CN105092338B - 一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，包括用于盛放能够溶解沥青的溶剂和再生沥青路面材料的容器，容器的上端开口，下端为设置有若干个通孔的底盘，底盘的下方设置有溶液收集装置。本发明中可向容器中注入能溶解沥青的溶剂，使溶剂浸没再生沥青路面材料，通过在容器下端的底盘上开设通孔，溶剂能够从底盘的通孔流出并进入溶液收集装置；不断重复上述操作，通过控制溶剂的流出时间，来控制再生沥青路面材料在溶剂中的溶解量，可以实现对再生沥青路面材料上老化沥青的分层剥离，对收集的溶剂进行老化沥青提取，评价再生沥青路面材料上老化沥青由表到内的老化程度，利于再生沥青路面材料上老化沥青的精确分析。

Description

一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置及方法

【技术领域】

本发明属于沥青再生技术领域，具体涉及一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置及方法。

【背景技术】

再生沥青路面材料(RAP)再生利用在道路工程中已得到广泛应用，目前流行的将RAP作为“黑色碎石”或集料来对待，但其中含有的老化沥青不能忽视，旧沥青具有脆性，在荷载的作用下，其很容易断裂。在对路面再生混合料进行配合比设计时，均需对RAP表面的老化沥青进行性能分析，以便确定最佳的RAP掺配比例，使再生混合料达到最佳性能。沥青路面在使用过程中，沥青混合料受到荷载、温度、光照等影响会发生老化现象，各项性能发生变化。但沥青在老化过程中，其表层的老化程度和内部的老化程度不一样，因此RAP表面的老化沥青表层和内层需要不同对待。

目前，关于RAP表面的老化沥青的回收，在《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中提供老化沥青回收的方法为离心分离法、回流式抽提仪法、阿布森法等。这些方法中对回收沥青混合料均采用三氯乙烯溶解下裹附的沥青，然后再对回收的沥青进行离心分离，去除矿粉，蒸发溶剂得到沥青。这些方法虽然能为评价老化沥青提供技术手段，但其都是对RAP上沥青进行整体提取，忽视了RAP上老化沥青由外至内老化程度不同，无法进行精确的分析。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置及方法，能够分层提取再生沥青路面材料表面的老化沥青，利于精确分析。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括用于盛放能够溶解沥青的溶剂和再生沥青路面材料的容器，容器的上端开口，下端为设置有若干个通孔的底盘，底盘的下方设置有溶液收集装置；底盘上通孔的直径小于再生沥青路面材料的直径。

进一步地，在容器内设置有用于支撑再生沥青路面材料的网状支撑架，且支撑架的网孔尺寸大于底盘上通孔的孔径。

进一步地，支撑架的网孔为方形，且每个网孔的边长为2.36～13.2mm，再生沥青路面材料的粒径为4.75～19mm。

进一步地，溶液收集装置包括连接在底盘下部的接收漏斗，接收漏斗的下方设置有溶液收集器。

进一步地，容器的容积为1.00～2.00L，底面积为40～60cm²，底盘上通孔的孔径为1～2mm，个数为20～40个。

进一步地，容器为圆柱形、长方体形或正方体形。

本发明方法的技术方案是：

包括以下步骤：

步骤一：首先将再生沥青路面材料放置在容器中的支撑架上，向容器内注入能够溶解沥青的溶剂，注入的溶剂浸没再生沥青路面材料，并从容器底部的通孔流出，收集得到第一层老化沥青溶解液；

步骤二：再依次向容器中注入和步骤一中相同体积的溶剂，溶剂从容器底部的通孔流出，依次收集得到第二层老化沥青溶解液直至第N层老化沥青溶解液。

进一步地，溶剂为三氯乙烯、甲苯、四氢呋喃或十氢化萘。

进一步地，单次溶剂全部流出的时间为0.5～2min。

进一步地，单次溶剂全部流出的时间是通过调试注入的溶剂体积和容器底部的通孔孔径以及通孔个数确定的。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明中通过设置容器来盛放再生沥青路面材料，使用时，可向盛有再生沥青路面材料的容器中注入能溶解沥青的溶剂，使溶剂浸没再生沥青路面材料，通过在容器下端的底盘上开设通孔，溶剂能够在确定的时间内从底盘的通孔流出并进入溶液收集装置；不断重复上述操作，通过控制溶剂的流出时间，来控制再生沥青路面材料在溶剂中的溶解量，可以实现对再生沥青路面材料上老化沥青的分层剥离，对收集的溶剂进行老化沥青提取，并对每次分离的老化沥青进行性能分析，以不同层数的老化沥青性能评价再生沥青路面材料上老化沥青由表到内的老化程度，本发明装置结构简单，使用方便，利于再生沥青路面材料上老化沥青的精确分析。

