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固 废 处 理 沥青再生剂的研究选择 ＊ 刘 军 杨彦海 李和平 沈阳建筑工程学院, 辽宁省 110015 闻 雷 辽宁省路桥建设二公司, 沈阳市 110141 摘要 为了节约能源, 保护环境, 变废为宝, 在此结合沈阳-大连等高速公路路面维修工程, 选取废旧沥青混合料, 抽提 回收出旧沥青。 运用 4组分分析方法选择出较适合沥青再生的几种再生剂, 用正交设计对再生剂组合优良加以评价, 并用数学回归模型对再生剂含量进行优化。 通过实验验证, 再生剂A 和再生剂 C 以 1∶ 1 的比例混合出的复合再生剂 是比较好的, 再生剂含量在 7～ 8范围内再生的沥青性能指标完全满足技术要求。 关键词 沥青再生剂 回归模型 性能测试 ＊辽宁省交通厅重点科研项目 0201 1 引言 沥青路面的再生, 首要条件是沥青的再生, 而沥 青再生必然要使用再生剂使其性能得以恢复。本实 验选取了沈阳-大连 沈大 等几条高速公路上的废旧 沥青混合料,对沥青进行抽提回收 、 性能分析 ,在此基 础上, 研究选择了沥青再生剂, 利用正交试验设计对 几种再生剂组合效果进行评定 ,用数学回归模型对含 量进行优化 ,通过测试再生沥青的性能满足要求, 说 明沥青再生效果是比较好的。 2 实验 2. 1 原材料 [ 1] 选用沈大等高速公路上的废旧沥青混合料,抽提 出旧沥青用于实验, 基本性质见表 1。 表 1 4种沥青基本性质 名称 针入度 25 ℃ 0 . 1 mm 延度 15 ℃ cm 软化点 ℃ 沈大12. 35. 668. 7 沈铁22. 612. 855. 7 沈环15. 56. 860. 8 沈本16. 55. 261. 2 从表 1 数据可以看出 这 4种沥青老化程度都比 较严重,针入度 、 延度明显偏低 ,而软化点偏高 。分析 原因是石油沥青经过氧化, 除组成上发生变化 饱和 烃、 芳烃和胶质减少 ,而沥青质相对增多外; 在胶体分 散体系结构上, 由于沥青质的增加 ,分散相相对增多, 饱和烃、 芳烃和胶质减少 ,分散介质的溶解能力不足, 或由于氧化使分子聚集而形成网络结构 ,使沥青由溶 胶型逐步向溶胶-凝胶型和凝胶型转化 。反映在理化 性质上是其软化点升高, 针入度降低,延度减少。 2. 2 旧沥青组分分析 对回收的 4 种沥青 4 组分分析如表 2 所示 。 表 2 4 组分分析结果 项 目饱和分芳香分胶 质沥青质 沈大19. 6018. 6234. 9026. 88 沈铁21. 0122. 6737. 6918. 63 沈环19. 3421. 2238. 7620. 68 沈本22. 3619. 6834. 5523. 41 从表 2 数据看 ,芳香分含量偏低 ,从而使沥青塑 性降低; 饱和分和胶质含量基本上在配伍性要求的范 围之内,而沥青质含量明显偏高。从而使沥青使用性 能下降。 2. 3 沥青再生剂的选择 按沥青胶体结构理论 [ 3] 由于再生剂与旧沥青的 4 组分含量不同 ,当旧沥青中加入再生剂时, 再生剂 中含有部分缩合度高的芳烃, 旧沥青中沥青质、胶质 对它们的吸附溶解趋势大于原旧沥青中的小分子芳 香分和饱和分, 由此削弱了小分子芳烃和饱和烃分子 所受引力场的影响。那么 ,必然存在着旧沥青与再生 剂间化学组分的重新分配 ,从而改善沥青 4 组分之间 的配伍关系 [ 4] 。 按一定比例在旧沥青中加入含沥青质少 ,含芳香 分高的再生剂, 建立新的沥青组分, 并使成分匹配更 合理 ,即将沥青质借助于胶质更好地分散在芳香分、 饱和分中, 形成稳定的胶体结构, 从而改变沥青的流 变性能,使沥青性能达到质量指标的要求 。表 3列出 4 种再生剂 。 从表 3可以看出 ,再生剂 A 饱和分 、芳香分含量 较高 , 而沥青质含量最低; 再生剂 C 芳香分含量最 高,胶质含量较高, 从组分看与再生剂 A 有很好的互 补性 [ 5] 。同时考虑了经济原因,采用再生剂A 与再生 44 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 剂C 作为复合再生剂 ,是一个比较好的选择。 表 3 几种再生剂族组成分析比较 项 目饱和分芳香分胶 质沥青质 再生剂 A41. 3346. 8010. 161. 71 再生剂 B13. 7866. 6311. 318. 28 再生剂C14. 9459. 3523. 612. 10 再生剂 D46. 1634. 0014. 235. 61 2. 4 正交设计 为了更深一步了解表 3 中 4 种再生剂的组合效 果,进行了正交实验设计,考虑到影响再生剂性能的主 要因素为不同再生剂的掺配比例、混合类型以及混合 温度,每个因素为3 个水平, 确定正交表为 L9 3 4 。从 沈大旧料中抽提出旧沥青作为基质沥青, 混合再生剂 比例为旧沥青的 7,测定再生沥青的 3 大指标, 用以 评定再生剂的组合效果。影响因素如表4,通过测试及 计算认为,温度对沥青 3大指标影响显著, 在使用过程 中,温度控制在 100 ℃左右比较理想, 但就确定再生剂 混合类型和比例来说, 再生剂A 和再生剂 C 按 1∶ 1的 比例组成的再生剂是比较好的 ,结论与前面的分析一 致,说明复合再生剂的组合是可靠的。 