老化和RAP摻量對瀝青再生劑有效性影響研究

摘 要：【目的】分析老化和路面銑刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）摻量對瀝青再生劑有效性的影響。【方法】選擇環烷油、芳烴提取物、石蠟油、妥爾油和油酸等5種再生劑，制備RAP摻量分別為25%和45%的多種瀝青混合料，對不同瀝青混合料分別老化2 h和6 h后提取瀝青，通過動態剪切流變和彎曲梁流變試驗測試不同瀝青的高低溫性能。【結果】結果表明：含不同再生劑的再生瀝青與對照瀝青相比，高溫和低溫失效溫度差值均小于6 ℃，高低和溫性能分級一致。含石蠟油的再生瀝青性能分級優于含其他再生劑的再生瀝青性能分級，石蠟油對瀝青再生效果較好。再生瀝青在不同頻率下剪切模量值均低于對照瀝青，含再生劑的混合料抗疲勞開裂性能增加。【結論】RAP摻量和老化對瀝青再生劑有效性影響不顯著。

關鍵詞：道路材料；老化；RAP摻量；瀝青；再生劑；有效性

中圖分類號：U414" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2024）20-0087-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.20.017

The Influence of Aging and RAP Content on the Effectiveness of Asphalt Rejuvenators

Abstract： [Purposes] This paper aims to analyze the effects of aging and reclaimed asphalt pavement （RAP） content on the effectiveness of asphalt rejuvenators. [Methods] Five rejuvenators， namely naphthenic oil， aromatic hydrocarbon extract， paraffin oil， tall oil， and oleic acid， were selected to prepare various asphalt mixtures with RAP content of 25% and 45%， respectively. Asphalt was extracted from different asphalt mixtures after aging for 2 and 6 hours， respectively. The high and low temperature performance of different asphalt was tested by dynamic shear rheology and bending beam rheology tests. [Findings] The results show that compared with the control asphalt， the difference in high and low temperature failure temperatures between the regenerated asphalt containing different rejuvenators was less than 6 ℃， and the performance grading of high and low temperatures was consistent. The performance grading of regenerated asphalt containing paraffin oil is superior to that of regenerated asphalt containing other rejuvenators， and paraffin oil has a better effect on asphalt regeneration. The shear modulus values of regenerated asphalt are lower than those of control asphalt at different frequencies， and the anti fatigue cracking performance of the mixture containing rejuvenators is increased. [Conclusions] RAP content and aging have no significant effect on the effectiveness of asphalt rejuvenators.

Keywords： road materials; aging; RAP content; asphalt; rejuvenator; effectiveness

0 引言

在我國高速公路和干線公路大中修工程中產生了大量路面銑刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP），將這些路面銑刨料再生利用于新拌和的瀝青混合料具有顯著的經濟效益和環保效益［1］。由于RAP中瀝青使用多年后會出現不同程度的老化，老化瀝青脆性提高且韌性降低［2］，摻加RAP會對再生混合料疲勞和低溫抗裂等性能產生不利影響［3］，這限制了RAP的再生應用范圍。近年來，經濟社會發展全面綠色轉型，不同學者對使用瀝青再生劑來促進RAP在瀝青混合料中再生利用進行了研究［4-5］。瀝青再生劑通過增加瀝青中輕質組分降低老化瀝青的黏度和剛度［6］，增加其延展性，恢復RAP中老化瀝青性能［7-8］，從而降低RAP對瀝青混合料的不利影響，提高RAP再生利用摻量。目前，關于再生劑對含RAP瀝青混合料性能的研究大多采用單一再生劑或針對單一RAP摻量，且普遍未考慮不同老化條件對再生劑再生效果的影響。因此，有必要采用不同的瀝青再生劑，結合不同的RAP摻量和老化條件，研究不同老化條件和RAP摻量時，含不同瀝青再生劑的瀝青性能，分析老化條件和RAP摻量對不同瀝青再生劑有效性影響。

本研究選擇環烷油、芳烴提取物、石蠟油、妥爾油和油酸等5種再生劑，制備RAP摻量分別為25%和45%的瀝青混合料。對不同瀝青混合料分別老化2 h和6 h后提取瀝青，通過動態剪切流變和彎曲梁流變試驗測試不同瀝青的高低溫性能，并繪制不同瀝青的剪切模量主曲線，以分析不同老化條件和RAP摻量時含不同再生劑的再生瀝青高低溫性能和力學性能，綜合確定老化和RAP摻量對瀝青再生劑有效性影響，為再生瀝青混合料的進一步推廣應用提供參考。