进一步地，本发明通过设置支撑架，利于隔开再生沥青路面材料和底盘，防止再生沥青路面材料堵塞底盘上的通孔。

本发明方法中利用溶剂分次分层冲洗再生沥青路面材料表面的老化沥青，并进行收集，从而可以对冲洗下的每层老化沥青进行离心分离去除矿粉，评价每次冲洗出的老化沥青性质，通过观测每层沥青性能参数，便于评价再生沥青路面材料表面老化沥青由外到内的老化程度，测试过程中受外界的影响小，能准确、微观反映再生沥青路面材料上老化沥青的老化程度。

【附图说明】

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明支撑架的结构示意图；

图3为本发明底盘的结构示意图；

图4为本发明再生沥青路面材料上老化沥青分层剥离原理图；

图5(a)是实施例一中RAP上老化沥青每次冲洗1min，冲洗出的老化沥青针入度变化图，图5(b)是实施例一冲洗出的老化沥青软化点变化图，图5(c)是实施例一冲洗出的老化沥青延度变化图；

图6(a)为实施例二中RAP上老化沥青每次冲洗2min，冲洗出的老化沥青每层的复数剪切模量变化图，图6(b)是实施例二中冲洗出的老化沥青的相位角变化图。

其中，1-容器；2-再生沥青路面材料；3-底盘；4-支撑架；5-接收漏斗；6-溶液收集器；7-第一层老化沥青；8-第二层老化沥青；9-第三层老化沥青。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参考图1至图3，本发明装置包括上端开口的容器1，容器1的下端为设置有若干个通孔的底盘3，底盘3的下方设置有溶液收集装置，溶液收集装置包括连接在底盘3下部的接收漏斗5，接收漏斗5的下方设置有溶液收集器6。在容器1内设置有用于支撑再生沥青路面材料2的网状的支撑架4，便于将再生沥青路面材料2和底盘3隔开，防止底盘3上的通孔被堵塞，且支撑架4的网孔尺寸大于底盘3上通孔的孔径。支撑架4的网孔为方形，且每个网孔的边长均为2.36～13.2mm，再生沥青路面材料2的粒径为4.75～19mm，且网孔的尺寸要小于放入的再生沥青路面材料2的粒径，防止再生沥青路面材料2穿过网孔。

容器1为圆柱形、长方体形或正方体形，容积为1.00～2.00L，底面积为40～60cm²，底盘3上通孔的孔径为1.00～2.00mm，个数为20～40个。

参见图1和图4，本发明进行再生沥青路面材料2表面老化沥青的分层时，步骤如下：

第一步：将再生沥青路面材料2放置于容器1内的支撑架4上，向容器1内注入能溶解沥青的溶剂，溶剂为三氯乙烯、甲苯、四氢呋喃或十氢化萘；调试注入的溶剂的量和底盘3上通孔的多少与溶剂流出的时间的关系，确定再生沥青路面材料2在溶剂中溶解的单次时间，时间范围为0.5～2min，比如使注入的溶剂完全浸没再生沥青路面材料2，并在2min内完全流出；

第二步：重新再取一定量的再生沥青路面材料2放置于装置中，以开始确定的溶剂体积注入容器1中，使溶剂浸没再生沥青路面材料2，待溶剂从容器1下端的底盘3流入接收漏斗5，并进入溶液收集器6时，将溶解了第一层老化沥青7的溶解液收集，以备测试。