表 4 影响再生剂因素 因素比例混合类型混合温度 ℃ 11∶ 1A B80 21∶ 2A C100 32∶ 1BD120 2. 5 再生剂含量确定 为了确定再生剂的最佳用量, 在4 种回收沥青中 分别加入 0 ～ 9范围内的再生剂, 实验结果见图 1 针入度与再生剂含量的关系, 图2 软化点与再生剂含 量的关系 。 图 1 针入度与再生剂含量的关系 对图 1、 图 2 中的数据进行数学回归分析可以得 到再生剂用量与道路沥青使用性能关系的数学模型 见表 5。 按照要求, 要配成符合重交通道路石油沥青质量 要求 JTJ03294 标准,沈大、沈铁 、 沈本加入再生剂用 图 2 软化点与再生剂含量的关系 量为 7, 沈环 8即可 。 表 5 再生剂用量与针入度软化点关系数学模型 指 标数学模型相关系数置信度 沈大 P34. 0498. 1148X SP 53. 762- 0. 9000X 0. 99929 - 0. 99800 0. 05 0. 05 沈铁 P72. 7457. 6800X SP45. 709-0. 12000X 1. 00000 - 0. 99800 0. 05 0. 05 沈环 P29. 6077. 8800X SP50. 995-0. 64000X 1. 00000 - 0. 99900 0. 05 0. 05 沈本 P36. 0497. 8648X SP 53. 315- 1. 1406X 0. 99700 - 0. 99994 0. 05 0. 05 注 P 针入度 25 ℃ 0. 1 mm , SP 软化点 ℃, X 再生剂 用量 2. 6 再生沥青性能 [ 1,2] 按比例在旧沥青中加入再生剂 ,实验后测定其性 能,具体数据如表 6, 表中数据是 3 组平行实验的平 均值 。 从表 6 中实验结果可以看出 ,再生沥青的性质完 全满足重交通道路石油沥青质量要求 JTJ03294 标准 。 3 实验结果分析 1 从表 2 数据看, 芳香分含量偏低 ,从而使沥青 塑性降低; 饱和分和胶质含量基本上在配伍性要求的 范围之内, 而沥青质含量明显偏高。这主要因为石油 沥青老化过程是在温度和空气中氧的作用下 ,渣油中 的芳烃 、 胶质和沥青质产生部分氧化脱氢生成水, 而 余下的重油组分的活性基团互相聚合或缩合生成更 高分子量物质 [ 6] , 从而使沥青质含量升高, 不能满足 使用要求。 2 由图 1、图 2 可知, 随着再生剂用量的增加, 4 种沥青的针入度线性升高 ,软化点线性降低 。主要 是由于加入再生剂后, 使沥青质相对含量减少, 同时 饱和分 、 芳香分和胶质的溶度参数提高 [ 3,6] ,与沥青质 的溶度参数差值减少, 性能上表现为针入度升高、延 度增大、 软化点降低 。 45 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 表 6 沥青再生后的理化性质与标准对照表 项 目沈大沈铁沈环沈本 AH -90重交通道路 石油沥青技术标准 针入度25 ℃ 0. 1 mm8994919280～ 100 软化点 ℃46. 645. 445. 646. 142～ 52 延度15 ℃ cm150150150150100 溶解度 三氯乙烯 99. 499. 399. 499. 399. 0 内点 ℃230230230230230 蜡含量 蒸馏法 1. 821. 871. 902. 0475 3 从表 6 实验结果可以看出 ,从沈大等 4 种沥 青混合料中所回收的旧沥青, 通过再生剂再生后, 其 性质 完 全满 足 重交 通道 路 石油 沥青 质 量要 求 JTJ03294 标准 。 4 结论 1 在 0 ～ 9的范围内 , 随着再生剂用量的增 加,4 种沥青的针入度基本是线性升高 , 软化点线性 降低 。 2 加入再生剂的沥青针入度范围从 1. 23 ～ 2. 26 mm提高到9. 1～ 9. 6mm ; 延度从 5. 6～ 12. 8 cm提 高到大于 150 cm; 软化点从 55. 7 ～ 68. 7 ℃降低到 45. 2～ 46. 8 ℃,各方面性能指标完全满足技术要求, 达到了与新沥青材料基本相同的效果; 3 利用正交设计确定了再生剂 A 和再生剂 C 作为复合再生剂的可行性及 1∶ 1 的掺配比例, 用数学 回归模型确定的再生剂含量沈大 、 沈铁 、 沈本 3 条高 速公路7 ,沈环 8,通过再生沥青性能测试各项指 标能够满足使用要求 。 参考文献 1 公路沥青路面施工技术规范. JTJ03294, 北京 人民交通出版社, 1994. 2 公路工程沥青及沥青混合料试验规程. JTJ0522000, 北京 人民交 通出版社,2000. 3 沈钟, 王果庭. 胶体与表面化学. 北京 化学工业出版社, 1997. 4 黄晓明, 赵永利等. 沥青路面再生利用试验分析. 岩土工程学报, 2001. 4 468～ 471. 