥青路面陆续需要维修养护, 有必要对沥青混合料再生技术开展更深入的研究。

2 再生机理

在路面使用过程中, 由于行车荷载和各种自然因素的影响, 沥青混合料性能会慢慢老化。沥青在氧化、聚合、离析等的作用下逐渐变硬, 混合料变脆, 路面容易发生裂缝、坑洞。沥青老化实质上是混合料中的结合料老化, 要使老化后的沥青再生, 需要加入再生剂。再生剂具有两亲性, 一端能与极性较弱的芳香酚、饱和酚结合, 另一端与极性较强的沥青质结合, 可以保护沥青质, 不发生聚结现象, 因此溶液比较稳定。这样既能降低高分子聚合程度, 使平均分子量减小, 有利于恢复到老化之前的状态。这就是沥青的再生机理。

3 再生工艺比较分析

常用的沥青混合料再生方法有就地冷再生、厂拌冷再生、就地热再生、厂拌热再生4类。

3.1 就地热再生

就地热再生是指采用加热、翻松、添加再生剂及新料、搅拌、摊铺、碾压等所有工序一次完成。目前, 加热的方式有燃气加热和远红外加热, 最新的加热方式还有热风加热、微波加热等。

3.2 就地冷再生

就地冷再生是指在不加热的情况下对路面进行整体翻修, 工序和就地热再生基本一致。就地热再生和就地冷再生修复速度特别快, 恢复通车时间比较短, 但由于设备比较庞大、转场较麻烦、投资比较多, 因而技术推广有很大的难度, 所以无论是在发达国家还是在我国, 均很少使用。

3.3 厂拌热再生

铣刨需要翻修的路面, 将得到的废旧沥青混合料运至再生拌和厂。首先在废旧混合料中取样, 将废旧混合料进行沥青抽提, 测定所得沥青老化程度的数据和油石比。在沥青中添加再生剂, 使沥青恢复到老化之前的状态。然后把废旧料中石料进行筛分, 根据所修路面的路用要求重新级配, 添加新石料和新沥青, 接着加热混合, 再生沥青混合料成型。具体流程如图1所示。

厂拌热再生技术应用范围比较广且成熟, 按照严格的配合比调整后, 再生混合料的技术指标会等于甚至高于新料拌制的混合料。同时, 采用厂拌热再生技术养护后的路面性能非常好, 能够满足高级路面的性能要求, 具有非常广阔的应用前景和实际推广价值。所以, 我国可以把厂拌热再生技术作为路面维修的重点。

3.4 厂拌冷再生

厂拌冷再生前几道工序都与厂拌热再生相同, 只是在混合的过程中不加热, 用乳化沥青或泡沫沥青作为粘接剂, 其应用主要在基层, 范围比较广泛。厂拌冷再生技术之前只能用在基层和底基层。由于基层一般不会大规模地进行翻修, 稍微的修补又很难压实, 所以一般用水泥混凝土或沥青混合料代替废弃料。根据厂拌冷再生技术的最新研究, 如果对弃料重新调整级配, 使用效果明显的冷态再生剂, 采用性能优良的粘接剂, 其再生效果会非常好, 完全可以应用到高等级公路中。由于该技术比较容易推广, 因而应用前景非常广阔。

4 再生技术评价

4.1 施工技术切实可行

沥青混合料再生在高温季节拌和时料温可以采取低限值控制, 低温季节可采取规范规定上限温度值控制, 即一年四季均能施工。施工工艺的简便性保障了技术的切实可行。

4.2 经济实用性

沥青混合料再生技术的应用能有效地减少沥青、碎石等道路建筑材料的用量, 因而降低了工程造价, 具有可观的经济效益。

4.3 环保效益好

沥青混合料再生技术的应用, 不仅节省了道路建筑材料, 避免了浪费, 同时很好地处理了沥青路面改建、养护过程中产生的废弃材料。未采用这项技术之前, 当需要修护破坏的路面时, 挖出的沥青混合料常被堆放在道路两旁, 造成严重的环境污染。因此, 沥青混合料再生技术的应用避免了对环境造成污染, 具有绿色环保功能, 体现了良好的环保意识与社会效益。沥青混合料再生技术是贯彻落实我国可持续发展道路、构建资源节约型社会的重要举措。此项技术能节约道路建筑材料资源, 减少废弃料占地, 降低道路翻建工程成本, 具有很好的经济和社会效益。笔者认为, 政府和公路养护部门应该大力推广厂拌热再生技术和厂拌冷再生技术, 如对弃料回收和再生的单位给予减免税政策;强制性地规定废弃料的回收比例;开展一系列的国际科研交流, 促进技术的进步;鼓励科研单位对再生技术进行深入系统的研究。

参考文献

[1]廖克俭.从玉凤.道路沥青生产与应用技术[M].北京:化学土业出版社, 2004.

[2]杨平.沥青路面厂拌热再生利用研究[D].长沙:长沙理工大学, 2005.

[3]张辉.沥青路面热再生技术研究[D].西安:长安大学, 2006.

废旧沥青再生利用 篇6

1 厂拌热再生的配合比设计

1. 1 旧料比例确定

本文把分别以40% 、30% 、20% 、0% 的比例依次加入到新料中, 旧料掺配率的级配均采用偏向规范中值来研究, 合成相应的级配后, 进行混合料的试验, 其试验结果为: 40% 的旧料比例时, 沥青混合料的残留稳定度为93% 、劈裂强度为85% 、动稳定度为3125 次/mm, 弯拉应变为2612με; 30% 的旧料比例时, 沥青混合料的残留稳定度为95% 、劈裂强度为84. 7% 、动稳定度为3095 次/mm, 弯拉应变为3395με; 20% 的旧料比例时, 沥青混合料的残留稳定度为91. 5% 、劈裂强度为83. 5% 、动稳定度为2452 次/mm, 弯拉应变为2761με; 0% 的旧料比例时 ( 全部新材料) , 沥青混合料的残留稳定度为94. 2% 、劈裂强度为85% 、动稳定度为1878 次/mm, 弯拉应变为2641με。

