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回收沥青瓦在热拌沥青混合料中的应用

发布时间:2018-02-02 17:21 作者:jiaxu888 来源:未知 点击: 字号:

  屋面瓦是目前常用的屋面材料。沥青瓦包含两种基本类型,分别为有机瓦和纤维玻璃瓦,其中纤维玻璃瓦是最常用以及最典型的屋面瓦,其主要成分为15%~20%的沥青、5%~15%的毡制品、15%~20%的矿物填料、30%~50%的矿物和陶瓷涂层颗粒。由于沥青瓦暴露在大气中,功能极易退化,导致沥青瓦的基本寿命为14~21年,且由于沥青瓦中含有大量难以分解的物质,因此当沥青瓦堆砌在环境中时不仅污染环境,而且对资源产生浪费。
  
  为实现资源的再利用,同时减少其对环境的污染,研究表明将沥青瓦用于沥青路面建设是其中一种非常有效的回收方式,具有极大的经济、技术及环境效益。已有研究对RAS用于热拌沥青混合料进行研究,RAS的应用同“干法”热拌橡胶沥青混合料相似,即将RAS、集料与沥青同时搅拌制备成热拌沥青混合料,其中RAS的颗粒粒径为12.5~19mm。其他一些研究中则采用“湿法”的生产方式,结果表明:采用RAS改性的沥青粘度明显高于基质沥青。对RAS掺量为0~7.5%的沥青混合料性能测试表明,较未加入RAS沥青混合料相比,加入RAS的沥青混合料可显著提高路面的抗永久变形能力,但其低温开裂性能降低。
  
  该文旨在研究湿法工艺条件下RAS改性沥青的性能变化,以及采用RAS中的沥青取代部分基质沥青,研究RAS中各类填料、纤维及橡胶等的存在实现沥青改性,改善沥青性能。
  
  原材料及试验方案
  
  原材料
  
  采用PG 64-22和PG 52-28两种基质沥青。两种RAS分别为密苏里州取得的撕断瓦和缅因的厂制瓦。
  
  RAS的生产采用高速剪切的方式,其中转子的剪切速率为9 600转/min。RAS粒径测试采用激光衍射方法,即在潮湿的环境下,采用贝克曼库尔特粒度分析仪对RAS样品颗粒尺寸进行观测,其中1g的RAS需要26滴的甘油和水溶液浸泡20s。两种不同RAS的粒径大小,可知:TmO总体上小于mAmE粒径,但两者粒径变化都较大。
  
  称取基质沥青500g,将制得的RAS粉末按掺加方式进行掺加。在制备过程中,采用恒温加热搅拌器,搅拌器的搅拌速率为1 500转/min,温度为180℃,搅拌时间为30min。此外,对生产沥青瓦所用的沥青进行对比试验,其编号为SHIN。
  
  主要试验方法
  
  SHRP试验。对所有测试样品进行其流变特性测试,各主要试样方法依照AASHTO m 320-09进行。
  
  激光共聚焦扫描显微镜。采用CLmS是验证沥青胶结料中的宽馏分及蜡晶体和试验过程是否对沥青微观结构产生影响。当激光照射测试样品时,蜡晶体会以浅色斑点来显示。该研究采用激光共聚焦扫描显微镜,其波长光为488nm,荧光可观察500~550nm的波长范围,测试后的图像为二维1 024×1 024bit、TIFF格式。
  
  采用CLmS测试时将沥青加热至流动状态,搅拌均匀,然后在玻璃片上滴一小滴,为确保样本均匀且薄厚一致,在被滴完并还处于流动态的样品玻璃上覆盖一块玻璃,然后将玻璃片置于120℃的条件下15min,以保证沥青覆盖整个玻璃片。
  
  离析试验。对试验样品进行离析试验测定,主要测试方法根据ASTm 2005,D7173-05进行。
  
  高压凝胶渗透色谱。其中示差折射率检测器用作探测器,两根色谱柱被用来分离沥青胶结料的分子成分。测试时色谱柱保持35℃的恒定温度,流动相为四氢呋喃,流速为1.0mL/min,试样溶液浓度为2.0mg/mL。
  
