再生劑對再生瀝青及瀝青混合料性能影響

■李 松

（河北瑞志交通技術咨詢有限公司，石家莊 050091）

隨著我國公路尤其是高等級公路建設逐漸由建設為主、建養為主向養護為主轉變，原路面材料的處治已成為目前關注的熱點問題。 相應地，再生瀝青混凝土（RAC）的使用已成為路面工程領域的一個普遍趨勢。 RAC 不僅可有效節約資源、解決建筑材料短缺問題，也與我國提倡的綠色公路理念相一致[1-2]。

調節RAC 的質量是實現再生瀝青路面材料使用量最大化的關鍵步驟，當再生瀝青路面材料中含有堅硬老化的瀝青時，老化后的瀝青很難回收。 再生劑又稱回收劑，其適用于高氧化材料或含有大量再生瀝青路面材料的混合物，使用再生劑通常是回收瀝青最有效的方法。 采用合適的再生劑類型和摻量，對提高瀝青混凝土再生利用的效率具有極其重要的意義。 此外，再生劑摻量對調節老化瀝青的性能也至關重要[3-5]。 再生劑或瀝青的化學成分包括飽和芬、芳香芬、膠質及瀝青質。 在回收的老化瀝青中引入再生劑，可以彌補小分子組分的減少。 由于再生劑具有比普通瀝青更高的飽和芬含量和更低的黏度，可有效改善老化瀝青的流變特性。 目前對于再生劑對瀝青及瀝青混合料性能的影響進行了一定研究， 但相關研究對再生劑機理性分析較多，對特定項目實際運用指導性還有待加強。 本試驗以某高速實體工程為依托， 選取3 種再生劑 （RA-25、RA-75 和RA-250） 不同摻量 （0、10%、20%、30%、40%） 對老化瀝青的物理性能及混合料的力學性能進行分析，以期為類似瀝青路面的再生應用工程提供借鑒與參考。

1 原材料及測試方法

1.1 瀝青與集料

選取某高速公路AC-20 型再生瀝青路面材料為分析對象， 采用離心抽提法提取得到老化瀝青，再生瀝青混合料所用新瀝青技術指標見表1。

表1 新瀝青（70#）技術指標

再生瀝青混凝土由再生瀝青混合料（RAP）、再生粗細集料及新集料組成， 根據相關研究及現有工程運用經驗，RAP 一般摻入比例不超過40%～50%。為研究不同再生劑對再生瀝青及瀝青混合料性能影響，本試驗統一選用35%RAP 摻量進行后續分析[6-7]。再生瀝青混合料合成級配見表2。

表2 再生瀝青混合料合成級配（AC-20）

1.2 再生劑

再生劑由不同比例的芳香油、礦物油、合成樹脂及聚酰胺等制備而成。 加入再生劑可降低瀝青低溫稠度，改善瀝青流動性能，恢復老化瀝青的滲透性和稠度。 本研究采用3 種國內某企業生產的再生劑，分別為：RA-25、RA-75 和RA-250，相關指標符合《熱拌用瀝青再生劑(NB/SH/T 0819-2010)》技術要求。

1.3 測試方法

1.3.1 再生瀝青的物理性能分析

瀝青物理性能一般采用針入度、延度、軟化點及黏度等進行表征。 試驗選用上述指標測定不同再生劑種類、 不同摻量 （占瀝青總質量百分比：0、10%、20%、30%、40%） 下再生瀝青物理性能變化。其中針入度試驗參數選用25℃，延度試驗參數選用5 cm/min、25℃，黏度測定60℃布氏黏度。

1.3.2 再生混合料的力學性能分析

為研究再生劑對再生瀝青混合料力學性能影響，選取穩定度、劈裂抗拉強度兩項主要力學性能指標進行對比研究。 由于集料級配、瀝青黏度等性能指標均可影響混合料性能， 為避免其他因素影響，研究采用前述單一合成級配進行分析。

為確定再生劑對混合料穩定度的影響，首先分別按10%、20%、30%、40%的不同比例加入RA-25、RA-75 和RA-250 這3 種再生劑，對馬歇爾試樣進行穩定度試驗。 為分析再生劑對混合料性能影響，進行混合料性能試驗分析前保證瀝青黏度一致。 通過前期試驗， 當RA-25、RA-75 和RA-250 摻量分別為10%、18%和36%時瀝青黏度指標一致， 因此選用上述摻量進行后續混合料試驗。 其中，再生劑添加上述摻量后再生瀝青黏度為200 Pa·s。

2 結果與分析

2.1 再生劑對再生瀝青物理性能的影響

2.1.1 針入度

從圖1 可知，未添加再生劑時，老化瀝青針入度為20（0.01 mm）。 加入不同摻量的再生劑提高了瀝青的針入度，說明再生劑對老化瀝青的稠度有促進作用，表明再生劑能有效軟化老化瀝青。 分別加入3 種再生劑后，RA-25 可顯著提高針入度，這是由于RA-25 黏度較低更有助于針入度的提高。 根據70#基質瀝青針入度要求，要求針入度應滿足60～80（0.01 mm）。 為此， 根據試驗結果RA-25、RA-75 和RA-250 摻加量應分別為：24%、37%及＞40%。