1 材料與試驗方法

1.1 材料

本研究采用的5種不同的瀝青再生劑（三種石油基和兩種非石油基）分別為工程化的環烷油、石蠟油（用精制的廢潤滑油生產）、芳烴抽提物（用極性芳烴油產品精制）、油酸（植物油生產的甘油三酯和脂肪酸）和妥爾油衍生物。使用的基質瀝青為70#石油瀝青，用于比較與RAP材料混合后瀝青性能等級的變化，并評估再生劑再生RAP中瀝青的效果。

為分析RAP摻量對再生劑效果影響，在實驗室制備了幾種含RAP材料的瀝青混合料。再生劑首先與瀝青按廠家推薦的摻量進行預拌，其次制備含RAP的瀝青混合料。不同RAP摻量時最佳瀝青用量和再生劑用量見表1。

1.2 試驗方法

首先將基質瀝青混合料和含不同再生劑的瀝青混合料分別在烘箱中老化2 h和6 h，模擬短期老化和長期老化，其次使用正溴丙烷作為溶劑提取和回收每種混合料中老化后的瀝青。瀝青的提取和回收參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTG E20—2011中從瀝青混合料中回收瀝青的方法。

參照JTG E20—2011中T0628—2011和T0627—2011分別進行動態剪切流變試驗和低溫彎曲蠕變試驗，得到不同瀝青的高低溫的失效溫度，其中低溫彎曲試驗恒定荷載980 mN±50 mN施加于試件中部，作用時間240 s。結合AASHTO M320中瀝青結合料性能分級標準對不同瀝青進行PG分級。

2 結果與討論

2.1 高低溫性能等級

不同再生劑類型和老化時間的再生瀝青高低溫性能失效溫度見表2。老化6 h與老化2 h失效溫度差值如圖1所示，圖1中RAP 25% H表示RAP摻量25%時老化6 h與老化2 h高溫失效溫度差值，RAP 25% L表示RAP摻量25%時老化6 h與老化2 h低溫失效溫度差值；RAP 45% H和RAP 45% L同理。下文將根據表2和圖1分析不同因素對再生瀝青性能的影響。

2.1.1 不同再生劑類型的影響。當在瀝青混合料中摻入25%的RAP時，添加再生劑的瀝青比未添加再生劑的對照瀝青具有更低的高溫失效溫度。老化2 h和6 h這兩種程度下，再生瀝青的低溫性能失效溫度均低于對照瀝青。這是因為再生劑有助于降低老化瀝青的黏度和剛度，并能夠增加其延展性。此外，高溫失效溫度越低，再生劑對RAP中老化瀝青的恢復效果越好。含石蠟油再生劑的瀝青性能分級為PG76-28，含其他再生劑的瀝青性能分級為PG82-22，不含再生劑的瀝青性能分級為PG88-22，不同瀝青整體PG分級至少有一個等級的差異。此外，石蠟油再生劑在老化2 h的情況下具有更好的再生性能等級，短期老化時石蠟油再生劑對老化瀝青的再生效果最好。在老化6h的情況下，除環烷油再生劑的高溫等級為PG88-22外，所有再生劑的整體等級均為PG82-22。

對于從RAP含量為45%的混合料中提取的瀝青，其高低溫等級測試結果與從含有25 % RAP的混合料中提取的瀝青類似，再生瀝青的高低溫等級低于未添加再生劑的對照瀝青。在所有的再生劑中，石蠟油再生劑在恢復RAP中老化瀝青方面的性能最好。

2.1.2 RAP材料摻量的影響。通過對比表1中的高低溫性能失效溫度，可以評估RAP材料摻量對不同瀝青再生劑對RAP中老化瀝青再生效果的影響。從RAP含量25%的混合料中提取的瀝青與從RAP含量45%的混合料中提取的瀝青相比，兩者整體性能等級基本一致。從RAP含量25%的混合料中提取的未摻再生劑的瀝青的性能等級和從RAP含量45%的混合料中提取的未摻再生劑的瀝青的性能等級均為PG88-22，兩者中提取的大部分再生黏結劑的性能等級也均為PG82-22。表明當RAP材料比例從25%增加到45%時，再生瀝青性能變化不顯著。增加RAP材料在瀝青混合料中的百分比對未摻加再生劑或摻加不同再生劑的瀝青都沒有產生顯著影響。此外，RAP摻量的增加并不影響不同再生劑對RAP中老化瀝青的再生性能。

