不同再生劑對老化瀝青性能的影響

劉 航，安 平，李 寧，董 昭，徐書東，柳久偉

（1. 山東高速股份有限公司，山東 濟南 250101；2. 日照公路建設有限公司，山東 日照 276800；3.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

近年來，我國公路發展突飛猛進，大量瀝青路面陸續進入維修養護期，公路建設重心已經由建養并重向路面養護轉移。瀝青路面在達到使用年限后，一般需要將其進行銑刨，產生大量的廢舊瀝青混合料［1-3］，此外，道路升級改造過程中也會產生大量廢料，任意堆放這些廢料不僅污染環境，也是對資源的極大浪費。如何有效實現廢舊銑刨料的循環利用，已成為當下重要的研究方向。瀝青路面再生技術是將一定比例的RAP 料添加到新的瀝青混合料中，在保證瀝青混合料路用性能的同時，實現廢舊材料的循環利用，不僅節約了礦石、瀝青等自然資源，也帶來了巨大的經濟、環境效益［4］。根據瀝青混合料施工溫度及拌合工藝不同，可將瀝青路面再生技術分為就地熱再生、廠拌熱再生、就地冷再生和廠拌冷再生四種類型。其中廠拌熱再生瀝青混合料路用性能更加穩定，可以廣泛應用于各等級道路的結構層中。在行車荷載和自然環境的作用下，廢舊銑刨料中的瀝青會發生不同程度的老化現象，導致瀝青變硬變脆，容易發生疲勞開裂等病害［5-6］。為了一定程度上恢復銑刨料中老化瀝青的原始性能，通常需要在銑刨料中摻加一定的再生劑，以保證再生混合料的工程質量［7］。

1 原材料及試驗方法

銑刨料采用濟南周邊某高速公路上面層回收料，使用年限為5 a 左右，采用阿布森法從RAP 中抽提回收老化瀝青，并對回收瀝青的針入度、軟化點、延度及黏度指標分別進行測試，試驗結果見表1。

表1 抽提瀝青性能指標

為了保證老化瀝青性能指標的穩定，通過室內旋轉薄膜烘箱老化試驗的方法，分別將原樣瀝青在旋轉薄膜烘箱中老化85 min、180 min、360 min，模擬工程應用中瀝青的老化現象，建立瀝青室內老化與工程應用的相關關系。原樣瀝青為AH-70#基質瀝青，技術指標見表2。

表2 原樣瀝青性能指標

2 室內瀝青老化模擬

通過室內旋轉薄膜烘箱老化試驗模擬路面實際應用過程中瀝青的老化現象，老化時長分別為85 min、180 min、360 min，然后對不同時長的實驗室老化瀝青分別進行三大指標（針入度、延度、軟化點）和135 ℃布氏黏度試驗，試驗結果見表3。

表3 不同時長老化瀝青各項指標

由表3 可以看出，隨著老化時間的延長，瀝青各項性能指標隨之降低，針入度、延度和黏度發生了較大的變化，而軟化點性能變化不大。主要是由于瀝青老化之后芳香分等輕質組分減少，瀝青由黏性向彈性狀態變化［3］，瀝青老化360min 后與原樣瀝青相比，針入度、延度和黏度分別變化了64.6%、86.9%、291.8%，老化后黏度急劇增長。而老化85 min、180 min 和360 min 的軟化點提升率分別為1.2%、10.3%和17.0%，表明瀝青老化后對軟化點的影響相對來說較小。老化后瀝青的質量損失率保持在1%之內，表明瀝青發生老化作用主要是由組分變化引起的，瀝青中某些成分揮發引發的老化效果較小。可以發現RTFOT 老化360 min 的老化瀝青與回收料抽提得到的老化瀝青情況相似。

3 再生劑對老瀝青恢復性能試驗研究

瀝青針入度越大，說明瀝青越軟，稠度越低。軟化點越大，說明瀝青的高溫性能越好，在高溫下性能越穩定。延度越大說明瀝青在低溫下變形能力越強，低溫抗裂能力越好。黏度表征瀝青施工和易性，黏度越低說明瀝青越容易拌合，施工溫度也越低［8-10］。

將三種再生劑分別添加到實驗室制備的老化瀝青中，再生劑摻量從2%到12%，間隔為2%，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）測試再生瀝青針入度、軟化點、延度、黏度等性能指標，試驗結果見圖1 ～圖6。

圖1 A 型再生劑摻量對老化瀝青三大指標影響

圖2 A 型再生劑對老化瀝青黏度影響

圖3 B 型再生劑摻量對老化瀝青三大指標影響

圖4 B 型再生劑對老化瀝青黏度影響

圖6 C 型再生劑對老化瀝青黏度影響

圖5 C 型再生劑摻量對老化瀝青三大指標影響

由圖1 ～圖6 可以看出，三種再生劑的加入均能改善老化瀝青的性能，并且隨著摻量的增加，性能改善愈發明顯。摻量從2%增加到12%的過程中，老化瀝青各項性能指標均有不同幅度的變化。針入度隨著再生劑摻量的增加逐漸上升，表明再生劑的加入使老化瀝青得到了軟化，在再生劑的作用下瀝青變軟，并與再生劑摻量成正比。軟化點隨著再生劑摻量的增加而下降，這表明再生劑的加入使老化瀝青的高溫性能有所降低，再生劑對瀝青的高溫穩定性是有副作用的，因此，從軟化點來看再生劑的摻量越少越好。延度隨著再生劑摻量的增加逐漸變大，表明再生劑的加入可以提高老化瀝青的低溫抗裂能力。黏度隨著再生劑摻量的增加逐漸下降，表明再生劑的加入可以降低老化瀝青的黏度，改善老化瀝青的施工和易性。

根據針入度、軟化點、延度和黏度的綜合試驗結果，A 型再生劑在摻量為8%時，針入度、軟化點、延度已經比較接近原樣瀝青，黏度已經達到原樣瀝青水平之下，此后瀝青的針入度、黏度和延度隨著再生劑含量的增加變化并不明顯，黏度有所下降。綜合考慮，A 型再生劑的最佳摻量為8%。B 型再生劑摻量從0%到10%時作用效果最為明顯，此后性能基本沒有變化。因此，B 型再生劑的最佳摻量建議為10%。C 型再生劑與B 型再生劑類型，摻量增加到10%后，瀝青性能基本沒有改善，因此，C 型再生劑的最佳摻量也建議為10%。

分別對三種再生劑在最佳摻量下的老化瀝青性能指標進行試驗，試驗結果見圖7。

圖7 三種再生劑在最佳摻量下對老化瀝青的恢復效果

由圖7 可以看出，A 型再生劑在最佳摻量8%時基本可以將老化瀝青性能恢復至老化前的水平，而再生劑B 和C 在最佳摻量10%時，對老化瀝青的恢復效果較A 還有些差距，表明A 型再生劑對老化瀝青恢復效果最好。

4 結語

（1）采用旋轉薄膜烘箱試驗（RTFOT）在實驗室模擬瀝青老化現象，發現室內旋轉薄膜烘箱老化360 min 瀝青性能指標與抽提瀝青性能指標類型，建立了室內老化與工程應用瀝青老化間的相關關系。（2）選用三種不同的再生劑加入實驗室制備的老化瀝青中，通過針入度、軟化點、延度和黏度試驗確定了三種再生劑的最佳摻量分別為8%、10%、10%，對比分析三種再生劑在最佳摻量下對老化瀝青的恢復效果，發現A 型再生劑對老化瀝青的恢復效果最佳。