圖1 再生劑對再生瀝青針入度的影響

2.1.2 延度

從表3 可知，添加10%的3 種再生劑時即可顯著提高老化瀝青的延性，當摻量達到20%時，3 種再生劑均可使老化瀝青延度大于100 cm。這說明再生劑有效地改善了再生瀝青的延性，增加了再生瀝青的內聚性。同時也發現，當摻量較小（＜20%）時，RA-25 和RA-75 再生劑比RA-250 再生劑更能提高再生瀝青的延性。

表3 再生劑對再生瀝青延度的影響

2.1.3 軟化點

軟化點試驗可以確定瀝青達到流動狀態時的溫度，其為反映路面高溫變形的一個重要指標。 從圖2 可知，回收后的瀝青初始軟化點為68℃，隨著再生劑摻量的增加呈直線下降，相關線性擬合關系如下所示：

圖2 再生劑對再生瀝青軟化點的影響

RA-25 擬合方程為y=-47x+65.4（R2=0.926）；

RA-75 擬合方程為y=-48x+64.8（R2=0.893）；

RA-250 擬合方程為y=-40x+65.9（R2=0.931）。

分析可知，再生劑摻量為10%時，RA-25、RA-75 和RA-250 這3 種再生劑分別使再生瀝青軟化點增加約4.7℃、4.8℃和4.0℃。 與RA-250 相比，添加RA-25 或RA-75 的再生瀝青軟化點變化較大，說明RA-25 和RA-75 比RA-250 能更有效地軟化再生瀝青。同時，再生瀝青摻入RA-25 和RA-75 后黏度較RA-250 低，表明RA-25 和RA-75 兩種再生劑對再生瀝青具有較高的溫度敏感性和軟化作用。

2.1.4 黏度

黏度是液體抵抗流動的能力，由于組成成分硬化，老化瀝青黏度高、流動困難。 添加再生劑后可降低老化瀝青黏度， 使其逐漸向牛頓液體狀態轉化。從圖3 可知，老化瀝青初始黏度為4 280 Pa·s，再生瀝青的黏度隨著再生劑摻量的增加而降低，說明再生劑的加入有效降低了再生瀝青的黏度。 同時可發現，當再生劑摻量小于10%時，再生瀝青黏度呈直線下降， 添加RA-25 再生劑的再生瀝青黏度下降幅度最大、RA-250 再生劑使黏度幅度降低最小。這是由于RA-25 的黏度相對較低， 相較其他再生劑更容易軟化瀝青。

圖3 再生劑對再生瀝青黏度的影響

2.2 再生劑對瀝青混合料性能的影響

2.2.1 穩定度

由圖4 可知，由于添加不同比例的再生劑產生不同的黏度，因此每種RA 的穩定性值都有不同的降低。 在相同摻量條件下，采用RA-25 再生劑混合料的穩定度最小，RA-250 最大， 且RA-75 與RA-250 相差不大。這是由于RA-250 具有較高的黏度，其可使瀝青與瀝青膠漿較具有較大的剛度，變形時具有較大的抗變形能力，因而具有較高的穩定度。

圖4 再生劑對瀝青混合料穩定度的影響

由于再生劑摻量一般通過再生瀝青指標恢復情況進行確定，黏度作為瀝青性能與瀝青混合料施工性能的關鍵指標，可將其作為再生劑摻量確定的技術指標。 再生劑不同摻量條件下，使再生瀝青具有相同黏度時，3 種瀝青混合料的穩定度值如表4所示。

表4 相同黏度條件下混合料穩定度

從表4 可知， 當再生瀝青具有相同黏度相同時，3 種混合料穩定度值大小順序為：RA-75＞RA-250-250＞RA-25，表明當不同再生劑使老化瀝青恢復至相同黏度時，RA-75 使瀝青混合料力學性能最佳。 但上述研究結果基于再生劑不同摻量，因此進行再生劑種類及摻量選用時，應綜合經濟性及改善效果進行遴選分析。

2.2.2 劈裂強度分析

劈裂強度試驗又稱間接抗拉強度試驗，其反映了瀝青混凝土對拉應力的抵抗能力，可以表征瀝青混凝土的抗拉或“開裂”性能。 當再生瀝青黏度統一調配為200 Pa·s 時，添加不同類型的再生劑后馬歇爾試樣劈裂強度的變化見表5。

表5 相同黏度條件下混合料劈裂強度

由表4 可知，在相同黏度條件下，與其他再生劑相比，RA-75 改性后瀝青混凝土劈裂強度最大，表明加入RA-75 可以減緩瀝青路面的開裂趨勢；同時RA-250 與其相當，而RA-25 改性后青混凝土劈裂強度最小，只有兩者一半。

3 結論

通過室內試驗分析， 評價了黏度為4 280 Pa·s的再生瀝青的物理性能， 以及摻入RA-25、RA-75和RA-250 這3 種再生劑后對再生瀝青及瀝青混合料力學性能的影響，得出以下結論。

（1）添加不同數量和類型的再生劑，會使再生瀝青的物理性質產生顯著差異。3 種再生劑中，RA-25 對再生瀝青物理性能恢復能力最好。

（2）當不同再生劑使老化瀝青恢復至相同黏度時，與RA-25 和RA-250 相比，加入RA-75 再生劑后對瀝青混合料試件的穩定度與劈裂抗拉強度提高效果更顯著。

（3）在進行再生劑種類及摻量選取時，應綜合經濟性及改善效果進行遴選分析。