从表可以看出掺加20% 、30% 、40% 的旧料的再生混合料, 沥青混合料的性能基本可以满足规范的要求, 对应混合料的性能变化来看, 旧料掺配率30% 内再生沥青混合料的劈裂强度均较新沥青混合料高, 但当掺配率继续增加到40% 时, 其劈裂强度出现了一定程度的降低。随着旧料掺量的提高, 混合料的动稳定度提高, 但其弯拉应变小, 表明随着旧料掺量提高, 沥青混合料的高温性能提高, 而低温性能降低。因此到路面性能的情况, 旧料的掺配比例在30% 时最为合适的。

1. 2 再生沥青标号和再生剂用量确定

根据上文的试验可知, 加入旧料后的沥青混合料性能与普通热拌沥青混合料性能较为接近, 因此可将旧料用于热再生的应用。但为了保持再生性能, 需要选择适宜的再生沥青标号和再生剂。根据现行规范的要求, 热再生时, 新沥青可选择70#道路石油沥青。

再生剂的用量直接影响了沥青的性能指标, 本文试验时, 在废旧沥青混合料抽提的回收沥青中加入8% 、10% 和13% 的再生剂, 并对加入再生剂后的沥青性能指标测试, 不同的再生剂用量时, 回收沥青的性能分别如下: 8% 的再生剂时, 沥青的针入度为61 ( 0. 1mm) 、15℃ 延度为8. 2cm、软化点为51℃ ; 10% 的再生剂时, 沥青的针入度为66 ( 0. 1mm) 、15℃ 延度为15cm、软化点为49℃ ; 13% 的再生剂时, 沥青的针入度为77 ( 0. 1mm) 、15℃ 延度为19cm、软化点为45℃ 。由于再生剂较为昂贵, 再生沥青的性能指标能够满足70#新加沥青时即可, 过多的再生剂造成费用的浪费, 从本文的试验可知, 根据再生剂用量和沥青性能的关系, 当再生剂用量为11% 时, 沥青的性能较好, 且较为经济。

1. 3 新加沥青用量的确定

上文已经确定的了旧料的掺配率为30% 、再生剂的用量为11% , 在旧料掺配率确定后, 相应的回收沥青用量也就确定, 但新加入的沥青用量需要通过试验确定。在确定再生沥青混合料的最佳油石比时, 分别按照3. 1% 、3. 6% 、4. 1% 、4. 6% 和5. 1% 的油石比成型马歇尔试件, 值得注意的是, 该沥青用量为新加的沥青与旧料中的回收沥青的总量。

不同油石比时的沥青混合料的体积性能指标主要如下: 当油石比为3. 1% 时, 试件的毛体积密度为2. 423g/cm3、空隙率为7. 1% 、矿料间隙率为14. 2% 、沥青饱和度为50% 、稳定度为17. 1k N、流值为28 ( 0.1mm) ; 当油石比为3. 6% 时, 试件的毛体积密度为2. 441g / cm3、空隙率为5. 7% 、矿料间隙率为13. 9% 、沥青饱和度为59% 、稳定度为17.3k N、流值为29 ( 0. 1mm) ; 当油石比为4. 1% 时, 试件的毛体积密度为2. 465g / cm3、空隙率为4. 1% 、矿料间隙率为13. 5% 、沥青饱和度为69% 、稳定度为16. 2k N、流值为30 ( 0. 1mm) ; 当油石比为4. 6% 时, 试件的毛体积密度为2. 472g/cm3、空隙率为3. 1% 、矿料间隙率为13.6% 、沥青饱和度为77% 、稳定度为13. 6k N、流值为35 ( 0. 1mm) ; 当油石比为5. 1% 时, 试件的毛体积密度为2. 469g/cm3、空隙率为2. 6% 、矿料间隙率为14. 2% 、沥青饱和度为81% 、稳定度为13. 3k N、流值为38 ( 0. 1mm) ; 根据不同油石比对应的体积性能指标和规范的要求范围, 可知, 4. 1% 时的油石比为最佳油石比。

2 热再生沥青混合料性能验证

根据规范要求, 分别采用30% 、的回收旧料、11% 的再生剂用量和4. 1% 的油石比, 室内成型相应的试件进行再生沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性能。

其试验结果为: 水稳定性试验时, 用浸水马歇尔试验检验再生沥青混合料的水稳定性能, 试验结果表明残留稳定度为96. 1% , 满足大于80% 的技术要求, 用劈裂抗拉强度比检验再生沥青混合料的水稳定性能, 试验结果表明, 劈裂抗拉强度比为85. 2% , 满足大于75% 的技术要求。高温性能试验时, 成型30cm × 30cm × 5cm的车辙试件, 并在60℃ 、0. 7MPa试验条件下完成车辙试验, 检验再生沥青混合料的高温稳定性能, 动稳定度为1719 次/mm, 符合不小于1000 次/mm的要求。

对车辙试件脱模完成室内渗水试验, 测得的渗水系数仅为0ml/min, 满足渗水系数小于120ml / min的技术要求。低温性能试验时, 通过实测数据确定破坏时的梁底最大弯拉应变值为3946με, 满足大于2000με 的技术要求。

3 旧沥青路面材料的处理与储存

再生沥青混合料在实际工程中, 最为关键的因素是如何对旧沥青路面材料进行处理和储存, 当这些问题解决后, 即可根据相应的掺配率、再生剂用量和最佳油石比进行厂拌混合料的设计和施工, 这些工艺与常规的热拌沥青混合料相差不大。故本文仅对旧沥青路面材料的处理和储存要求进行阐述。

