表面活性溫拌再生劑對再生瀝青及其混合料性能影響研究

(1.貴州省凱里公路局 貴州 凱里 556000；2.齊魯交通發展集團有限公司 山東 濟南 250014)

引言

公路交通運輸是我國構建綜合交通運輸體系的重要一環，自上世紀90年代，我國第一條高速公路——滬嘉高速公路通車至今，我國公路總里程已經達到477.35萬公里，其中高速公路13.65萬公里。瀝青路面是我國高速公路的主要路面形式，具有行車舒適、路面噪音低、易于養護和抗滑能力高等優點。

瀝青路面的使用壽命一般為15～20年，在環境與荷載的作用下，瀝青路面易產生車轍、剝落、裂縫、坑槽等病害，影響公路的服務水平，因此，需要定期對瀝青路面進行養護。現階段我國對瀝青路面的養護方式可以分為小修保養、中修、大修和改建，一般的瀝青路面病害，如松散、表面磨光、微裂縫等，可以采用霧封層、稀漿封層、微表處、超薄磨耗層等的方式進行處治。當路面發生結構性破壞，如荷載或溫度應力導致的大面積開裂或因路面結構承載力不足導致的車轍等病害，為了恢復道路的服務能力，需要對道路進行中修、大修或改建。相關研究表明，我國每年因高速公路養護產生的廢舊瀝青混合料(RAP)達到400萬噸以上，RAP含有大量可再生的舊瀝青與集料，如果將這些材料重復使用在道路工程的建設與養護中，每年可節省近30億的材料費用，同時減少RAP對周圍環境的污染[1]。

一、表面活性劑的基本結構

表面活性劑具有潤濕、降粘、增溶、分散等作用，能夠降低瀝青-集料之間的界面張力，本文選擇表面活性劑作為溫拌劑的原材料。

表面活性劑又被稱為界面活性劑，是一種雙親分子，由極性基團與非極性基團組成，一般根據表面活性劑極性基團的結構形式將其劃分為：陰離子型表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑和非離子表面活性劑。

表面活性劑分子的結構具有不對稱性，一端為親水的極性基團，簡稱親水基，另一端為親油的非極性基團，簡稱親油基，由于其兩親性的特點，擁有獨特的界面活性作用，常被作為增溶劑、潤滑劑、乳化劑、消泡劑使用。表面活性劑的界面活性作用受到親水親油平衡值(HLB)的影響，HLB值表征表面活性劑與極性物質的結合能力，HLB值越低，親水性越弱，親油性越強，研究表明：當表面活性劑的HLB介于3～9，分子碳鏈長度為10～18之間時，能夠在瀝青表面形成穩定的定向排列，降低瀝青與集料的接觸角，增強瀝青在集料表面的分散與浸潤能力[2]。

表1 表面活性劑的分類

二、表面活性劑對固-液界面潤濕性質的影響

表面活性劑的濃度和吸附層中表面活性劑分子或離子的定向狀態決定了固-液界面的潤濕性質，通常吸附層通過以下兩種方式改變固-液界面的潤濕性質[3]。

①表面活性劑的疏水基直接吸附在固體表面，隨著表面活性劑濃度的增加，其分子先平躺，之后親水基翹向液相，最后親水基指向液相，形成定向排列。

②表面活性劑的親水基以電性或其他機性作用力直接吸附在固體表面，隨著表面活性劑的增加，先形成飽和定向單層，隨后在疏水基的相互作用下親水基向外排列。

根據表面自由能理論，瀝青在集料表面的潤濕過程分為沾濕、浸濕、鋪展。由于瀝青具有較高的粘度和內聚功，不能在集料表面自行鋪展，為改善瀝青-集料體系的潤濕性質，可以通過在瀝青中加入表面活性劑，利用其潤濕作用降低瀝青的表面張力，使其能夠潤濕集料表面。

