再生瀝青PAV老化后性能評價分析

張利民

（甘肅順達路橋建設(shè)有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

提高路面廢棄材料再生利用水平是實現(xiàn)“綠色交通”的具體要求和重要途徑。我國瀝青路面正處于改擴建和維修加鋪的周期性階段，廢舊瀝青的回收再利用對材料循環(huán)利用有關(guān)鍵作用。國內(nèi)外針對廢舊瀝青的再生方法和技術(shù)性能開展了大量研究。在瀝青再生工藝方面，借助動態(tài)剪切流變試驗和斯托克斯-愛因斯坦方程，研究了再生劑向老化瀝青的滲透行為，提出了再生瀝青的適宜再生條件；采用阿布森法和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，對回收瀝青進行性能指標(biāo)測試，結(jié)果表明，阿布森法對瀝青的老化影響程度小，但是操作工藝復(fù)雜。結(jié)合國內(nèi)外瀝青再生劑種類，研發(fā)了Z型瀝青再生劑，并分析了再生劑對瀝青和瀝青混合料性能的影響。但是，再生瀝青在應(yīng)用中必然面臨再老化現(xiàn)象，而針對再生瀝青再老化后的性能研究尚不多見[1]。

為此，本文選用三種再生劑對回收瀝青再生，通過壓力老化試驗（PAV）模擬瀝青長期老化，通過針入度、軟化點、延度、車轍因子、低溫彎曲蠕變勁度模量等性能指標(biāo)測試，對比老化前后再生瀝青的性能指標(biāo)變化，分析再老化對再生瀝青性能的影響。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗優(yōu)選了三種瀝青再生劑，再生劑A為遼寧交通科研所開發(fā)的JY型再生劑、再生劑B為日本JSR株式會社研制的RF再生劑、再生劑C為重慶交通大學(xué)研發(fā)的RA-2型再生劑，已有研究成果的推薦用量分別為7%、9%和7%。回收瀝青采用抽提法從廢舊瀝青瀝青混合料中提取[2]，廢舊瀝青混合料取自銅仁S305 瀝青面層材料，面層材料為AC-13瀝青混合料，所用瀝青為SK AH-90基質(zhì)瀝青。在回收瀝青中加入三種再生劑配制再生瀝青A、B和C，并以SK AH-90基質(zhì)瀝青作為基準(zhǔn)。本文共采用五種瀝青樣品，分別是SK AH-90基質(zhì)瀝青、回收瀝青、再生瀝青A、再生瀝青B和再生瀝青C。

1.2 試驗方法

為了探究再生瀝青再老化后的性能，采用壓力老化試驗(PAV)對五種瀝青樣品進行長期老化，試驗條件為老化溫度100℃、老化時間48h、老化壓力2.1MPa。老化前后樣品的試驗內(nèi)容包括：采用瀝青組份全自動分析儀進行組分分析，進行瀝青的三大指標(biāo)測試試驗，采用動態(tài)剪切流變試驗(DSR)測試瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ，采用瀝青彎曲小梁試驗(BBR)測試瀝青的彎曲蠕變勁度S和m值。試驗流程均按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》及AASHTO的規(guī)范要求進行。通過上述試驗對五種瀝青樣品老化前后的測試指標(biāo)進行對比，分析長期老化對再生瀝青的性能影響。五種瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 五種瀝青的技術(shù)指標(biāo)

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 瀝青組分

采用全自動瀝青組分分析儀對老化后的五種瀝青樣品進行分析試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 老化后瀝青的四組分組成

