環保再生劑摻量對再生瀝青混合料路用性能影響研究

趙 鑫

（三門峽市公路局，河南三門峽472000）

近年來，隨著我國瀝青公路的大規模發展，由于路面維修和養護產生的廢舊瀝青混合料也逐漸增多，廢料的堆積不僅給環境帶來了嚴重污染，更造成了較大的資源浪費[1]。因此，通過再生劑恢復舊瀝青性能，同時結合再生技術對廢舊瀝青混合料進行循環利用，對于保護生態環境以及資源的可持續發展都具有重要意義[2-4]。

目前，已有學者從不同角度研究了再生劑對再生瀝青混合料性能的影響，如王志美等[5]將再生劑按不同摻量摻入2 種抽提獲得的老化瀝青中，測試再生劑對老化瀝青基本物理性能和流變性能的影響，發現再生劑可顯著改善老化瀝青的施工和易性與低溫抗裂性，但會降低老化瀝青的高溫穩定性；趙明宇等[6]發現聚合物改性再生劑在瀝青中形成聚合物網絡結構，可綜合改善再生瀝青膠漿的黏彈性能, 同時，膠漿材料組成對黏彈性能的影響顯著，研究內容對未來再生瀝青混凝土服役能力提升與廢棄瀝青混凝土高品質利用均具有重要的推動意義。程培峰等[7]針對輕質油分再生劑對冷再生瀝青混合料性能的改善效果展開試驗分析，研究發現再生劑對動穩定度的改善效果較為明顯，當再生劑摻量為0.6%時，動穩定度達到極值, 隨著再生劑摻量的繼續增加，動穩定度呈下降趨勢。肖慶一等[8]采用以廢機油為主的再生劑實現了RAP 材料部分性能的再生，還可以使其保持較好的高溫穩定性，對高舊料含量再生瀝青混合料的低溫抗裂性也有一定的提升。

由于傳統類再生劑大多會對環境造成不同程度的污染，而以上研究基本是針對傳統類再生劑，關于環保類再生劑的研究還相對較少，基于此，本文選擇了一種植物類環保型再生劑，針對其不同摻量對再生瀝青混合料路用性能的影響規律進行對比分析，并得出了較優摻量，其結論可為類似環保再生劑的推廣和應用提供參考依據。

1 原材料

1.1 舊瀝青混合料

試驗所用瀝青混合料取自某二級公路上面層銑刨料，經檢測測得其技術指標見表1。

表1 舊料主要技術指標檢測結果Table 1 Main technical indicators of used materials test results

根據表1 檢測結果可知，舊瀝青混合料部分性能指標不能滿足技術要求，其中25℃針入度和15℃延度已遠遠低于技術要求，而軟化點和60℃動力粘度升高幅度較大，閃點雖滿足技術要求，但基本接近最低技術要求，為恢復其性能指標，需采用再生劑改善舊料的瀝青性能，使其達到規范要求。

1.2 再生劑

試驗研究采用RRM 再生劑，主要成分為二硫化二烯丙基，屬于植物類再生劑，其制作工藝簡單，材料豐富，且對環境無污染，環保性能要優于傳統再生劑，按照《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）規范要求檢測其性能指標，結果見表2。

表2 環保再生劑技術指標檢測結果Table 2 Testing results of environmental regenerant technical indicators

2 配合比設計

2.1 舊料級配設計

經檢測確定舊料原級配設計屬于AC-16，通過對舊瀝青混合料進行二次破碎和篩分得到舊料級配組成如圖1 所示。

圖1 舊料級配篩分結果Fig. 1 Grading and screening results of used materials

根據圖1 可知，由于長期的車輛荷載作用，大部分粗集料被壓碎，細集料含量大幅度增長，舊料級配已明顯偏離最佳級配設計要求，其中4.75mm 和9.5mm 檔集料超出級配要求范圍，因此為保證再生瀝青混合料基本性能，需摻入適量新的粗集料來調整舊料級配，使其滿足級配設計要求，經重新調配后舊料最終級配設計見表3 所示。

表3 舊料級配組成Table 3 Composition of used materials gradation

2.2 瀝青性能分析

采用阿布森瀝青檢測方法測得舊料原石油比約為4.3%，按照上述舊料級配設計分別對摻入3%、6%、9%及12% 環保再生劑的回收瀝青進行再生瀝青性能試驗，結果見表4。

表4 不同摻量再生劑-瀝青性能試驗結果Table 4 Test results of asphalt performance with different dosage of regenerating-asphalt

根據表4 可知，隨著再生劑摻量的增大，回收瀝青的針入度、閃點及延度等性能指標逐漸得到恢復，軟化點和60℃動力粘度也逐漸降低，回收的瀝青性能指標基本達到技術要求，由此說明該環保再生劑可有效恢復舊瀝青各項性能指標。