  当沥青完全溶于THF并采用0.45μm过滤筛进行过滤,GPC进样量为50μL,每组测试时长约30min,从开始20min到结束大约需要50min,在该研究中,将测得的分子分为两部分,大分子和小分子,其中HMW为分子大于3 000道尔顿,LmW为分子小于3 000道尔顿。通过测得样品沥青的GPC图谱后分别计算出其HMW和LmW,从而表征沥青中分子结构的变化。
  
  测试结果及分析
  
  SHRP试验测试结果及分析
  
  结果可见:采用RAS作为沥青改性剂可显著提高沥青的粘度及高温稳定性,但降低了沥青的低温特性,这主要是因为RAS中沥青具有低延伸性能及刚性特性。从SHIN对比样的测试结果可知,SHIN具有优良的高温特性,其PG分级为PG 100,但其低温性能较差,0℃时其m值为0.290,因此,可以表明RAS改性剂可提高基质沥青的高温性能,但可降低其低温性能。此外,当DSR测试温度为52℃和58℃时,RAS的最佳掺量即可提高基质沥青的高温性能但不影响其低温性能,即TmO-20-28和mAmE-20-28,其PG分级都为58-22。
  
  CLSM测试结果及分析
  
  采用激光共聚焦扫描显微镜分别对基质沥青及RAS改性沥青中蜡晶体微观形貌进行测试,可以看出,浅色斑点是蜡晶体及其分布,根据研究,这些蜡晶体含有20~40个碳原子,其熔点为60~90℃。
  
  可以看出:蜡晶体呈片状,SHIN中蜡晶体含量及其粒径明显大于基质沥青中的蜡晶体粒径,而蜡含量及形态对沥青性能起着至关重要的作用,因此,由于SHIN中含有较高的蜡含量导致其低温性能低于基质沥青。
  
  从光学显微图像中可观测到RAS颗粒分布于基质沥青中,而其荧光显微图像表明,在基质沥青中观测到的蜡晶体消失,一种解释是由于蜡晶体在高温搅拌过程中变成更小的颗粒,而该研究采用的设备观测不到它的存在;另一种解释是由于在搅拌过程中RAS吸收了基质沥青中的蜡晶体,导致RAS改性沥青中蜡含量较低,其他改性沥青中亦得到相似的结论。
  
  HP-GPC测试结果及分析
  
  采用HP-GPC对RAS改性沥青及对比样的分子结构分布进行测试。
  
  可以看出:相对于基质沥青,RAS的加入使得其改性沥青的色谱图略有左移,但不显著,这是由于采用0.45μm的过滤器后滤除了沥青中大部分的RAS材料,而RAS过滤沥青及SHIN的色谱图明显左部偏移较大,表明其大分子含量明显高于基质沥青和RAS改性沥青。PG 64-22沥青也得到相似的结论。
  
  可以看出:RAS改性沥青的过滤沥青含有较高含量的HMW,表明其大分子含量增加,采用“湿法”生产时,RAS改性沥青中大分子含量增加,并且RAS含量越高,HMW含量也越大。
  
  离析试验测试结果及分析
  
  可以看出:两种不同基质沥青的RAS改性沥青离析测试值呈现相似的变化趋势,即随着RAS掺量的增加,改性沥青上下部车辙因子差值越大,沥青离析也越严重。这主要是由于RAS中含有矿物填料,使得改性沥青发生离析。因此为防止RAS改性沥青发生离析,提高其储存稳定性,在RAS改性沥青制备过程中沥青储存罐应配有搅拌器和过热器。
  
  主要结论
  
  该研究分别采用两种不同的基质沥青,不同掺量的RAS,对“湿法”RAS改性沥青进行研究,主要得到以下结论:
  
  (1)通过SHRP试验及沥青离析试验结果表明,采用RAS改性沥青,RAS掺量应不超过20%。相对于基质沥青,RAS可明显提高沥青的高温性能,但其低温性能降低,这主要是因为生产沥青瓦中的沥青有较高含量的蜡晶体导致的。
  
  (2)采用CLSM可测试4~8μm的蜡晶体,通过测试表明,RAS改性沥青中蜡晶体含量明显减小或消失。
  
  (3)HP-GPC测试结果表明:相对于基质沥青,RAS改性沥青中HMW含量显著增大,RAS掺量越高,HMW越大。

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