從表2可以看出，在回收瀝青中加入再生劑后，再生瀝青的組分能恢復(fù)到AH-90基質(zhì)瀝青的組分水平；再生劑A和再生劑C對提高回收瀝青中的飽和分和芳香分含量效果優(yōu)于再生劑B，再生劑B對降低回收瀝青中的膠質(zhì)含量效果次于再生劑A和再生劑C；再生劑C能夠顯著降低瀝青質(zhì)含量，優(yōu)于其他兩種再生劑[3]。從老化后瀝青組分來看，相比基質(zhì)瀝青，三種再生瀝青老化后飽和分和芳香分含量升高，瀝青質(zhì)含量近似，膠質(zhì)含量降低，表明三種再生劑在不同程度上提高了回收瀝青的抗老化性能，這與再生劑的組成成分有關(guān)。經(jīng)老化后，五種瀝青樣品組分的變化增減幅度見圖1。

圖1 老化后瀝青組份變化幅度

由圖1可以看出，經(jīng)老化后，五種樣品的瀝青質(zhì)含量均增大；芳香分含量均減小，降低幅度相近；而飽和分和膠質(zhì)含量的變化有增有減，變化相對復(fù)雜。經(jīng)老化后，回收瀝青的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量比其他四種樣品的變化幅度小，而飽和分含量比其他四種樣品的變化幅度大，表明老化時間越長、溫度越高時，瀝青中的輕質(zhì)成分損失越嚴(yán)重[4]。再生瀝青B和再生瀝青C老化后飽和分含量略有增加或不變，說明再生劑B和再生劑C能控制或減少瀝青中飽和分的損失。再生瀝青B經(jīng)老化后與再生瀝青A和再生瀝青C不同，其飽和分含量增長了5%、膠質(zhì)含量降低了10%左右，說明再生劑B抑制了回收瀝青中輕質(zhì)組分損失。

2.2 瀝青的三大指標(biāo)

經(jīng)老化后，瀝青組分發(fā)生了較大變化，瀝青的三大指標(biāo)也發(fā)生了相應(yīng)改變。五種樣品老化后三大指標(biāo)的試驗結(jié)果如表3所示。

表3 五種瀝青老化后的三大指標(biāo)

由表1和表3可知，經(jīng)老化后，五種瀝青樣品的針入度和延度降低，軟化點升高，回收瀝青的各項指標(biāo)均最差。五種瀝青樣品的三大指標(biāo)老化前后的變化幅度如圖2所示。由圖2可知，老化后五種瀝青樣品的針入度下降了50%～80%，三種再生瀝青的針入度變化幅度均小于基質(zhì)瀝青；回收瀝青經(jīng)過老化后針入度下降了近80%；再生瀝青A的針入度下降幅度最小，約降低了50%；再生瀝青C的針入度下降幅度與再生瀝青A近似；再生瀝青B的針入度的下降幅度是三種再生瀝青中變化最大的，約65%。回收瀝青的軟化點增幅最小，為24%，老化前后其軟化點均是五種瀝青樣品中最高的；再生瀝青A的軟化點增幅最大，為37%；再生瀝青B和再生瀝青C的軟化點變化幅度相近。五種瀝青樣品的延度變化狀況與針入度的變化趨勢相同，變化范圍為70%～90%。

圖2 老化后瀝青三大指標(biāo)變化

從老化前后再生瀝青的三大指標(biāo)變化幅度來看，再生瀝青A的再生效果最佳，針入度和延度降低幅度最小，軟化點升高幅度最大。

2.3 DSR結(jié)果及分析

通過DSR試驗對五種瀝青老化前后的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ進行測試，采用抗車轍因子G**sin-1δ值反映瀝青的高溫抗變形能力，老化前后的結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可知，經(jīng)老化后，五種瀝青樣品的抗車轍因子均增大，其中回收瀝青的抗車轍因子在老化前后均最大，說明老化時間直接影響車轍因子的大小，老化時間越長，抗車轍因子越大，抗變形能力越強。老化前，基質(zhì)瀝青和再生瀝青C的抗車轍因子基本相同，再生瀝青A的抗車轍因子高于再生瀝青C；老化后再生瀝青B的抗車轍因子高于再生瀝青A和再生瀝青C，基質(zhì)瀝青的抗車轍因子最小。

