瀝青路面再生技術與再生劑用量探討分析

張 露

(貴州省臺江公路管理段)

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瀝青路面再生技術與再生劑用量探討分析

張 露

(貴州省臺江公路管理段)

當研究了瀝青路面的再生機理，研究了再生劑的優點及其相關作用；研究了路面再生的技術要求，給出技術要求建議性指標；給出了再生劑用量的公式確定法和相關關系確定法。

瀝青路面；再生機理；再生技術；再生劑用量

1 瀝青路面再生機理的研究

組分遷移理論目前普遍用于瀝青老化過程中。為獲得滿足路用性能要求的調配，需要添加合理稠度的瀝青或者在舊有瀝青中注入粘度較低的油料。這在一定程度上可以算是一種調和瀝青技術，但該技術卻不能根據其化學組分的調配來得以實現，這是因為添加油分雖然在從生產技術角度看是能夠做到的，但是當前國內外學者針對不同情況下的瀝青難以確定其最佳的配合比組分。這是由于瀝青本身組分和化學結構復雜，就算擁有相同的化學組成成分，然而油基屬性以及生成技術不同，瀝青質的屬性也會有很大差別。

從相容性角度去看，瀝青質、軟瀝青質在再生過程中的溶度參數值在不斷發生減少故可以采用添加再生劑使得瀝青路面獲得再生。為了提高軟瀝青中瀝青質的溶解度，需要去添加再生劑從而降低相對瀝青質含量。此外再生劑的添加還可令軟瀝青質的溶解力獲得提升，從而降低了軟瀝青質、瀝青質的溶解度值，相應的瀝青相容性獲得改善。

通過瀝青組分的調節雖然是瀝青路面再生技術中最為有效的一條方法，但卻無法以其作為控制條件或是一項標準去選擇再生劑及其用量。同時考慮到試驗中計量的操作需求，這使得國內外學者需要尋找更加合適的控制標準從瀝青路面中的油分再生的本質角度出發。瀝青的變化經歷老化、再生、再度老化的往復循環如圖1，如果將這種流變行為反轉逆向，直到恢復到一個合適的程度，便可以認為舊瀝青獲得了再生。所以需要將舊瀝青的粘度控制在某一范圍下或者直接提高其流變指數。

圖1 流變隨時間變化示意圖

在實際中，組分遷移的理論大多用在老化瀝青再生上，為了促進分子之間的相互運動常常采取補充瀝青油料的作法，目前學者通過大量試驗研究，已經考慮了各種油料的選擇，其中以芳香族油料試驗結果最為顯著，其可以有效彌補老化帶給瀝青在油相層面的損失，可與舊瀝青拌合形成合適的筑路瀝青。究其原因從化學角度上講，潤滑作用顯著的化學成分往往其分子量較小，小分子量可以打斷分子鏈中的連接，這對網狀結構尤為顯著，分子的這種作用體現在宏觀上即為油料的溶解能力與滲透能力，而芳香族分子恰好具備這些優點。芳香族油料的添加促進了分子間的相互運動，使得瀝青放生溶脹，舊瀝青的剛度發生下降，整個內部體系較柔。

2 再生劑優點與作用

使用再生劑的優點主要在于再生劑本身可以做為混合結合料，可以使得混合料的粘度在施工前后處于一個合適的范圍下，與此同時混合料的化學性質獲得恢復能夠為路面使用提供耐久性的保障。

瀝青路面的再生問題可以說是一個周而復始的老化問題。一般來說在路面舊瀝青的針入度低于1/40 mm時，或者舊瀝青的粘度高于106Pa·S時，再生劑的選擇就應該考慮使用低粘度油料。為了使得舊瀝青中的硬質成份獲得軟化需要調節舊混合料的粘度，通過確定合適的粘度令瀝青與集料的混合充分以便于在機械設備熱拌工作下能夠充分分散。此外再生劑可添加到舊瀝青混合料中與其進行混合導致瀝青膠體的結構發生相應的改變，使新形成的瀝青質再度發生溶解，瀝青流變性可獲得實質性的改善。

3 技術要求

再生劑需要通過相關設備在施工進行前或者施工進行中添加到舊瀝青中進行混合料的充分拌合。為了防止再生劑在熱拌過程中的揮發，再生劑不能過于稀少以保護再生作用需求，同時再生劑又不能粘稠過大，過粘的再生劑的滲透性較弱，無法產生理想的親和作用，再生劑粘度范圍宜控制在0.01～20 Pa·S左右。在此范圍內進行選擇的時候也應該考慮舊混合料的硬化帶來的影響。