3. 1 旧沥青路面材料的回收与预处理

传统回收方法过程中很难实现面层材料、基层材料及连接层材料的完全分离。若混合料中混入部分旧料中的杂质物, 那么再生沥青混合料的性能将受到影响。为了进一步加工回收旧料, 首先必须将成块或成团的刨碎料放入破碎机内对其进行破碎。从经济方面考虑选择采用冷法铣刨或热法铣刨。若要使拌和厂直接能获得使用材料可选用冷法铣刨, 该方法取料不易凝聚, 故这种旧料回收方法是经济易行的回收方法。

3. 2 旧沥青路面材料的破碎与筛分

对于取回的旧料进行破碎, 然后对其进行筛分分级, 并将原含有的尘土、石粉去除, 这一过程即称为预处理过程。对于板结或大块状的旧沥青混凝土或者需改善级配沥青混凝土, 均应对其进行预处理。为防止沥青老化加快, 一般不对其提早破碎, 在需要使用旧料时才对其进行破碎, 这样还能防止粉尘的产生。

3. 3 旧沥青路面材料的储存与质量检测

在堆放期间, 旧沥青混合料容易发生结块和离析现象。故要严格控制进场回收的沥青路面废料, 回收料的组成和性能应及时掌握, 这就需对回收料堆进行较频的试验测试, 确保粒度和性能较均匀的回收料用于再生沥青混合料生产。因此采用恰当的管理方案对回收堆和料废料堆进行管理, 为防止旧料的结块与离析、沥青老化, 应其采取合理措施以确保旧料免受污染及保持干燥。废料的堆放管理、回收料的堆放管理、加强对回收料堆的试验检验都是常见的铣刨回收废料的管理方向及方法。

4 结论

本文通过试验系统的研究了热再生沥青混合料应用时的旧料掺配比例、再生剂的用量和油石比, 并对热再生沥青混合料的路用性能进行验证, 同时对实体工程应用时的旧沥青路面材料的处理与储存进行了阐述和要求, 本文主要得出以下结论:

再生沥青混合料的马歇尔试验结果均能满足规范要求, 且随着旧料掺配量的增加, 稳定度增大; 浸水马歇尔的残留稳定的变化趋势与冻融劈裂强度比的变化趋势相似, 随着旧料掺量的增加, 再生沥青混合料的水稳定性变差; 动稳定度随着旧料掺量的增加, 先增大后减小。同时对不同的回收沥青路面材料进行回收, 并保证分开不混杂堆放、减小其离散程度。

摘要：本文通过试验系统的研究了热再生沥青混合料应用时的旧料掺配比例、再生剂的用量和油石比, 并对热再生沥青混合料的路用性能进行验证, 同时对实体工程应用时的旧沥青路面材料的处理与储存进行了阐述和要求。

关键词：再生沥青混合料,再生剂,旧料

参考文献

[1]刘朝晖, 褚晨枫, 张起森.沥青路面厂拌热再生技术与设备[J]建筑机械化, 2007, (3) :47-50.

[2]任拴哲沥青路面厂拌热再生及其设备关键技术研究[D].长安大学博士论文, 2008.

浅析废旧橡胶粉的再生利用 篇7

高分子材料的科技进步给人类带来了巨大的物质文明,但因其难自然降解而出现大量废弃高分子材料制品。据世界卫生组织统计,世界废旧轮胎积存量已达30亿条,并以每年约10亿条的数字在增长。由于其难以回收处理而形成了严重的黑色污染和火灾隐患。目前,废旧轮胎的回收再利用已经为全世界所重视。目前,处理废旧轮胎的方法主要有以下几种:

(1)轮胎的翻新。旧轮胎翻新是一种最直接、简单、经济实用的废旧轮胎利用方法。旧轮胎经过一次翻新后,寿命一般为新胎的60%～90%,平均行驶里程可达新胎的75%～80%,而翻新所耗原材料仅占新胎的15%～30%,价格仅为新胎的25%～50%。

(2)制造再生胶。20世纪80年代,动态脱硫法代替水油法成为再生胶的主要生产工艺,较好地解决了废水污染问题。再生胶可直接制成多种橡胶制品,也可与热塑性树脂如PE、PP、PS、PVC等共混并用,还可以改性热塑性树脂并用模压法制备各种发泡制品。此外,再生胶还可与废旧热塑性塑料回收品混合,制备成本低廉性能良好的全回收再生品。目前,发达国家的废橡胶利用已从再生胶转向制造胶粉和开辟其他应用领域。

(3)生产柴油。据最近专利,将废旧轮胎加热蒸馏,得重质油,在重质油经酸洗及水洗,得初级轻质油;初级轻质油中加入石灰粉、催化剂,并加入氨水、微量去味剂,就能得到柴油。

(4)制造胶粉。胶粉的应用主要有以下几个方面:一是直接加工成型,粉碎后的胶粉表面存在一定量的不饱和键,缴入硫磺促进剂后可直接进行硫化并模压成型,也可采用过氧化物或硫磺促进剂与过氧化物并用的方法;二是与生胶掺用,废胶粉与生胶粉掺用可制备多种橡胶制品,特别是活化的精细胶粉,可掺用于胎面胶中;三是建筑材料中应用,如作为道路铺设材料,可使路面增加弹性,减少噪声。

2 国外利用废旧轮胎的多样性

(1)美国作为世界上汽车拥有量的第一大国,为了有效利用废旧轮胎和节约资源,美国十分重视轮胎翻修工作。一般旧轮胎可平均翻修4次。其次,废轮胎广泛用于水泥回转窑燃料。美国从1994年起规定,凡靠国家资助建设的沥青公路,其铺路材料的5%必须用废旧轮胎生产的胶粉,1998年此类公路已达1.1万公里,有效地扩大了废旧轮胎的用途。