3 路用性能分析

為研究環保再生劑對再生瀝青混合料路用性能的影響，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011）規范要求，對不同再生劑摻量的再生瀝青混合料試件分別進行高溫性能試驗、低溫抗裂性能試驗及水穩定性能試驗，具體分析過程如下。

3.1 高溫性能分析

通過對再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件依次進行三次車轍試驗，得到不同再生劑摻量混合料的動穩定度變化曲線如圖2 所示。

圖2 不同再生劑摻量-動穩定度變化曲線Fig. 2 Variation curves of dynamic stability of different regenerator contents

根據圖2 可知，摻入環保再生劑的再生瀝青混合料三次車轍試驗的動穩定度均得到要低于未摻再生劑的瀝青混合料試件，說明環保再生劑可以改善再生混合料的高溫穩定性能。隨著環保再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料的動穩定度呈先減小后增大趨勢變化，當再生劑摻量由3%增至9%時，三次車轍試驗的動穩定度均不斷減小，在摻量為9% 時再生瀝青混合料動穩定度降到最小值，此時再生瀝青混合料的高溫性能相對較優，而當再生劑摻量超過9% 后，其動穩定度開始逐漸上升，且再生劑摻量為9% 的瀝青混合料三次車轍試驗結果差距相對最小，由此說明環保再生劑摻量為9% 時，再生瀝青混合料的高溫性能可以恢復到一個相對較優的程度。

3.2 低溫性能分析

通過對再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件進行小梁彎曲試驗，得到不同再生劑摻量混合料的最大彎拉應變和勁度模量變化曲線如圖3 所示。

圖3 最大彎拉應變及勁度模量變化曲線Fig. 3 Maximum bending strain and stiffness modulus change curves

根據圖3 可知，環保再生劑的摻入可以顯著增強再生瀝青混合料的最大彎拉應變和抗彎拉強度，且隨著再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料的最大彎拉應變值越來越大，抗變形能力越來越強，可有效提升其低溫抗裂性能。再生劑的摻入會顯著降低再生瀝青混合料的勁度模量，摻入3%、6%、9% 和12% 再生劑的再生瀝青混合料相對于未摻再生劑的瀝青混合料，其勁度模量分別 降 低 了 約 3269.6MPa、3003.2MPa、2709.9MPa 及4364.5MPa，其中再生劑摻量為9%的再生瀝青混合料勁度模量下降幅度相對較小，同時綜合最大彎拉應變和抗彎拉強度隨再生劑摻量的變化情況來看，環保再生劑可以有效提升再生瀝青混合料的低溫性能，且再生劑摻量為9%的改善效果更優。

3.3 水穩定性能分析

通過對再生劑摻量分別為0%、3%、6%、9% 及12% 的再生瀝青混合料試件進行浸水馬歇爾試驗，得到不同再生劑摻量混合料的殘留穩定度變化曲線如圖4 所示。

圖4 瀝青混合料殘留穩定度變化曲線Fig. 4 Residual stability curve of asphalt mixture

根據圖4 可知，隨著環保再生劑摻量的增大，再生瀝青混合料0.5h 和24h 的浸水穩定度呈先減后增再減趨勢變化，整體趨勢有所下降，再生劑摻量為9% 時其穩定度相對較大，說明再生劑的摻入會一定程度降低再生瀝青混合料的穩定度，但再生瀝青混合料的殘留穩定度會隨著再生劑摻量的增加而增大，當再生劑摻量由3%增至9% 時，其殘留穩定度增長趨勢較大，摻量超過9%后，殘留穩定度開始逐漸下降，由此可知，再生劑的摻入雖然會降低再生瀝青混合料不同周期的浸水穩定度，但可以阻止其穩定度的流失，有效提升了殘留穩定度，從而顯著改善再生瀝青混合料的水穩定性能。

4 結論

通過采用車轍試驗、小梁彎曲試驗和浸水馬歇爾試驗三種試驗方法，對比分析了不同環保再生劑摻量再生瀝青混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩定性能，得到以下主要結論：

（1）環保再生劑的摻入會降低再生瀝青混合料的動穩定度，但其性能指標基本滿足技術要求，再生劑摻量為9%的高溫性能較優。

（2）環保再生劑的摻入可以顯著增強再生瀝青混合料的最大彎拉應變和抗彎拉強度，但會顯著降低再生瀝青混合料的勁度模量，其中再生劑摻量為9% 的再生瀝青混合料勁度模量下降幅度相對較小，低溫性能改善效果更優。

（3）環保再生劑摻量由3% 增至9% 時，再生瀝青混合料的殘留穩定度顯著增大，摻量超過9% 后，殘留穩定度開始逐漸下降，摻量為9% 的再生瀝青混合料的水穩定性能更好。