圖3 老化前抗車轍因子

圖4 老化后抗車轍因子

從抗車轍因子隨溫度的變化增量來看，在58～70℃時，五種瀝青樣品的抗車轍因子變化幅度較大；在70～82℃時，五種瀝青樣品的抗車轍因子變化相對較小。這表明在溫度低于70℃時，無論是否老化，隨著溫度變化，五種瀝青的抗變形能力變化顯著，對溫度變化敏感，而當(dāng)溫度高于70℃后，五種瀝青的抗變形能力相近。

2.4 BBR結(jié)果及分析

在溫度為-10℃、加載時間為1min條件下對五種瀝青樣品進行BBR試驗，采用蠕變勁度S與m表征瀝青的低溫抗開裂性能，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，經(jīng)老化后，五種瀝青樣品的蠕變勁度都產(chǎn)生了不同程度的增加，基質(zhì)瀝青的蠕變勁度增長比例最大，為35%；回收瀝青的蠕變勁度在老化前后均是最大，老化后增長了20%。與基質(zhì)瀝青相比，老化前回收瀝青的蠕變勁度增長了104%；老化后回收瀝青的蠕變勁度增長了81%，表明實際老化情況對瀝青低溫蠕變勁度的影響要強于PAV試驗老化對瀝青勁度模量的老化，原因可能是由于PAV模擬了熱氧老化對瀝青的影響，而實際的老化原因是多樣的，如水分、光照、行車、瀝青膜厚度、混合料空隙率等因素均會導(dǎo)致瀝青老化，故回收瀝青的蠕變勁度要遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青。老化前后三種再生瀝青的蠕變勁度變化情況大體相近，蠕變勁度均增長約20%；與回收瀝青相比，再生瀝青的蠕變勁度均明顯降低，表明再生瀝青的低溫抗開裂性能得到了改善，且三種再生劑對回收瀝青的蠕變勁度影響程度一致，沒有明顯差異性。

圖5 老化前后瀝青的勁度S和m值

BBR試驗中的m值表征蠕變勁度隨時間變化的速率，m值越大，說明瀝青對溫度應(yīng)力的消散能力越強。從圖5中可以看出，經(jīng)老化后，五種瀝青樣品的m值明顯減小；回收瀝青的m值減小程度最大，降低了25%，其他幾種瀝青的m值降低了10%左右。五種瀝青的蠕變勁度和m值在老化前后的變化情況表明，加入再生劑后可將回收瀝青的低溫抗開裂性能恢復(fù)到與基質(zhì)瀝青相近的水平，且三種再生劑的改善效果沒有明顯差異。

3 結(jié)論

1）從瀝青組分分析來看，再生劑改變了回收瀝青的組成成分，不同再生劑對再生瀝青不同組分的影響程度不同，再生瀝青B經(jīng)老化后飽和分含量增加、膠質(zhì)含量降低，與其他瀝青老化后組分變化不同。

2）經(jīng)老化后，瀝青的三大指標(biāo)發(fā)生明顯變化，再生瀝青的針入度和延度變化幅度均小于基質(zhì)瀝青，而再生瀝青A的軟化點增長幅度最大，針入度和延度的降低幅度最小。

3）老化前后回收瀝青的抗車轍因子均最大，再生瀝青C的抗車轍因子小于其他兩種再生瀝青；當(dāng)溫度低于70℃時，抗車轍因子對溫度變化敏感。

4）經(jīng)老化后，三種再生瀝青的蠕變勁度與基質(zhì)瀝青的水平相當(dāng)，回收瀝青的蠕變勁度明顯高于其他瀝青；老化對基質(zhì)瀝青的蠕變勁度影響最大，對其他四種瀝青的蠕變勁度影響程度相近。再生瀝青的低溫抗開裂性能與基質(zhì)瀝青相近，能顯著改善回收瀝青的低溫抗開裂性能，且改善效果差異不大。