2.1.3 老化時間的影響。從圖1可知，對照瀝青的高溫失效溫度差異略高于2 ℃，表明老化6 h后整體高溫分級沒有顯著變化。在添加不同再生劑時，不同老化時間時含油酸再生劑的高溫失效溫度差異最大為5.6 ℃，該差值仍小于6 ℃，這表明老化6 h與老化2 h相比，所有再生劑在高溫性能分級上沒有顯著差異。對于低溫性能失效溫度，不同老化時間時含芳烴提取物再生劑的高溫失效溫度差異最大為3.1℃，該差值亦小于6 ℃，表明老化6 h與老化2 h相比整體低溫性能分級沒有顯著變化。以上結果表明對照瀝青和含不同再生劑的再生瀝青的性能等級受不同老化方式的影響較小。這些結果也可能表明不同再生劑對RAP中老化瀝青的再生能力受不同老化方式的影響不顯著。

2.2 力學性能

通過DSR試驗結果，繪制RAP摻量25%時對照瀝青和含再生劑混合料中提取的瀝青的剪切模量主曲線（如圖2所示），評估使用不同再生劑時再生瀝青性能。由圖2可知，老化2 h時，再生瀝青在不同頻率下的剪切模量值均低于未摻加再生劑的對照瀝青。這表明所有再生劑都不同程度上恢復了RAP材料中含有的老化瀝青的性能。與基質瀝青相比，含不同再生劑時再生瀝青在較低頻率時剪切模量低于基質瀝青，在較高頻率時剪切模量與基質瀝青差值降低，這表明含再生劑的混合料的抗疲勞開裂性能增加，抗車轍性能降低。同時，前期研究結果表明，再生瀝青比原基質瀝青具有更高的PG等級。因此，可得出，再生劑的使用對再生瀝青的抗車轍性能影響程度較小。

此外，含不同再生劑的再生瀝青中，含石蠟油的再生瀝青具有最低的剪切模量值，這表明石蠟油再生劑對老化瀝青性能具有更好的恢復效果，含有石蠟油再生劑的瀝青混合物在抗疲勞方面較好。老化6 h時，所有再生瀝青在較寬的頻率范圍內都比對照瀝青具有更低的剪切模量。這與老化 2 h的測試結果規律類似，表明含再生劑的混合料具有更好的抗疲勞開裂性能。

3 結論

①含不同再生劑的再生瀝青與不含再生劑的對照瀝青相比，高低溫失效溫度差值均小于6℃，高低溫性能分級一致。

②含石蠟油再生劑的再生瀝青性能分級為PG76-28，含其他再生劑的再生瀝青性能分級均為PG82-22，石蠟油再生劑對瀝青再生效果較好。

③RAP摻量為25%和45%時，以及老化時間2 h和6 h時，含不同再生劑的再生瀝青性能分級均為PG82-22，RAP摻量和老化時間對再生瀝青性能影響不顯著。

④再生瀝青在不同頻率下的剪切模量值均低于未摻加再生劑的對照瀝青，含再生劑的混合料的抗疲勞開裂性能增加。

參考文獻：

［1］李清富，裴俊杰，呂小永，等.廢舊瀝青路面再生利用研究現狀與進展［J］.河南科技，2019（20）：108-111.

［2］周合輕，陳浩，張珈毓，等.基于RAP全摻量下再生溫拌瀝青混合料路用性能研究［J］.河南科學，2023，41（5）：721-729.

［3］鄒曉勇，李寧，吳聞秀，等.基于紅外光譜的RAP老化瀝青轉移率研究［J］.中外公路，2024， 44（1）：88-94.

［4］DONG F Q， WANG J C， XIN Y， et al.Regeneration mechanisms of aged SBS modified asphalt from RAP materials： molecule structure， morphology， phase transition， and interface adhesion characteristics［J］.Construction and Building Materials，2023，388.

［5］YANG J J .Application and research on plant-mixed thermal regeneration technology of RAP asphalt mixtures［J］.Journal of Architectural Research and Development，2020，4（6）.

［6］何延兵，黃拓，劉軍.基于Superpave法和平衡設計法熱再生瀝青混合料性能優化設計［J］.公路工程，2024，49（3）：106-112.

［7］李艷麗.溫拌再生SBS改性瀝青混合料路用性能研究［J］.合成材料老化與應用，2023，52（2）：68-71.

［8］傅珍，楊鵬凱，劉松然.復合生物再生瀝青及混合料路用性能［J］.應用化工，2024， 53（2）：314-318.