(2)加拿大将废旧胎的利用作为重要的环保产业对待,并有不少特色:首先将磨平的废旧轮胎破碎后作工程材料的填充物,如用于铺设游戏厅的地面,掺入沥青路面,混合其它材料用于铺设跑道、制作鞋跟等。其次通过3项技术制作各种原料:①将废旧轮胎破碎成小块,通过磁力除去子午线钢丝,并通过搅拌器和漂洗器清除纤维,作为粗制原料;②为了破坏轮胎橡胶中的架桥结构,经液氮冷却后粉碎成胶粉;③在微波高温分解过程中,这些胶粉颗粒在回转炉中无氧状态下碳化,随后再进行冷却并添加氧化剂和清洁剂成为可供原料用的精制胶粉,在碳同氧化剂和清洁剂的混合化学反应中还可以产生可燃气供发电用。

(3)英国利用废旧轮胎的最大特点是用于燃烧发电,每年所用的废轮胎量在世界上遥遥领先。利用废旧轮胎修建环保房屋,也是英国的一大特色,虽然对废旧轮胎的使用量不是很大,但也是废旧轮胎循环再利用的一个新的发展方向。

(4)芬兰为加强废旧轮胎的回收利用,1996年出台了生产者责任制的相关法规,快速推动了再生利用。废旧轮胎主要用于再生轮胎和作燃料发电、道路材料和建筑材料之用。

(5)韩国除回收废旧轮胎作一般用途外,该国动力资源研究所于1997年开发成功用废旧轮胎批量提炼石油和炭黑的新技术,将废旧轮胎和废油以1:2的比例混合,经加热后提取相当于原料40%～50%的石油,在剩余物质中再提取出30%的炭黑。

可见各国都在以废旧轮胎翻修、制造胶粉为主的废旧轮胎利用办法的基础上积极开拓变废为宝的新思路,开发新的再生利用技术,进一步充分地对废旧轮胎进行回收利用。

3 国内废旧轮胎处理现状

随着我国运输业的飞速发展,报废的轮胎及橡胶制品集聚量越来越大。我国每年约有2000万条废旧轮胎无人问津,据不完全统计,2002年我国废旧轮胎的产生量约6000万条。预计到2008年,我国废旧轮胎的产生量将达到1.3亿条。

中国是一个橡胶应用大国,橡胶的年消耗量居世界第一位;与此同时,中国又是一个橡胶资源严重匮乏的国家,年消耗量的60%需要进口,而且短期内不会有根本解决的办法。废旧轮胎是一种再生资源,在新材料领域中具有可利用性,废旧轮胎处理是一个颇有发展潜力的行业,尤其在当前中国橡胶资源紧缺的情况下,废旧橡胶制品的再生利用更具有积极的社会意义。

将废旧轮胎加工成胶粉是国家通用的废旧轮胎再生处理方式,也是我国目前主要的处理废旧轮胎的方式。我国早在20世纪80年代就有所研究与应用,2004年完成了交通部西部交通科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”工作,目前技术已较为成熟,在广东、山东、河北、四川、北京等省市修建了大量试验路,试验路的使用效果良好。

4 废旧橡胶粉的分类及应用范围

利用废旧橡胶制品生产的胶粉,不同粒度的胶粉应用范围不同。按国外标准8～20目的胶粉称之为胶粒,主要应用在跑道、道路垫层、垫板、草坪、铺路弹性层、运动场地铺装等;30～40目称为粗胶粉,主要应用于生产再生胶、改性胶粉、铺路、生产胶板等;40～60目称为细胶粉,应用于橡胶制品填充用、塑料改性等;60～80目称为精细胶粉,主要应用在汽车轮胎、橡胶制品、建筑材料等;80～120目称为微细胶粉,主要应用在橡胶制品、军工产品;200～500目称为超微细胶粉,主要应用于SBS材料改性,汽车保险杆、电视机外壳、军工产品,如果对胶粉进行针对用途的改性,不仅可大大提高掺混量,而且还在一定程度上提高复合材料的综合性能,扩展胶粉的应用范围。

5 废旧橡胶粉在公路工程中的应用

废旧胶粉在公路行业中的应用是废旧轮胎处理的主要途径之一。废旧轮胎橡胶粉的主要化学成分还是天然橡胶和合成橡胶(如丁苯橡胶、顺丁橡胶),还有硫、碳黑、氧化硅、氧化铁、氧化钙等添加剂成分。以上这些成分都是良好的沥青改性剂,能够改善沥青的高低温性能、抗老化性能、抗疲劳性能,起到减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声、优良的冬季柔性等作用,因此,废旧橡胶粉的应用技术具有十分重要的现实意义。

国际上橡胶粉在公路上使用的技术领域主要有橡胶沥青、橡胶粉改性沥青混凝土、橡胶粉改性乳化沥青、橡胶粉颗粒在基层中的使用、橡胶粉排水性材料。

5.1 橡胶沥青

将橡胶粉掺入沥青中制成橡胶沥青是橡胶粉在公路行业中最普遍的应用方式,从产生至今已有150年的历史。由于橡胶粉和沥青的化学成分不完全相同,且都具有较强的惰性,橡胶粉与沥青混合主要是融胀反应,既不仅仅是简单的物理填充,也不完全会发生化学反应,而是处于两者共存的状态,其产物是橡胶粉和沥青的共混体系,对沥青的物理性能和化学性能都有改善。橡胶粉的性质、沥青的性质、两者之间共混方式都可能影响到橡胶沥青的性能。

橡胶沥青除了生产橡胶沥青混凝土外,还用于应力吸收层、应力吸收中间层、碎石封层、路面防水材料以及填缝料等。而且在这些方面橡胶沥青的使用量甚至超过橡胶沥青混凝土的使用量。

5.2 橡胶粉沥青混凝土

橡胶粉沥青混凝土包括干法和湿法两种方法生产的沥青混凝土。湿法指橡胶粉与沥青混炼或混合制成橡胶沥青,橡胶沥青作为粘结剂再与矿料拌和的工艺。干法则是指橡胶粉与集料先行拌和共混后再喷入沥青拌制混合料的工艺。在国际上湿法一般指橡胶沥青混凝土,干法则主要指橡胶粉改性沥青混凝土。

