多次再生瀝青的性能衰變規律分析

馬崢

摘要：文章選取70#基質瀝青，通過室內試驗模擬瀝青老化及再生，分析多次再生瀝青性能衰變規律。研究結果顯示：首次及第二次老化的再生劑摻配比例以6%為宜;70#基質瀝青在多次老化及再生循環模擬后的高溫性能略有提升，流變性能及低溫性能衰減;為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例以9%為宜。該研究成果可為瀝青路面多次再生養護的推廣應用提供理論依據。

關鍵詞：瀝青;熱再生;流變性能;再生劑;軟化點

中圖分類號：U416.03A120453

0 引言

瀝青公路面層材料路用性能在長期使用過程中逐漸衰減，我國總體公路養護里程數逐年增長，而公路大中修施工項目實施也產生了諸多公路路面廢棄物。

熱再生技術因其能耗低、施工快、養護效果好，可在推進交通基礎建設的同時減輕公路養護污染、節約養護成本，實現能源節約，在公路養護工程中已得到廣泛應用[1]。國內外專家學者針對再生瀝青混合料性能已展開一定研究：李雪連等[2]研究了再生劑對再生瀝青混合料的性能影響規律，選用十余種再生劑用于高RAP摻量再生瀝青混合料，對比膠囊封裝、RSM及直接拌和三種摻加方式的區別;姚曉光等[3]對再生SBS瀝青混合料再生方式進行對比分析，通過凍融劈裂、高溫車轍等試驗手段，推薦了4種再生方式對應的最大RAP摻配比例，得出39%～44%的RAP摻配比例的結論;馬輝等[4]依托高速公路養護工程，論證了不同影響因素對廠拌熱再生養護方法RAP摻配比例的影響規律，認為熱再生溫度、級配和油石比、RAP級配可調性能以及舊瀝青可恢復性是較為明顯的影響因素;曹衛東等[5]則是著眼于廠拌熱再生受拌和工藝的影響程度角度展開論證，主要將控制拌和時間及溫度指標進行對比，推薦了150 s+165 ℃的拌和工藝參數;伊慶剛等[6]為提升SBR熱再生瀝青混合料路用性能，提出摻配青川巖瀝青的優化方案，研究結果表明該方案可明顯增強再生混合料的高溫、低溫及水穩定性能。

綜上所述可發現，有關再生瀝青混合料性能方面的研究成果主要著眼于瀝青單次老化再生，然而隨著養護技術提升及工程實際需求，多次再生瀝青性能衰變規律方面的研究仍存在較大空白，不利于社會和經濟效益的進一步優化。因此，本文進行室內試驗模擬瀝青老化及再生，控制并優選再生劑摻量，通過3次循環模擬過程，結合軟化點、布氏黏度、針入度及延度等指標，揭示多次再生瀝青性能衰變規律。

1 原材料及試驗方案設計

1.1 基質瀝青

本研究試驗中涉及的瀝青種類為Tipco品牌70#優質基質瀝青。在開展老化再生試驗前依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）對未進行老化再生的新瀝青性能指標進行檢測。檢測結果如表1所示。

1.2 再生劑

本研究試驗中選用S型再生劑，依據《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG/5521-2019），對其指標進行檢測，檢測結果如表2所示。

1.3 試驗方案設計

（1）現有熱再生養護工程通常只考慮RAP料的單次熱再生利用，研究過程中通常難以獲取服役多年路面多次回收RAP料，且無法控制其穩定的質量，不滿足研究需求。在調研已有工程瀝青回收技術指標的基礎上，結合《公路瀝青路面再生技術規范》要求，采取就地熱再生技術進行養護的公路路面瀝青25 ℃時針入度應>20（0.1 mm）。本研究選擇600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法在試驗室制備模擬老化瀝青，可控制其25 ℃針入度接近30（0.1 mm）范圍，可最大限度模擬服役10年左右的公路路面回收RAP料瀝青性能。

（2）檢測模擬老化瀝青的相關路用性能指標參數，包括軟化點、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標。

（3）在模擬老化瀝青中摻加不同摻配比例的S型再生劑進行再生改性，摻配比例按照0～ 9%進行控制，測試摻配S型再生劑的模擬老化瀝青的相關路用性能指標參數，其同樣包括軟化點、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標。

（4）對比不同再生劑摻配比例對模擬老化瀝青路用性能指標參數的影響規律，從而確定最佳再生劑摻配比例。

步驟（1）～（4）即為單次模擬老化及再生瀝青的完整步驟，重復一次該步驟循環即為完成一次模擬老化再生過程。考慮到道路養護實際情況，本試驗設計了3次循環模擬瀝青老化再生過程，并針對每次循環模擬老化再生瀝青的相關路用性能指標參數進行檢測和對比分析。

2 模擬瀝青老化及再生試驗

2.1 首次老化及再生

按照上文步驟（1）將70#基質瀝青采用600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法進行模擬老化。在模擬老化后的70#基質瀝青中，以質量分數進行控制，分別摻加0、3%、6%、9%摻配比例的S型再生劑。摻加過程中確保勻速緩慢攪拌，按照步驟（3）對首次模擬老化及再生后的基質瀝青進行軟化點、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標的檢測。檢測結果如表3所示。