第三步：再以相同体积的溶剂同第二步依次进行操作分离，并依次收集溶解了第二层老化沥青8的溶解液，以及溶解了第三层老化沥青9的溶解液。

第四步：对依次分离下的老化沥青的溶解液离心分离去除矿粉，进行提取分析，如采用阿布森法提取，并观测每层沥青性能参数，如针入度、延度、软化点、粘度、红外老化指数、DSR试验复数剪切模量和相位角等，对第一层老化沥青7、第二层老化沥青8和第三层老化沥青9的性能进行对比。

以上以三层老化沥青为例进行说明，可以根据情况调整溶解的单次时间和总次数，相应得到的层数不同，比如收集至第N层老化沥青溶解液，N至少等于3。

由于溶剂溶解完全沥青需要一定时间，溶剂由表到里将再生沥青路面材料2表面的老化沥青逐层溶解下，冲洗时间越短，溶解的沥青层数越多，本发明对再生沥青路面材料2表面老化沥青进行分层剥离，对于不同的再生沥青路面材料2，利用溶剂分次分层冲洗再生沥青路面材料2表面的老化沥青，以在相同时间内冲洗出的老化沥青为一层，使用方法、仪器设备简单；对冲洗下的每层老化沥青进行离心分离去除矿粉，并借助其他仪器评价每次冲洗出的老化沥青性质，对各层沥青性质进行研究，通过观测每层沥青性能参数，便于更微观、更精确地分析和评价再生沥青路面材料2表面老化沥青由外到内的老化程度，测试过程中受外界的影响小，能准确、微观反映再生沥青路面材料上老化沥青的老化程度。

利用相同时间分段冲洗下的再生沥青路面材料2表面老化沥青由外到内分别为第一层老化沥青7、第二层老化沥青8、第三层老化沥青9等，如图4，则可以对再生沥青路面材料2表层的老化沥青进行分层剥离。

以下通过具体的实施例对本发明做详细说明。

实施例一

该实施例测试70#石油沥青(针入度(25℃，5s，100g)为6.3mm，软化点为52.3℃，25℃延度为142cm)的沥青混合料在使用4年后的RAP表面老化沥青由外到内三大性能变化：

第一步：将再生沥青路面材料(RAP)放置于容器1的支撑架4上，向容器1内注入三氯乙烯，调试注入的溶剂的量和多孔底盘3孔的多少与溶剂流出的时间的关系，本实施例采用20个孔径为2.00mm的通孔，支撑架网孔为正方形，边长为4.5mm，RAP的粒径均在4.75mm以上，确定RAP在三氯乙烯中冲洗的单次时间为1min。

第二步：取300g的RAP放置于装置中，以三氯乙烯注入容器中，待三氯乙烯从容器中流完，将溶解下第一层老化沥青的溶解液收集，以备测试。

第三步：再以相同的体积溶剂同步骤2依次进行操作分离三次。

第四步：对依次分离下的老化沥青进行去杂质提取进行针入度、软化点、延度测试，对各层老化沥青的三大性能进行对比。测试结果如下表所示：

结合图5(a)至图5(c)，可以看出，随着RAP表面老化沥青由外到内，老化沥青的针入度减小，软化点增加，延度减小。说明RAP标明的老化沥青最外层的沥青老化严重，越往里，则沥青不易老化。应用该装置和方法来分层剥离RAP老化沥青能更好更细致的对老化沥青的性能进行分析。

实施例二

该实施例测试70#石油沥青混合料在使用1年后的RAP表面老化沥青DSR试验下由外到内复数剪切模量和相位角的变化：

第一步：使用图1所示装置，将RAP放置于容器的支撑架上，向容器内注入甲苯冲洗，调试注入的溶剂的量和多孔底盘孔的多少与溶剂留出的时间的关系，本实施例采用20个孔径为1.00mm的通孔，支撑架网孔为正方形，边长为4.5mm，RAP的粒径均在4.75mm以上，确定RAP在甲苯中冲洗的单次时间为2min。

第二步：取300g的RAP放置于装置中，以甲苯注入容器中，待甲苯从容器中流完，将溶解下的老化沥青收集，以备测试。

第三步：再以相同的体积溶剂同步骤2依次进行操作分离三次。

第四步：对依次分离下的老化沥青进行去杂质提取在40℃下进行DSR试验，对各层老化沥青的复数剪切模量和相位角进行对比。测试结果如下表所示：

层数/时间	第1层/2min	第2层/2min	第3层/2min	第4层/2min
					复数剪切模量G*/Pa	3.12E+04	1.27E+04	1.07E+04	0.55E+04
相位角δ/°	68.59	74.84	75.44	79.76