三、表面活性溫拌再生劑的研究內容

對于廢舊瀝青混合料(RAP)，由于老化瀝青的粘度和軟化點較高，為保證老化瀝青與新瀝青充分融合，同時減少瀝青的二次老化，在再生瀝青混合料生產過程中，一般要求新瀝青與新集料具有較高的加熱溫度。隨著RAP摻量的增加，新集料與新瀝青的加熱溫度逐步升高，相關研究表明，當RAP摻量大于40%，含水率高于3%時，新集料的加熱溫度要求在230℃以上，才能保證再生瀝青混合料的出料溫度在150～160℃之間[4]。

為解決以上問題，美德維實偉克公司將Evotherm溫拌劑使用在廠拌熱再生瀝青混合料中，結果表明：該溫拌劑能夠降低集料與瀝青的加熱溫度20～40℃，同時提高RAP的摻量。對再生瀝青混合料的路用性能進行實驗，結果顯示：相比于一般熱拌再生瀝青混合料，溫拌再生瀝青混合料具有更高的低溫和水穩定性[3]。

丁濟同對使用Evotherm溫拌劑的再生瀝青混合料的壓實性能進行了研究，通過變溫壓實的方法，研究了再生瀝青混合料壓實溫度與空隙率的關系，結果表明：溫拌再生瀝青混合料的拌和與壓實溫度比熱再生瀝青混合料低10～27℃[5]。

王維營使用費托蠟和表面活性劑作為溫拌材料，針對大比例的溫拌再生瀝青混合料(50%、70%)，研究了溫拌瀝青的流變特性與溫拌再生瀝青混合料的路用性能及抗疲勞特性，結果表明：兩種溫拌劑均能提升瀝青的低溫蠕變及抗疲勞性能，可以有效降低瀝青的粘度，提升瀝青混合料的低溫性能[1]。

季節，奚進等人采用干拌和濕拌兩種工藝配置了有機添加劑類的WRMA，與HRMA進行性能對比，結果表明：在RAP摻量一定的條件下，WRMA的路用性能除高溫抗變形能力較HRMA有所提高，低溫和水穩性能均有不同程度下降；隨著RAP摻量增加，高溫抗變形性能增加，而低溫抗裂性、水穩定性能均下降[6]。

四、溫拌再生瀝青混合料性能分析

不加再生劑、使用熱拌再生劑和溫拌再生劑的瀝青混合料，動穩定度均滿足規范中大于800次/mm的要求，這與再生瀝青動態剪切流變實驗的結果一致，即瀝青老化后，抗變形能力提高。熱拌再生劑和溫拌再生劑對瀝青混合料的高溫性能有負面影響，相對于未使用再生劑的再生瀝青混合料，動穩定度下降了11%、25.2%。三種再生方式得到的再生瀝青混合料都滿足規范中≥2000με的要求，試件的破壞彎拉強度差異較小，再生瀝青混合料最大破壞彎拉應變由大到小為：加熱拌再生劑>加溫拌再生劑>不加再生劑，表明，溫拌再生劑和熱拌再生劑對再生瀝青混合料的低溫性能均有改善效果，并且熱拌再生劑對低溫性能的改善優于溫拌再生劑。再生瀝青混合料破壞彎曲勁度模量由大到小為不加再生劑>加溫拌再生劑>加熱拌再生劑，熱拌再生劑和溫拌再生劑都降低了瀝青混合料的彎曲勁度模量，這主要是因為再生劑使老化瀝青軟化，提高了老化瀝青在低溫狀態下的應力松弛能力。

結論

(1)雖然在瀝青再生利用和溫拌技術兩方面，已有大量的成果，但是對于溫拌再生瀝青混合料的研究尚處于探索階段,國內外學者對于溫拌再生技術的研究主要集中在再生混合料的路用性能方面。

(2)熱拌再生劑在高溫及低溫性能方面對再生瀝青及混合料性能的影響效果較好，溫拌再生劑對瀝青水穩定性具有較好的影響。