在美国实际应用中,两者的主要区别有:

(1)橡胶粉改性沥青混凝土中橡胶粉使用量是橡胶沥青混凝土的2～4倍;

(2)橡胶粉改性沥青混凝土中橡胶粉添加方法简单,橡胶粉从矿料口进入,用量容易控制,橡胶沥青混凝土的橡胶粉要事先与沥青共混反应,预加工和储存,使用成本高;

(3)橡胶粉改性沥青混凝土使用的橡胶粉一般比橡胶粉混凝土使用的橡胶粉要粗。

橡胶粉沥青混凝土由于其高弹性能,具有明显降低行车噪音的效果,是一种典型的“安静路面”。同时,橡胶粉沥青混凝土在用于旧路改建时,对减少路面的反射裂缝,提高路面的整体承载能力都十分有利,在相同的使用效果前提下,适当使用废旧橡胶粉可减薄沥青混凝土面层厚度,当沥青结构层中使用橡胶沥青的应力吸收中间层时,厚度还可以进一步减薄。

6 总结

从国内外多年的成功应用经验可以看出,废旧轮胎的再生利用,具有很广阔的发展前景。单就生产橡胶粉而言,其用于筑路工程环保公益作用明显,能够解决废旧轮胎带来的社会问题,并可以减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声,具有优良的冬季柔性等,是解决我国当前面临的重载交通、早期损坏问题的有效途径之一。对于公路建设来说,还可以节约建设投资,对我国当前在有限的财力和物力下,修建出优质沥青路面是一种很好的可选方案,具有良好的应用前景,应大力推广。

摘要：主要介绍了目前常用的废旧轮胎处理方法,以及国内外在废旧轮胎处理方面的成果,着重分析了废旧橡胶粉的用途,尤其在筑路工程当中的应用,建议推广使用。

关键词：废旧轮胎,废旧橡胶粉,橡胶沥青,沥青混凝土

参考文献

[1]张立群.我国废旧轮胎的再循环利用[J].大同职业技术学院报,2004,(6).

[2]余晓丹,陈伯川.废轮胎的处理及综合利用[J].石油化工,2003,32(增刊).

[3]杨志峰,李美江,王旭东.废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J].公路交通科技,2005,(7).

湖南湘潭探索废旧混凝土再生利用 篇8

近几年, 湘潭城市建设速度加快, 产生了大量的废旧水泥、沥青混凝土等建筑垃圾, 数量约占城市垃圾总量的30%~40%。目前, 湖南湘潭处理这类垃圾采取传统的掩埋方式, 不但耗费大量土地资源, 而且这些碱性废渣会令大片土壤“失活”, 带来二次污染, 实现废旧混凝土再生利用已迫在眉睫。

湖南湘潭市政工程公司准备在湘潭投资建设废旧混凝土再生利用处理中心, 投产后年处理废旧混凝土能力可达50万t。目前该中心已通过不同配比下的废旧骨料再生利用试验, 提出了水泥混凝土路面的再生利用技术方案。废旧混凝土再生利用处理中心建成后, 废旧混凝土经处理后可加工成建筑骨料, 制成透水砖、彩色砖等20多种新型环保免烧砖。据权威部门监测, 这些环保免烧砖异常结实, 抗压强度高, 同时还具有保温、隔热、降噪等性能, 完全可取代粘土砖, 不仅大大节约了土地资源, 还完全相符绿色建筑标准。

废旧沥青再生利用 篇9

目前,用于公路建设的沥青大都是从原油提炼的石油沥青,随着公路建设事业的发展,对原油资源的过度开采和使用使得石油资源已面临枯竭。在全球范围内,沥青路面都是公路的主要形式,据统计,美国约有94%的路面为热拌沥青混合料铺筑的路面[1]。此外,世界各国每年都会产生大量的废旧沥青材料,产生的废料主要有路面翻修过程铣刨的废旧沥青混合料、用于屋面建设的沥青瓦等[2,3]。我国已建成道路近年来也已相继进入大中修阶段,将有大量铣刨的沥青混合料废弃[4]。公路网正在加速建设中,对石油沥青的大量需求与石油沥青的供应不足之间产生了很大的矛盾。据统计, 在美国,每年约有10000000t的废弃屋面瓦和1000000t人造碎瓦被处理掉[2]。每个屋面瓦由约53%的矿物集料和平均含量为28%的沥青组成[5,6]。因此,1t沥青瓦的回收利用就相当于减少了一桶石油的使用[3]。然而,这些废旧沥青产品如果不被处理,不仅会对环境造成很大的负担,还会造成大量的资源浪费。因此,面对原油资源的匮乏以及公路建设的迫切需要,对废旧沥青材料进行回收利用成为一个兼具经济效益和环境效益的选择。

传统的沥青再生技术各有优势但也都有一定的局限性。 就地热再生会造成严重的环境污染,且会改变原路面标高, 厂拌热再生回收利用率低且运输费用高,就地冷再生施工质量控制难度大,厂拌冷再生性能不及温拌沥青混合料[7,8,9,10]。 近年来,随着环境友好和可持续发展的观念深入人心,国外已有相关研究表明将生物粘合剂加入到沥青中能够改善其低温抗裂性、温度敏感性等路用性能[3,11,12]。在此基础上又提出了利用生物粘合剂来对废旧沥青材料改性的方法,利用这种技术环保且有良好的性价比[2,3]。生物粘合剂来自非石油基可再生资源,比如木材和谷物、畜粪便等,来源广泛且经济环保[13,14]。基于生物沥青对废旧沥青材料改性的巨大环境效益和经济效益,本文综述了利用生物粘合剂对高比例回收沥青混合料进行改性的方法以及所得产品的性能,以及对回收沥青瓦进行湿处理加工的方法和所得产品的粘度以及低温性能,为提高废旧沥青材料的回收利用率提供参考。