由表3可以發現，伴隨著再生劑的摻加及摻配比例的提升，模擬再生后的70#基質瀝青軟化點及135 ℃布氏黏度有所降低，25 ℃針入度及15 ℃延度則隨之提升，這表明再生劑的摻加能明顯提升首次模擬老化基質瀝青的路用性能。

按照《公路瀝青路面再生技術規范》要求和工程應用經驗可知，再生瀝青的各項指標為新瀝青降低一等級標號對應的性能指標參數，即首次模擬老化基質瀝青的路用性能目標為：25 ℃針入度為50.0（0.1 mm）、15 ℃延度為30.0 cm。結合上文首次模擬老化及再生基質瀝青性能指標檢測結果，同時考慮經濟性原則，首次模擬老化基質瀝青的再生劑摻量以6%為宜。

2.2 多次老化及再生

取上文6%摻配比例的再生劑模擬老化再生瀝青進行多次老化及再生試驗。同樣地，按照上文步驟（1）將其采用600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法進行模擬老化，分別摻加0、3%、6%、9%摻配比例的S型再生劑，檢測其軟化點、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標。檢測結果如表4所示。

由表4可以發現，與首次模擬老化再生相似，伴隨著再生劑的摻加及摻配比例的提升，模擬第二次老化再生后的70#基質瀝青軟化點及135 ℃布氏黏度有所降低，25 ℃針入度及15 ℃延度隨之提升，這表明再生劑的摻加對第二次老化瀝青仍有明顯的提升路用性能的作用。仍按照25 ℃針入度為50.0（0.1 mm）、15 ℃延度為30.0 cm的目標路用性能進行選擇，確定第二次模擬老化基質瀝青的再生劑摻量以6%為宜。

同理，第三次模擬老化基質瀝青再生后的性能指標檢測結果如表5所示。

從上文可知，首次及第二次老化的再生劑摻量均以6%為宜，為了能橫向對比模擬老化及再生次數對瀝青性能衰變的影響規律，同樣選取6%再生劑摻配比例的第三次模擬老化及再生瀝青，與前兩次6%再生劑摻配比例的模擬老化及再生瀝青路用性能進行對比，如圖1～4所示。

分析圖1可以發現：隨著模擬老化次數的提升，老化基質瀝青軟化點線性提升，高溫性能有所改善;在加入再生劑后則有所降低，再生后瀝青的軟化點總體上隨多次再生次數呈現上升趨勢。

分析圖2可以發現：隨著模擬老化次數達到第三次，老化基質瀝青布氏黏度突然上升，在加入再生劑后則有所改善，整體上仍隨模擬老化及再生次數的增長而上升。這說明模擬老化及再生循環次數導致再生后的瀝青流變性能衰減。

分析圖3可以發現：隨著模擬老化次數的增加，老化基質瀝青針入度線性上升;在加入再生劑后針入度進一步增長，低溫性能提升，且模擬老化及再生循環次數不會引起其針入度水平的顯著變化。

分析圖4可以發現：隨著模擬老化及再生次數的增加，再生劑的再生效果迅速降低。其中第三次模擬老化及再生的瀝青延度水平已無法達到再生瀝青性能指標水平，其低溫性能衰減明顯。為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例應提升到9%為宜。

3 結語

本文選取70#基質瀝青展開研究室內模擬瀝青老化及再生試驗，控制并優選再生劑摻量，通過3次循環模擬過程，結合軟化點、布氏黏度、針入度及延度等指標，分析多次再生瀝青性能衰變規律，得出以下主要結論：

（1）首次及第二次老化的再生劑摻配比例以6%為宜。

（2）70#基質瀝青在多次老化及再生循環模擬后的高溫性能略有提升，流變性能及低溫性能衰減。

（3）為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例量以9%為宜。

參考文獻

[1]周志剛，孫 寧，楊文燦，等.廠拌熱再生SBS改性瀝青優化設計方法研究[J].公路交通科技，2017，34（11）：15-22.

[2]李雪連，葉峻宏，唐 成，等.再生劑在回收熱拌瀝青混合料生產中的應用研究綜述[J].中外公路，2020，40（5）：240-244.

[3]姚曉光，許 濤，張爭奇.再生SBS改性瀝青混合料路用性能研究[J].武漢大學學報（工學版），2021，54（5）：407-414.

[4]馬 輝，茅 荃，李 寧.瀝青路面廠拌熱再生RAP料摻量影響因素分析[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2020，39（9）：97-104.

[5]曹衛東，于得水，楊 波，等.拌和工藝參數對廠拌熱再生混合料性能的影響[J].科學技術與工程，2020，20（24）：10 032-10 038.

[6]伊慶剛，琚花花，張啟志.青川巖瀝青與SBR復合改性熱再生瀝青混合料性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（8）：32-36.

作者簡介：

馬 崢（1985—），工程師，主要從事路橋設計工作。