结合图6(a)至图6(b)，可以看出，复数剪切模量由外到内逐渐减小，相位角逐渐增加，表面沥青油外到内的老化程度不同。与其他方法相比，该发法更能微观的评价RAP表面沥青的老化情况。

实施例三

该实施例测试70#石油沥青混合料在使用1年后的RAP表面老化沥青135℃由外到内粘度的变化：

采用30个孔径为1.50mm的通孔，支撑架网孔为正方形，边长为7mm，RAP的粒径均在9.5mm以上，确定RAP在四氢呋喃中冲洗的单次时间为1.5min，其它条件与实施例一相同，进行RAP表面老化沥青分层剥离。

由内到外粘度的测试结果如下表所示：

层数/时间	第1层/1.5min	第2层/1.5min	第3层/1.5min	第4层/1.5min
					(135℃)粘度/Pa·s	0.63	0.55	0.46	0.34

实施例四

采用40个孔径为1.00mm的通孔，确定RAP在四氢呋喃中冲洗的单次时间为1.5min，其它条件与实施例一和实施例二相同，进行RAP表面老化沥青分层剥离。

实施例五

采用35个孔径为2.00mm的通孔，确定RAP在十氢化萘中冲洗的单次时间为0.5min，其它条件与实施例一和实施例二相同，进行RAP表面老化沥青分层剥离。

本发明有效实现再生沥青路面材料2上老化沥青的分层剥离，为再生沥青路面材料2表面老化沥青进行分层分析提供了平台。本发明的评价方法完全借助科学、客观的手段来分析RAP表面老化沥青由内到外的老化程度，测试结果准确可靠。

Claims (8)

1.一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，其特征在于：包括用于盛放能够溶解沥青的溶剂和再生沥青路面材料(2)的容器(1)，容器(1)的上端开口，下端为设置有若干个通孔的底盘(3)，底盘(3)的下方设置有溶液收集装置；底盘(3)上通孔的直径小于再生沥青路面材料(2)的直径；在容器(1)内设置有用于支撑再生沥青路面材料(2)的网状支撑架(4)，且支撑架(4)的网孔尺寸大于底盘(3)上通孔的孔径，网孔的尺寸小于放入的再生沥青路面材料(2)的粒径。

2.根据权利要求1所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，其特征在于：支撑架(4)的网孔为方形，且每个网孔的边长为2.36～13.2mm，再生沥青路面材料(2)的粒径为4.75～19mm。

3.根据权利要求1所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，其特征在于：溶液收集装置包括连接在底盘(3)下部的接收漏斗(5)，接收漏斗(5)的下方设置有溶液收集器(6)。

4.根据权利要求1所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，其特征在于：容器(1)的容积为1.00～2.00L，底面积为40～60cm²，底盘(3)上通孔的孔径为1～2mm，个数为20～40个。

5.根据权利要求1或4所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置，其特征在于：容器(1)为圆柱形、长方体形或正方体形。

6.一种利用如权利要求1所述再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离装置进行的再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：首先将再生沥青路面材料(2)放置在容器(1)中的支撑架(4)上，向容器(1)内注入能够溶解沥青的溶剂，注入的溶剂浸没再生沥青路面材料(2)，并从容器(1)底部的通孔流出，收集得到第一层老化沥青溶解液；

步骤二：再依次向容器(1)中注入和步骤一中相同体积的溶剂，溶剂从容器(1)底部的通孔流出，依次收集得到第二层老化沥青溶解液直至第N层老化沥青溶解液；

单次溶剂全部流出的时间为0.5～2min。

7.根据权利要求6所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离方法，其特征在于：溶剂为三氯乙烯、甲苯、四氢呋喃或十氢化萘。

8.根据权利要求6所述的一种再生沥青路面材料表面老化沥青分层剥离方法，其特征在于：单次溶剂全部流出的时间是通过调试注入的溶剂体积和容器(1)底部的通孔孔径以及通孔个数确定的。