1原材料与再生材料的制备

1.1原材料

1.1.1回收沥青瓦

沥青瓦的全称为玻纤胎沥青瓦,简称为玻纤瓦或者沥青瓦,因其主要材质为沥青,故国内一般称之为沥青瓦,是一种具有装饰与防水功能新型的屋面材料。其在美国与加拿大生产与使用量很大,主要用于居民住宅 与商业建 筑的坡屋 面。为了使回收沥青瓦颗粒能够和生物粘合剂充分作用以减少颗粒沉降,在对其进行处理之前,需通过轴驱动搅拌机干磨沥青瓦大约45min,将其粉碎到平均粒径为85.5μm的状态[15]。Daniel Oldham等[2]在对回收沥青瓦进行生物改性的研究中所用的生物粘合剂由猪粪经过热化学转化过程得到,选用的基质沥青为PG64-22沥青。

1.1.2回收沥青路面旧料

Walaa S.Mogawer等[3]在对沥青路面回收材料进行生物改性的研究中使用的为普通沥青路面回收的废旧材料,用于改性的生物粘合剂由猪粪经过热化学转化过程得到,选用的基质沥青为PG52-28沥青。与回收沥青瓦的改性不同的是,对沥青路面回收材料的进一步加工处理还需用到4种集料:9.5mm碎石、天然沙、石屑和矿粉。

1.1.3生物粘合剂

Daniel Oldham等用于回收沥青瓦和Walaa S.Mogawer等回收沥青路面材料改性的生物粘合剂由猪粪通过热化学转化生产[2,3]。猪粪在缺氧状态下加热到300 ℃,所用的反应器需用氮气清除其中的空气3次。反应器被加热到设定温度,并在猪粪热解反应时间内将反应器的温度保持在这一水平不变。待反应完成后,用循环冰水将反应器迅速冷却至室温,将气体从高压釜内释放使得釜内 压力降低 至大气压 力。过滤所得溶液分离出聚合的粘渣,最后再将分离出粘渣的溶液进行真空蒸馏,所得产物即为生物粘合剂[16,17]。

研究表明[18,19],目前用于废旧沥青材料改性的生物粘合剂仅限于由猪粪热解得到的生物粘合剂,而生物粘合剂来源十分广泛,除了各类牲畜粪便外,还包括农作物秸秆、谷物草壳、树皮枝桠、竹材蔗渣、废弃食物油脂等生物质,其均可通过快速热解的方式得到生物粘合剂。但由于来源不同,所得粘合剂性能会有所差异,是否能用于废旧沥青材料的改性将是该领域未来研究的一个重点。

1.2再生方法

1.2.1回收沥青瓦再生方法

由于目前通过干混方式对回收沥青瓦进行改性之后在路面上的使用率还不足5%[20,21],Ellie H.Fini等介绍了用生物粘合剂对回收沥青瓦进行湿加工的处理 方式[15]。Daniel Oldham等[2]在对沥青瓦进行生物改性的研究中所用的回收沥青瓦粘合剂由不同比例(5%、15%、30%和40%)的回收沥青瓦与基质沥青混合制成,混合条件为:温度180 ℃,机械剪切搅拌机速率450r/min,搅拌时间1h。之后将回收沥青瓦粘合剂在135 ℃、750r/min的条件下通过机械剪切搅拌机与10%的生物粘合剂剪切混合30min制得生物改性沥青瓦。为确保试样的均匀性,防止离析和相分离,制得的生物改性沥青瓦在进行测试之前需在135 ℃、750r/min的条件下重新剪切混合5min。

1.2.2回收沥青路面旧料再生方法

Walaa S.Mogawer等[3]在沥青路面回收材料中使用的生物改性粘合剂是将生物粘合剂加入到PG52-28沥青粘合剂中生成,生物粘合剂的剂量占沥青粘合剂量的5%。将制得的生物改性粘合剂与40%的沥青路面回收材料与新集料混合制得生物改性沥青路面回收材料混合料。对照混合料为集料与基质沥青混合生产的沥青混合料。生物改性沥青路面回收材料混合料与基质沥青混合料采用的级配均为superpave9.5级配[22]。由于生物改性粘合剂粘度降低,混合料的拌合温度为144 ℃,压实温度为132 ℃;基质沥青混合料的拌合温度为124 ℃,压实温度为113 ℃。

2性能分析

2.1再生沥青瓦性能分析

2.1.1粘度

Daniel Oldham等[2]利用布氏 粘度计分 别对含有5%、 15%、30%、和40%回收沥青瓦的粘合剂在不同剪切速率下 (5r/min、10r/min、20r/min、25r/min、50r/min和100r/ min)的粘度进行测试。

研究表明,在基质沥青中加入回收沥青瓦粘合剂会增加其粘度,在105 ℃条件下,回收沥青瓦粘合剂使基质沥青粘度的增加幅度最大,随着温度进一步升高,回收沥青瓦对基质沥青粘度的影响逐渐减小。生物粘合剂的加入能显著减小回收沥青瓦粘合剂的粘度。在135 ℃、25r/min的条件下,当回收沥青瓦粘合剂在基质沥青中的含量由5%增加到40%时,剪切粘度的测量值增加了117%[2]。随着温度的升高其对基质沥青粘度的影响逐渐变小。回收沥青瓦粘合剂含量在5%~10%范围内时,加入生物粘合剂改性后可使该粘合剂的黏度降低到低于基质沥青[3]。回收沥青瓦粘合剂含量为30%时,加入生物粘合剂可使该粘合剂的粘度降低到与基质沥青相同[3]。回收沥青瓦粘合剂含量为40%时,加入生物粘合剂可使该粘合剂的粘度显著降低,但降低后的粘度仍高于基质沥青的粘度[2]。生物粘合剂对回收沥青瓦粘合剂粘度的降低说明其可以充分弥补回收沥青瓦粘合剂的刚化效应(回收沥青瓦含量多达30%),即可以使更高含量的回收沥青瓦用于铺面材料中。