5 Paul H R. uation of Recycled Projects for Perance . Baton Rouge. Louisiana Trarsportation Research Center, 1998. 6 聂鹏, 杨彦海等. 利用添加剂改善沈大路旧沥青性质的研究. 东北 公路,2001. 1 18～ 20. 作者通讯处 刘军 110168 辽宁省沈阳市浑南新区 沈阳建筑工 程学院材料分院 电话 024-24692699 E -mail Liujunsjzu. edu. cn 2002- 09-08 收稿 上接第 40页 4 该系统的操作弹性较大, 特别当需要生产氟 盐时, 只需适当调整补充水量, 降低出口氟硅酸浓度 即可 。 5 湍球塔的喷头形式为锥形螺旋线喷头 ,运行 中由于硅胶引起的堵塞仍然是个问题 ,虽几经改进, 仍然没有解决好 。 6 结论 采用 2 室 2塔吸收系统 ,对氟硅酸循环工艺要求 较高浓度的氟硅酸溶液的条件下, 能够保证较高的吸 收率 ,排放尾气完全符合国家标准 。 参考文献 1 李继禄等. 氟硅酸循环法制普钙的探讨. 化工环保, 1984. 3 . 2 R. Monaldi and G . Venturino . Process for recycling H2SiF6solution recovered by gas washing to the den of superphosphate . ISMA Technical Conference, 1976. 3 姚梓均. 无机物工艺学. 北京 化学工业出版社, 1981. 290～ 291. 4 化学工业部环境保护设计技术中心站. 化工环境保护设计手册. 北 京 化学工业出版社,1998. 作者通讯处 许宁 271000 山东省泰安市向阳街 196 号 泰山医学 院工程学院 2003- 02-08 收稿 46 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 THE DESIGN AND APPLICATION OF SYSTEM FOR ABSORBING FLUORIDE UNDER THE CONDITION OF SILICOFLUORIC ACID RECYCLINGXu Ning et al 39 Abstract The combination of absorption room and turbulent ball tower is applied in the process of producing single superphosphate in recycling silicofluoric acid with the consistency of H2SiF6at 16～ 20 to meet the exhaust standard. Keywords recycling of silicofluoric acid, absorption, design and application DESIGNAND APPLICATION OF DEDUSTING SYSTEM FOR MOBILE UNLOADER Fu Haiming et al 41 Abstract Through analysis of the characteristics of an unloader and comparision of different control schemes the design scheme of a dedusting system for the unloader isdetermined, which breaksupthe traditional way of controlling dust by pressure -vacuumgas flow andway of air curtain -ventilation is used for the design of the dedusting system for the unloader. A good dust-control effect is obtained. Keywords unloder, pressure -vacuum gas flow, air -curtain and dedusting system STUDY AND SELECTION OF ASPHALT-REGENERATING AGENTLiu Jun et al 44 Abstract To save energy and protect environment, old asphalts from Shenyang -Dalian Expressway asphalt pavements are extracted and recycled using combined additives. Several regenerative agents are selected using four -component analysis according to the gel theory of asphalt. Their contents are