再生劑對老化瀝青物理性能的影響研究

曾子偲 項瀟 熊銘

（1.武漢工程大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2.中交資產(chǎn)管理有限公司湖北區(qū)域管理總部，湖北 咸寧 437035）

隨著我國路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷完善與發(fā)展，瀝青路面作為主流路面形式，因其良好的路用性能、低噪聲與行車舒適等優(yōu)勢，廣泛用于我國的公路建設(shè)之中[1]。由于瀝青路面主要是由有機結(jié)合料瀝青與無機巖石集料拌合后鋪裝形成，路面經(jīng)受長期變化性荷載作用后，容易產(chǎn)生裂縫、松散、坑槽與擁包等常見路面病害，致使路面性能持續(xù)降低[2]。針對廢舊瀝青混合料的處理，通常采用的辦法是將其堆放于空地。若這樣會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，必定會不斷占地堆放。這種處理方式不僅導(dǎo)致了環(huán)境的嚴(yán)重破壞，更引起了資源的巨大浪費。

為此，如何有效、高效地回收利用這些廢舊瀝青混合料成了公路建設(shè)面臨的重要問題。

針對瀝青再生劑對老化瀝青材料的再生研究方面，國內(nèi)外研究人員已開展大量的應(yīng)用研究。

Oldham等[3]將從豬糞中提取的生物油作為生物再生劑能，使老化瀝青粘度與蠕變勁度等流變性能得到改善，同時使老化瀝青微觀結(jié)構(gòu)中的“蜂形”結(jié)構(gòu)尺寸降低。

李路禮[4]采用渣油、糠醛抽出油與FCC油漿作為再生劑分別對老化瀝青進行再生，發(fā)現(xiàn)這些再生劑均可使老化瀝青的凝膠型結(jié)構(gòu)向溶膠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，其中糠醛抽出油對老化瀝青性能的提升上表現(xiàn)出最佳的再生效果。

曹芯芯等[5]選擇一種常見的植物油作為瀝青再生劑，其相對瀝青摻量為13.4%時，可使老化瀝青的疲勞性能與低溫抗裂性得到顯著改善，且再生瀝青的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃亢褪┕ず鸵仔曰具_到原基質(zhì)瀝青水平。

本試驗為選用芳烴油（AO）作為再生劑，進行對老化瀝青物理性能影響的研究，篩選出再生效果最佳的AO摻量配比。

1 試驗部分

1.1 試劑與材料

1.1.1 瀝青

具體如表1所示。

表1 瀝青物理性能指標(biāo)

1.1.2 再生劑

芳烴油(AO)采購自阿拉丁公司，其主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 芳烴油的技術(shù)指標(biāo)

1.1.3 老化瀝青及再生瀝青的制備

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》制備老化瀝青：將加熱熔融的70#原瀝青倒入標(biāo)準(zhǔn)老化盤中自流平形成一定厚度的薄膜后，放入163℃烘箱中熱老化48h后得到老化瀝青，其基本物理性能見表3。分別將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%、3%、6%、9%、12%，相對老化瀝青質(zhì)量）的AO在140℃的加熱條件下以3000rpm/min的速率高速剪切15min制備得A0再生瀝青。

表3 老化瀝青基本物理性能

1.2 試驗方法

1.2.1 軟化點實驗

瀝青軟化點試驗是指在受到一定加熱速率的加熱條件下，瀝青下垂到與儀器底板接觸時的溶液溫度，軟化點指標(biāo)是評價瀝青結(jié)合料高溫性能的主要指標(biāo)。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，采用SYD-2806G型電腦智能環(huán)球軟化點儀，在5℃/min的升溫速率下測試目標(biāo)瀝青的軟化點。

1.2.2 針入度試驗

針入度指標(biāo)是評價瀝青結(jié)合料感溫性能和高低溫性能的重要依據(jù)，直接反映了瀝青結(jié)合料的軟硬狀況、粘稠程度。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，采用FY-2801A型電腦數(shù)顯針入度儀對目標(biāo)瀝青在25℃下進行針入度測試。

1.2.3 延度試驗

延度試驗是指在規(guī)定溫度下瀝青材料的拉伸長度，延度指標(biāo)是評價瀝青延展性的重要指標(biāo)。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)，采用LYY-8型電腦數(shù)顯針入度儀對目標(biāo)瀝青在15℃下進行延度測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 AO對瀝青延度的影響

圖1所示為AO對老化瀝青的15℃延度的影響。從圖中可以看出，隨著AO摻量的增加，再生瀝青的延度也不斷提升。當(dāng)AO摻量為9%時，延度重新高于規(guī)范要求值。表明AO提升了老化瀝青的低溫延展性，可以改善老化瀝青的低溫抗裂性。這是由于AO降低了老化瀝青中瀝青質(zhì)分子之間的相互吸引力，削弱了瀝青質(zhì)的團聚，達到了軟化瀝青的效果，因而瀝青的延展性得到改善。

圖1 AO配比對老化瀝青延度的影響

2.2 AO對老化瀝青針入度的影響

圖2所示為AO對老化瀝青針入度的影響。從圖3可以看出，隨著AO摻量的增加，老化瀝青的針入度不斷增加，當(dāng)AO摻量在6%～12%時，再生瀝青的針入度滿足70#瀝青的技術(shù)指標(biāo)（60dm～80dm）。試驗結(jié)果表明，AO可以改善老化瀝青的稠度，軟化老化瀝青。這是由于A0恢復(fù)了老化瀝青的部分膠體結(jié)構(gòu)，使得瀝青內(nèi)部分子重新產(chǎn)生膠粘，有利于高溫性能的提升。

圖2 AO配比對老化瀝青針入度的影響

2.3 AO對老化瀝青軟化點的影響

圖3所示為AO對老化瀝青軟化點的影響。從圖中可以看出，A0降低了老化瀝青的軟化點，當(dāng)AO摻量為6%時，再生瀝青的軟化點基本與原樣瀝青一致，繼續(xù)提升AO摻量對軟化點還有持續(xù)的降低作用。試驗結(jié)果表明，AO的摻入有利于降低老化瀝青的軟化點。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是，AO的加入補充老化瀝青的輕質(zhì)組分，對老化瀝青起到了軟化作用。但軟化點降低不利于老化瀝青的高溫性能，需要控制AO的摻量。

圖3 AO配比對老化瀝青軟化點的影響

3 結(jié)論

1.AO的摻入可以提升老化瀝青的延度，恢復(fù)老化瀝青的柔韌性，增強瀝青的低溫性能。當(dāng)其摻量為9%時，再生瀝青的延度恢復(fù)到規(guī)范要求以上。

2.AO的摻入可以提升老化瀝青的針入度，軟化瀝青，改善老化瀝青的硬度。當(dāng)其摻量大于9%時，再生瀝青的針入度高于規(guī)范要求。

3.AO的摻入降低了老化瀝青的軟化點，削弱了瀝青的高溫性能，當(dāng)其摻量為6%時，再生瀝青的針入度基本與原瀝青一致。

4.綜合考慮，AO摻量在6%～9%時對老化瀝青各項物理指標(biāo)的恢復(fù)性能最宜。