2.1.2低温性能

生物改性回收沥青瓦粘合剂的低温性能通过测其破坏应变、断裂能和低温延度来表征。其中破坏应变、断裂能和低温延度均可由直接拉伸试验得到。

Daniel Oldham等[2]在测试之前将样品加热到150 ℃后倒入狗骨形的模具中在室温下固化60min,再在冷却浴中调节60min(-12 ℃和-18 ℃),之后再测试材料在-12 ℃和 -18 ℃条件下的破坏应力和破坏应变,得出将回收沥青瓦粘合剂引入到基质沥青中会使得基质沥青在-12 ℃和-18 ℃ 的破坏应变 显著减小,并且可使 其破坏应 变减小到 小于ASTM d6723规定的最小阈值(1%张力)。可见生物粘合剂的引入对回收沥青瓦粘合剂在-12 ℃和-18 ℃条件下破坏应变的提高效果明显,并且可使其在-12 ℃条件下的破坏应变显著高于规范值。

研究表明,加入生物粘合剂能有效提高回收沥青瓦粘合剂在-12 ℃和-18 ℃的断裂能,且在-12 ℃条件下提高幅度更大。断裂能在-12 ℃比在-18 ℃对回收沥青瓦粘合剂浓度更敏感,即在-12 ℃条件下,随着回收沥青瓦含量的增加,粘合剂断裂能的下降速度更快。并且回收沥青瓦粘合剂在各个含量百分比(5%、15%、30%、40%)处-18 ℃的断裂能均显著低于-12 ℃的断裂能。加入生物粘合剂后,在-12 ℃条件下,回收沥青瓦粘合剂的百分比在5%~40%范围内时,断裂能增加的百分率为114%~318%。在-18 ℃,回收沥青瓦粘合剂的百分比在5%~40%范围内时,断裂能增加的百分率为42%~93%[2]。

生物粘合剂的引入对回收沥青瓦粘合剂延度的提高有很大的贡献。随着引入回收沥青瓦含量的增大,回收沥青瓦粘合剂的延度逐渐减小。Daniel Oldham等的研究表明未加生物粘合剂时,-12 ℃条件下,回收沥青瓦含量为5%时粘合剂延度最大,-18 ℃条件下,回收沥青瓦含量为15%时粘合剂延度最大。掺入10%生物粘合剂后,回收沥青瓦粘合剂在-12 ℃条件下沥青瓦含量为5%、15%、30%和40%时回收沥青瓦 粘合剂的 延度分别 提高了160%、259%、208%、 169%。在-18 ℃沥青瓦含量为5%、15%、30%和40%时回收沥青瓦 粘合剂的 延度分别 提高了78%、42%、43%、 32%[2]。

目前研究表明,生物粘合剂的加入能有效提高回收沥青瓦粘合剂的破坏应变、断裂能和低温延度,说明生物粘合剂的引入能改善回收沥青瓦粘合剂的低温性能。通过掺入生物粘合剂来改善废旧沥青材料低温性能将成为未来沥青再生行业进行沥青再生的一个新思路。

2.2再生回收路面沥青混合料的性能分析

2.2.1刚度

混合料的刚度用旋转压力机测得的动态模量|E*|表征, 将试样放置在沥青混合料性能测试(AMPT)装置中,使之在不同温度和频率下承受正弦曲线压力,即可测得可恢复轴向应变(峰间值),由此可计 算出动态 模量,动态模量 测试按AASHTO PP60标准[21]进行。Walaa S.Mogawer等[3]测试了压实老化后空隙率为(7±1)%的试样在4 ℃、20 ℃、35 ℃ (39°F、68°F、95°F)和加载频率25Hz、10Hz、5Hz、1Hz、 0.5Hz、0.1Hz、0.01Hz(只有在35 ℃)条件下的动态模量, 并由20 ℃的所有动态模量绘出主曲线。

生物粘合剂的引入能够明显改善由于大量的回收沥青路面材料引入对基质沥青混合料的“刚化效应”[3]。在基质沥青混合料中加入40%的回收沥青路面材料之后会使得其刚度显著增加,进而导致混合料容易脆裂。Ellie H.Fini等通过分析加入40%回收路面材料混合料与基质沥青混合料的主曲线,发现生物粘合剂能显著降低回收沥青路面材料混合料的刚度,但生物粘合剂在其中的掺量应与回收沥青路面材料的掺量相对应,以免生物粘合剂的掺量过大导致混合料过软,抗车辙性能降低[3]。

2.2.2抵抗疲劳开裂性能

混合料的疲劳开裂性能通过覆盖测试所得的疲劳周期数表征,一般情况下,混合料疲劳周期数越大,其抵抗开裂性能越好。研究表明,若通过Fatigue Cracking-Overlay Tester来表征沥青混合料的抵抗疲劳开裂性能,基质沥青混合料在开裂之前的加载周期为1004次,而含有40%回收沥青路面材料混合料的加载周期仅为37次,明显低于基质沥青混合料。加入10%的生物粘合剂后可使含40%回收沥青路面材料混合料在破坏前的加载周期提高到523次,表明生物改性粘合剂的加入改善了掺有40%回收沥青路面材料混合料的抵抗疲劳开裂性能[3]。

以上的相关研究表明,由于回收沥青路面材料会使得沥青混合料的刚度增加,因此导致混合料的抵抗疲劳开裂性能下降。而加入生物粘合剂后会使得混合料的刚度减小,即生物粘合剂通过减小混合料的刚度来改善其抵抗疲劳开裂性能。

