植物油/石化油基再生劑對RAP力學性能的影響研究

王 淼，岳亞軍 ，劉永光，嚴攀登 ，魏紅強

（1.亳州機場開發投資有限責任公司，安徽 亳州 236800；2.中機空港（北京）建設有限公司，北京 100001）

0 引言

就地熱再生是瀝青路面再生利用的一種重要方式，其施工不需要銑刨，通過加熱、耙松、添加再生劑以及視情況添加少部分新料，在治愈路面病害的同時，還可實現路面材料100%循環利用[1-2]，得到了道路專家學者的廣泛關注。

原本就地熱再生憑借其循環鏈最短、施工效率高、質量優異、綠色環保等優勢，在國內應當具有廣闊的發展前景，但是其實際應用率卻遠低于預期，主要原因之一在于傳統石化油基再生劑價格昂貴且性能不穩定[3]。隨著近年來的研究探索，植物油基再生劑逐漸得到開發與應用[4]，目前已有的研究成果使道路領域工作者對再生劑有了初步的認識，但不同種類的再生劑對老化瀝青的還原效果不盡相同，如何針對瀝青路面不同病害情況選擇合理的再生劑則成為了關鍵。基于此，本文采用植物油基與石化油基兩種再生劑對就地熱再生瀝青混合料的力學性能進行對比研究，通過瀝青針入度、延度以及軟化點試驗確定再生劑最佳摻量，并在此基礎上采用車轍試驗、彎曲破壞試驗、凍融劈裂試驗及動態模量試驗分別評價再生瀝青混合料的力學性能，以期為就地熱再生的推廣應用提供借鑒與參考。

1 原材料

1.1 瀝青混合料回收料（RAP）

從某高速公路維修養護路段上面層熱耙松回收料中抽提老化瀝青，并對其相關技術指標進行檢測，結果如表1所示。

表1 RAP技術指標

1.2 再生劑

就地熱再生中RAP的含量較高，通常需要添加再生劑以軟化調和RAP中的老化瀝青，該研究用植物油基與石化油基兩種再生劑技術指標列于表2。

表2 再生劑技術指標

1.3 SBS改性瀝青

該研究中新加瀝青為SBS改性瀝青，其技術指標列于表3。

表3 SBS改性瀝青技術指標

2 試驗方案

2.1 再生瀝青性能試驗

在瀝青混合料回收料（RAP）抽提得到的老化瀝青中分別加入植物油基與石化油基再生劑，并對比分析兩種再生劑在摻量為 8%、10%、12%、14%下瀝青25℃針入度、10℃延度及軟化點，研究再生劑種類及含量對老化瀝青的影響。

2.2 再生混合料性能試驗

2.2.1 配合比設計

瀝青路面在長期運營及就地熱耙松的過程中不可避免地造成集料級配細化，因而再生瀝青混合料需添加新集料對級配進行優化，該研究用就地熱再生混合料合成級配為90%RAP+10%新料，其各篩孔通過率如表4所示。就地再生瀝青混合料配合比設計中瀝青膠結量總量包含舊瀝青混合料部分、再生劑部分以及新加瀝青部分，該研究以總油石比4.6%、4.9%、5.2%、5.5%、5.8%進行馬歇爾試驗確定其最佳摻量，并通過路用性能試驗進行驗證。

表4 就地熱再生混合料設計級配

2.2.2 力學性能試驗

以最佳再生劑摻量、最佳油石比成型兩種就地熱再生混合料試件，以原瀝青路面混合料為參照，采用車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗及動態模量試驗來分別評價兩種再生瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性及動態力學特性。

3 結果與討論

3.1 再生劑最佳摻量確定

不同再生劑摻量下瀝青三大指標結果如圖1所示，從圖中可以看到，隨著再生劑摻量的增加，瀝青的針入度、延度升高，軟化點下降，這是因為再生劑作為輕質油分調整了瀝青四組分比例，降低了瀝青黏度從而改善其流變特性。在相同再生劑摻量下，植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青而軟化點較低，這從側面反映出植物油基再生劑在恢復瀝青低溫抗裂性方面更具優勢。當再生劑摻量達到14%時，兩種再生瀝青三大指標均能滿足70號道路石油瀝青技術指標要求，綜合考慮再生劑經濟性與功能性，建議兩種再生劑的最佳摻量為14%，并進行下述瀝青混合料力學性能研究。

