瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑在老化瀝青還原中的試驗(yàn)研究

嚴(yán)偉

1. 引言

瀝青作為一種復(fù)雜的高分子碳?xì)浠衔?，在一定溫度與荷載作用下表現(xiàn)為典型的彈-粘-塑性，是一種熱塑性的樹脂材料，它在熱、光、水、氧的作用及車輛的碾壓下會(huì)發(fā)生老化現(xiàn)象，瀝青老化的過程就是瀝青組成成分發(fā)生轉(zhuǎn)化的過程，瀝青中的輕質(zhì)組分逐漸揮發(fā)，并不斷發(fā)生氧化反應(yīng)，使瀝青中的油份、樹脂逐漸減少，瀝青質(zhì)相對(duì)增多，瀝青變稠、黏度降低、柔軟度變差，且因?yàn)闉r青質(zhì)部分轉(zhuǎn)化為瀝青炭，致使瀝青路面粘塑性降低，路面相繼出現(xiàn)干澀、開裂，即發(fā)生瀝青路面的老化。隨著老化現(xiàn)象的發(fā)展，瀝青變脆，瀝青路面的抗變形能力降低，路面的使用性能也隨之逐漸降低，在行車荷載和冰凍的作用下，極易產(chǎn)生裂縫使瀝青與礦料脫離，最終形成龜裂和松散而導(dǎo)致路面的破壞。

在瀝青發(fā)生初期老化時(shí)，如果在路面表面涂刷或噴灑一種防老化劑或再生劑之類的材料，以補(bǔ)充瀝青中的輕質(zhì)成分，使瀝青變軟，增加它的柔韌性和彈性，則能夠提高瀝青的黏結(jié)性和使用壽命，延緩瀝青老化現(xiàn)象的發(fā)生。瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑或還原劑正是這樣的材料。

2.瀝青養(yǎng)護(hù)劑的性能

前蘇聯(lián)早在上世紀(jì)60 年代，美國、德國在70 年代，就開始從事瀝青路面養(yǎng)護(hù)還原劑的研制。這類材料一般由芳烴類溶劑、輕質(zhì)油分、樹脂與膠質(zhì)等成分組成，能滲入瀝青層，有效補(bǔ)充瀝青組分中的油份，恢復(fù)老化瀝青的活性。施工后可以在路面形成一個(gè)密封層，有效抵御水、紫外線、化學(xué)品對(duì)瀝青路面的侵蝕，與原來路面材料融合，不會(huì)造成原有路面的摩擦系數(shù)下降，能夠達(dá)到很好的防滲水作用，是針對(duì)早期瀝青面層損壞的一種較好預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法。現(xiàn)在這些類型材料我國已有引進(jìn)，如瀝再生、魁道瀝青復(fù)原劑等產(chǎn)品。

瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑具有輕微揮發(fā)性氣味，一般為黑色油狀液體，其主要成分為稀釋劑、石油蒸餾液和再生劑。

瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑對(duì)老化瀝青性能改善的一般體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

1）調(diào)節(jié)瀝青的粘度，增加其樹脂質(zhì)；

2）調(diào)節(jié)瀝青的流變性，補(bǔ)充油份， 使舊瀝青變軟，增加柔韌性和彈性；

3）填加的聚合物改性劑，使瀝青具有更加良好的穩(wěn)定性和抗老化性；

4）能夠有效滲透至舊瀝青層 ，使其形成一層保護(hù)膜。

具體表現(xiàn)為對(duì)舊瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)等性能的改善提高。

3.老化模擬試驗(yàn)

在瀝青路面長期使用的過程中，受日照時(shí)間和氣溫的影響，溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞，混合料的極限拉伸應(yīng)力變小，應(yīng)力松弛性能降低，將會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫損壞，特別是路面表層，老化速度最快。瀝青的老化過程是長期而且復(fù)雜的。瀝青老化過程在瀝青熱拌和過程就已經(jīng)開始，在道路的使用壽命周期中，隨著時(shí)間、天氣、陽光等外在因素的影響，老化一直在發(fā)生。因此，瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑在瀝青老化到何種程度仍能有效的發(fā)揮其作用是必須研究一個(gè)重要指標(biāo)。

本研究采用RTFOT和PAV試驗(yàn)分別模擬瀝青短期和長期老化情況制備試件，以此分析瀝青路面養(yǎng)護(hù)劑對(duì)老化瀝青的性能改善和適用范圍。

試驗(yàn)原樣基質(zhì)瀝青采用70號(hào)瀝青。老化瀝青通過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)以及壓力老化試驗(yàn)分別模擬短期老化和長期老化制取試樣。試驗(yàn)方法《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（ JTJ 052 - 2000）中的T0604，T0605，T0606，T0620。試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理如表1：

由試驗(yàn)結(jié)果分析，瀝青老化后，其性能下降，軟化點(diǎn)提高，針入度、延度降低，呈現(xiàn)硬化狀態(tài)，PAV瀝青性能下降尤為顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，老化后瀝青延度急劇下降，瀝青變得脆硬，瀝青的柔性降低。

近年來有研究表明，瀝青在老化過程中則逐漸變硬變脆，柔韌性降低，粘度由于瀝青中的瀝青質(zhì)屬于大分子物質(zhì)，大分子物質(zhì)的增加必然引起粘度提高，長期老化后的瀝青軟化點(diǎn)要遠(yuǎn)高于短期老化后的瀝青軟化點(diǎn)，這是因?yàn)槠浣M分中瀝青質(zhì)含量比短期老化后的瀝青質(zhì)含量要高的緣故。

4.瀝青還原試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康氖谴_定還原劑的適用條件。試驗(yàn)樣品采用RTFOT瀝青、PAV瀝青，分別添加相同劑量的還原劑。見表2：

瀝青經(jīng)過短期老化過程后，在路面的長期使用過程中輕質(zhì)油分的揮發(fā)損失已不再是瀝青老化的主要原因，而與大氣中氧的反應(yīng)及分子結(jié)構(gòu)的變化將是瀝青路面長期使用過程中老化的主要原因。由試驗(yàn)結(jié)果分析，添加還原劑后，老化瀝青性能得到部分改善。其中延度值改善顯著，如RTFOT瀝青延度為38mm，添加還原劑后，其延度為55，提高了45%，PAV瀝青則提高了100%。

5.用量試驗(yàn)

試驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^還原劑的摻入量與老化瀝青性能改善之間的關(guān)系，確定還原劑的合理用量范圍。試驗(yàn)采用原樣瀝青經(jīng)老化后，分別摻入4%，5%，6%，7%，8%，9%的瀝青還原劑，測定軟化點(diǎn)、針入度、延度、60℃黏度（S27）等指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果分析，老化瀝青的性能改善與瀝青還原劑用量有一定的相關(guān)性。隨著用量的增加，針入度呈現(xiàn)下降的趨勢，當(dāng)用量達(dá)8%時(shí)，針入度變化基本趨于平穩(wěn)；隨著用量的增加，黏度表現(xiàn)出與針入度較為一致的變化趨勢。試驗(yàn)結(jié)果表明，針入度與黏度之間具有良好的相關(guān)性，即針入度下降黏度值增大。這種變化趨勢與還原劑材料的組成有關(guān)，由于材料中添加了部分聚合物瀝青材料，補(bǔ)充老化瀝青損失的部分膠質(zhì)，使得瀝青的粘稠度增大。

因此，由試驗(yàn)效果和經(jīng)濟(jì)性綜合分析，瀝青還原劑的用量定在4%是一個(gè)比較合適的標(biāo)準(zhǔn)。