再生劑的流變性也是需要進行控制的。換言之再生劑應選取較高的流變指數。考慮到低粘度油料是以某一組分為其主要成分，可視作一種單組分材料，而瀝青質的含量在其中微乎其微，因此多呈現出液體性質且其流變指數在大多數情況下高于0.9。

對于再生劑溶解與分散的要求取決于舊瀝青中瀝青質的含量，含量越高往往要求就越高。同時考慮到施工過程中存在熱拌操作，所以需要對再生劑的耐熱性作出要求。芳香分的溶解能力優于飽和分，其在再生劑中的比重應當作為一個重要參考技術標準。

綜上所述可知，瀝青路面的再生技術可以選擇以粘度范圍、流變指數、芳香比重作為技術要求的標準。而國內在當前大環境下還沒制定再生劑的統一技術要求標準，結合國內外文獻研究可獲得的再生劑質量技術指標的建議值。其中25 ℃下的粘度為0.01～20 Pa·S，芳香分所占比重需≥30%，流變指數≥0.9，薄膜試驗粘度比<3。

4 再生劑用量

4.1 公式確定法

在假設再生瀝青的針入度的基礎上(通常取30)，將再生劑的添加量作為變化參數去改變，在每一個變化參數下使得再生劑達到設計值，獲得該設計值下的針入度值。然而有學者提出可以根據舊瀝青、再生劑的粘度以及混合料的設計粘度來確定用量，如此一來便可以省去不斷改變添加量帶來的試驗工作量。學者提出的再生劑用量公式為

logηR=Xalogηb+(1-X)alogη0

其中，為再生劑參量，a為粘度偏離指數，ηR為設計粘度，ηb為再生劑粘度，η0為舊瀝青粘度。

4.2 相關關系法確定

根據相關文獻對舊瀝青的針入度數值假設為30，通過改變再生劑的添加量，以及對不同情況下再生瀝青的針入度數據研究可以發現一些規律性問題。如圖2所示，當再生劑的粘度在0.01～0.1 Pa·s時，不同再生劑的添加量其再生瀝青粘度與舊瀝青粘度呈現明顯的線性關系，當再生劑添加量不斷增加時，再生瀝青粘度與舊瀝青粘度的斜率值也在不斷地減少。而再生瀝青粘度與舊瀝青粘度本身又與其各自對應的針入度有一一對應關系。

圖2 再生瀝青粘度與舊瀝青粘度的關系

在不同再生劑粘度范圍下圖2的特征依舊成立，在此不一一作出說明。對這些數據進行回歸分析可以發現再生劑的添加量值與再生瀝青針入度值具有顯著相關性，他們之間的關系可用下式表示

Y=A×eBX

式中：A、B為回歸系數，X為再生劑添加量，Y為針入度。

根據再生劑粘度的不同范圍，數據回歸結果如表1。

表1 回歸關系式及相關系數

可見回歸系數B的減小使得再生劑粘度得到增加，而回歸系數A則近似等于假設舊瀝青的針入度值。同時從公式中可看出關系式中擁有添加量和針入度兩個參數，兩個參數值可以從相關試驗中獲得。將試驗得到的針入度數值以及再生劑添加量的數值反代回式中就能夠算出相應的未知參數。最后將設計值結果代入式中計算，就可求得對應的添加量需求。

5 結 論

對瀝青路面再生機理研究、再生劑優點作用分析、技術要求分析，對瀝青路面再生技術與再生劑用量的研究，得到以下結論。

(1)適當的粘度、良好的流變性質、足夠的芳香分含量以及較好的耐高溫性能，是高質量再生劑的重要表征；

(2)建議在25 ℃下的粘度為0.01～20 Pa·S，芳香分含量≥30%，流變指數≥0.9，薄膜試驗粘度比<3；

(3)再生劑的用量可以通過公式法或者試驗回歸的相關關系法確定。

通過研究給出了瀝青路面再生技術與再生劑用量的技術要求建議性指標，并給出了再生劑用量的確定方法。

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2015-05-11

張露(1979-)，女，貴州施秉人，工程師，研究方向：瀝青路面施工。

U416.216

C

1008-3383(2015)11-0011-02