圖1 再生瀝青三大指標試驗結果

3.2 再生混合料力學性能分析

3.2.1 高溫穩定性

從圖2可以看出，3種瀝青混合料動穩定度大小依次為：原路面＞石化油基＞植物油基，這是由于再生劑補充了瀝青老化過程中丟失的芳香分，瀝青輕質油分增加而瀝青質比例降低，瀝青抗變形能力出現一定削弱。植物油基再生混合料動穩定度約為石化油基的85%，但依然達到13 000次/mm以上，完全滿足重載交通路面的抗車轍需求。

圖2 再生混合料車轍試驗結果

3.2.2 低溫抗裂性

根據目前研究進展，低溫開裂依然是就地熱再生在實際應用過程中面臨的重要問題之一[5]。圖3顯示了3種瀝青混合料的彎曲破壞試驗結果，從中可以看出原路面的低溫彎拉應變已不滿足規范要求。加入再生劑后，瀝青混合料最大彎拉應變得到顯著提高。同時可以觀察到，植物油基再生混合料最大彎拉應變比石化油基高出約21%左右，這與再生瀝青的延度試驗相吻合，再次表明植物油基再生劑對于恢復老化瀝青的低溫抗裂性優勢突出。

圖3 再生混合料彎曲破壞試驗結果

3.2.3 水穩定性

瀝青老化致使瀝青變硬變脆，削弱瀝青與集料的黏附性，進一步加劇瀝青混合料對水分侵入的敏感性，因而抗水損壞能力也是就地熱再生瀝青混合料需重點關注的性能。圖4顯示了3種瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂試驗結果，從中可以看到，原路面瀝青混合料的殘留穩定度及凍融劈裂強度比最差，而植物油基與石化油基再生瀝青混合料基本相同，且均達到90%以上，再生劑的摻入使得瀝青混合料的殘留穩定度及凍融劈裂強度均有10%左右的提升。

圖4 再生混合料水穩定性試驗結果

3.2.4 動態特性

瀝青路面實際處于動態荷載作用下，因而其力學表現必然受到加載頻率的影響，我國路面設計規范采用20℃、10 Hz條件下的動態模量作為路面結構設計中的力學參數取值[6]。該研究在5℃、20℃、50℃及10 Hz試驗條件下進行動態模量試驗以反映其在低、中、高溫范圍內動態力學特性，結果如圖5所示。可以看到，隨著溫度升高，3種瀝青混合料的動態模量減小；在相同溫度下，3種瀝青混合料模量的大小為：原路面＞石化油基＞植物油基。在低溫時，植物油基再生混合料動態模量較低，這對于瀝青路面低溫抗開裂性能是有利的；在20℃、10 Hz標準設計條件下，植物油基、石化油基再生混合料的動態模量分別為8 002 MPa、8 215 MPa，與我國路面設計規范中SMA類瀝青混合料動態模量相當；隨著溫度升高，兩種再生瀝青混合料動態模量逐漸接近，意味著植物油基再生混合料溫度敏感性要優于石化油基再生混合料。

圖5 再生混合料動態模量試驗結果

4 結語

a）隨著再生劑摻量的增加，瀝青的針入度、延度升高，軟化點下降；在相同摻量下，植物油基再生瀝青針入度、延度高于石化油基再生瀝青，綜合考慮經濟性與功能性要求，推薦該植物油再生劑的最佳摻量為老化瀝青的14%.

b）植物油基再生混合料的高溫動穩定度約為石化油基再生混合料的85%，而低溫最大彎拉應變高出其21%，殘留穩定度及凍融劈裂強度比兩者均達到90%以上，在標準設計條件下動態模量與SMA類瀝青混合料相當，綜合力學性能優秀。