determined and optimized by a mathematical regression model. Test results prove that the combined regenerative agent including recycling agent A and C is satisfactory . All perances of a regenerated asphalt completely meet the technical requirements when the dosage of the regenerative agent is in the range of 7～ 8. Keywords asphalt-regenerating agent, regressionmodel and perance testing ENGINEERING CHARACTERISTICS OF CINDER FROM MUNICIPAL DOMESTIC REFUSE INCINERATORShi Aijuan et al 47 Abstract Engineering characteristics of the cinder from Shanghai Pudong New Area MSWI Plant are studied. Particle size distribution, organic content, water content, density, water absorption and soundness are tested for both bottom cinder and siftings through standard test sieves separately. It is concluded that the bottom cinder has even particle size distribution, complex constitutents, high strength, good soundness, higher water content, higher water absorption and lower density as compared with natural aggregates. Engineering characteristics of the siftings are better than that of the original cinder. It is also discussed that the cinder has a good technical feasibility of being used as aggregate of road base, and sifting through 26. 5 mm standard test sieve is the most suitable pretreatment step correspondingly. Keywords municipal domestic refuse, cinder from incinerator, engineering characteristics, sieving and aggregate STUDY ON FILLING TREATMENT OF HEAP LEACHING TAILINGS OF URANIUM ORE Zhang Xiaowen et al 51 Abstract The process and the resultsof filling treatment of heap leaching tailings of uranium ore are described in thispaper. When hydrated lime with the amount of 1 of the tailings during the filling course is added and the circle processwith percolatedwater is used, it can make them mix evenly, neutralize the remaining acid in the tailings, so as to meet the requirements of filling technology and reduce the influence on environment of heap leaching tailings of uranium ore. Keywords neutralization, tailings and filling ELEMENTARY STUDY ON MAKING ADSORPTIVE MATERIAL BY ACTIVATION OF GANGUE Li Weiqing et al 53 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004