2.2.3水稳定性和抵抗车辙能力

根据AASHTO T324标准[23]规定的汉堡车辙试验来表征混合料的水稳定性。Walaa S.Mogawer等[3]对制备好的空隙率为(7.0±1.0)%的试样在40 ℃条件下进行了汉堡车辙试验,车轮碾压达到20000次或试样出现剥离时测试 结束。Ellie H.Fini等[3]研究表明,在基质沥青混合料中加入40%的沥青路面回收材料有助于改善其水稳定性和抵抗车辙性能。在基质沥青混合料中单独加入生物粘合剂会使得其水稳定性和抵抗车辙性能有所 降低,但将生物 粘合剂与40%沥青路面回收材料同时掺入基质沥青混合料时,其水稳定性和抵抗车辙性能良好,两项性能均能满足规范要求。

2.2.4混合料和易性

沥青混合料的和易性表征混合料施工操作的难易程度。 通过热拌沥青混合料测试装置测试混合料的扭矩值,同一测试温度下,扭矩值越大,混合料和易性越差。将沥青混合料试样放入混合料和易性测试装置中,以规定转速旋转,测得此时装置转轴的合力矩,并记录混合料表面和内部的温度, 根据不同温度对应的扭矩值拟和曲线,进行沥青混合料和易性分析。

Walaa S.Mogawer等[3]研究表明,在基质沥青混合料中掺入40%沥青路面回收材料会降低其和易性,增大施工难度。若在基质沥青混合料中掺入40%沥青路面回收材料的同时加入10%生物粘合剂,可改善其和易性。温度低于138 ℃时,在基质沥青混合料中同时加入10% 的生物粘合剂和40%沥青路面回收材料混合料可使该混合料的和易性改善到与基质沥青混合料相同。当温度高于77 ℃时,在沥青路面回收材料掺量为40%的混合料中掺入10%的生物粘合剂对其进行改性,所得产品的和易性均优于相同温度条件下基质沥青混合料的和易性,且温度越高,和易性改善幅度越大。

已有的再生回收路面沥青混合料研究表明,生物粘合剂的引入能够改善由于沥青路面回收材料的引入对基质沥青混合料和易性造成的影响,且温度越高,这种改善效果越明显。生物粘合剂与沥青路面回收材料同时掺入基质沥青混合料中对基质沥青混合料的水稳定性和抵抗车辙性能影响很小,两者性能均能满足规范要求。

3环境效益与经济效益

用于生产生物粘合剂的快速热解过程是在缺氧的情况下快速分解生物质以产生固体炭、生物油和天然气[24]。除了生物油,固体炭和天然气均可作为燃料利用,因此该过程不产生任何废弃物。此外,相对于传统沥青混合料,生物粘合剂改性沥青混合料的拌合和压实温度明显降低,从而减少了施工过程中的废气排放[3],具有优良的环境效益。

用于生物粘合剂生产的生物质具有可再生、储量大、分布广的特点,原料成本低;目前生物质重油的生产成本为每吨1500~2000元,而国产重交石油 沥青的价 格约为5000元[19],生产成本低,具有优良的经济效益。

4生物再生技术的发展前景与未来研究方向

从前述内容中可知,生物再生技术相对于传统的沥青再生技术具有对旧料利用率高,经济、环保等优点,但目前这项技术还处于发展阶段,需要进一步对其研究,主要包括以下几个方面。

(1)目前用于旧料再生的生物粘合剂仅包括由猪粪热解得到的生物粘合剂,而生物粘合剂的来源十分广泛,应对其他来源生物粘合剂的再生性能也进行研究。(2)在保证混合料性能不下降的前提下,改进生产工艺,使用更高比例的回收沥青材料。(3)对生物粘合剂改性回收沥青材料的研究仅限于宏观性能的评价,应进一步从微观层次研究生物粘合剂对回收沥青材料的改性机理。(4)应将该技术应用于对各种废旧沥青材料的再生利用,而不仅限于沥青路面回收材料与回收沥青瓦。(5)对旧沥青料生物再生技术的研究多集中在国外,采用的技术规范、仪器设备、评价方法与我国有一定差异。根据我国道路技术规范及仪器设备对该技术进行研究, 将有助于生物再生技术在我国的成功运用。

5结语

本文综述了由猪粪热解得到的生物粘合剂对回收沥青路面旧料和回收沥青瓦的改性再生方法以及再生后材料的路用性能。生物粘合剂的引入在不同温度和剪切速率下可以显著降低回收沥青瓦的粘度,通过减小大量回收沥青瓦引入造成的硬化效应来降低拌合与压实温度,促进回收沥青瓦在摊铺混合料中的应用;亦可提高回收沥青瓦粘合剂的断裂能、破坏应变、低温延度,显著改善其低温性能;对掺废旧沥青材料混合料的抵抗疲劳开裂性能、抗车辙性能、水稳定性以及施工和易性有很大的改善,这将使得生物改性再生技术成为未来废旧沥青材料再生研究发展的新方向。

生物改性效果主要取决于废旧沥青材料与生物粘合剂之间的相容性,而这将成为生物改性研究的重点。根据我国生物质来源分布、废旧沥青材料再生技术发展状况和道路技术标准进行针对性研究,对生物再生改性技术在我国的发展具有重要的实践意义。

摘要：为充分利用道路行业以及建筑行业每年产生的大量废旧沥青材料,改善传统路面再生技术对旧料利用率低且对环境造成的不良影响,介绍了一种将生物粘合剂用于废旧沥青材料再生的方法。重点阐述了由猪粪热解得到的生物粘合剂对回收的废旧沥青材料和回收沥青瓦的改性再生方法,以及再生后材料的路用性能,指出存在的问题和未来进一步研究建议。现有研究表明,生物粘合剂加入到废旧沥青材料中能有效降低其粘度,改善其和易性,显著提高废旧沥青材料含量大的混合料的低温抗裂性和抵抗疲劳开裂性能,且其水稳定性和抗车辙性能均能满足规范要求,相比传统沥青路面旧料的再生利用方法具备优良的环境、经济和实施效益。将生物粘合剂用于废旧沥青材料再生行业具有广阔的发展前景,可以为在我国铺面工程中的研究应用提供参考。