再生PE改性瀝青性能的試驗

周志剛，韓 良，辜麗萍

在20世紀90年代初，中國從奧地利引進了聚乙烯（Polyethylene，簡稱為PE）改性瀝青專利技術，并對其開展了多方面研究工作，促進了該項技術的發(fā)展［1－2］。但由于PE改性瀝青具有儲存穩(wěn)定性較差的缺陷，制約了PE改性瀝青技術的推廣應用。隨著人們環(huán)境保護意識的增強，大量廢舊塑料需要再生利用，其有效途徑之一就是用作瀝青改性劑。因此，近年來PE改性瀝青技術重新得到了人們的重視［3－4］。

鑒于資源節(jié)約和環(huán)境保護的需要，早期應用的PE改性瀝青路面逐漸進入到再生利用的階段。盡管瀝青混合料再生技術己經比較成熟，但對改性瀝青再生技術涉及較少，如：現(xiàn)行瀝青路面再生技術規(guī)范［5］未解決改性瀝青路面的再生問題。在以往研究和實踐中，人們也主要關注SBS之類材料改性瀝青路面的再生［6－10］。而至今除筆者工作［11－13］之外，尚未見到PE改性瀝青路面再生的相關文獻報道。隨著廢舊塑料制作瀝青改性劑技術的深入研究和推廣應用，可以預見，PE改性瀝青路面再生技術將具有良好的市場前景和顯著的社會經濟效益。

課題組關于再生PE改性瀝青的試驗研究證明［11－13］，舊PE改性瀝青可通過添加適當?shù)脑偕鷦┦蛊湫阅苓_到改性瀝青相關性能要求。但當時因工程急需、時間有限，主要對現(xiàn)場挖取的老化PE瀝青混合料進行了抽提，回收舊PE改性瀝青，并將其用于再生前、后性能的試驗對比分析。由于抽提過程中PE改性劑存在離析現(xiàn)象，所抽提的舊瀝青不一定能真實地反映舊PE改性瀝青的性能。為此，近期課題組通過室內旋轉薄膜烘箱試驗（RTFOT）和壓力老化試驗（PAV），制備短期老化和長期老化的PE改性瀝青，對老化前、后和不同再生方式在再生前、后的瀝青及其混合料的常規(guī)物理力學指標、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和疲勞特性等進行了系統(tǒng)的試驗，全面論證了PE改性瀝青混合料再生的可能性、再生機理及再生方案［14－15］。作者擬通過常規(guī)性能指標和動態(tài)剪切流變等試驗［16］，對比分析PE改性瀝青的原樣瀝青、不同老化程度的瀝青以及采用不同再生方式的再生瀝青的路用性能，為PE改性瀝青再生方法的選擇提供依據。

1 老化瀝青再生后常規(guī)性能指標分析

采用兩種再生劑分別與不同程度老化后的PE改性瀝青融合在一起。該兩種再生劑分別為［14］：

再生劑A：由SK－70號新瀝青與深圳海川公司生產的再生劑OP－1100原液（一種墨綠色的粘稠液體）以2∶8的比例混合而成，以反映再生時所添加新瀝青混合料中的新瀝青與再生劑OP－1100混合情形。

再生劑B：由新PE改性瀝青III－B與深圳海川公司生產的再生劑OP－1100原液以2∶8的比例混合而成，以反映再生時所添加新PE改性瀝青混合料中的新PE改性瀝青與再生劑OP－1100混合情形。

1）針對原樣瀝青、RTFOT老化85min＋PAV老化5h后PE改性瀝青、分別添加不同摻量的再生劑A和再生劑B的再生瀝青，所測試的常規(guī)性能指標結果見表1。

表1 PE改性瀝青再生后的性能指標（PAV 5h）Table 1 Performances of regenerated PE modified asphalt（5hby PAV）

從表1中可以看出，經過RTFOT老化85min以及PAV老化5h后的瀝青與原樣瀝青相比，25℃針入度下降了41%，15℃延度下降了60%，軟化點上升了23%，135℃粘度上升了73%。瀝青主要路用指標中，135℃粘度變化最大，15℃延度次之。對老化的PE改性瀝青中分別摻加再生劑A和再生劑B后，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的25℃針入度、15℃延度、軟化點和135℃粘度變化規(guī)律趨于原樣瀝青。例如：再生劑A的摻量為12%時，再生瀝青的主要路用性指標均達到原樣PE改性瀝青的質量標準。而再生劑A摻量為6%時，主要路用性能指標達不到PE改性瀝青的質量標準，但是，相比老化瀝青，其性能有所改善。對于相同摻量，添加再生劑A的再生瀝青性能優(yōu)于添加再生劑B的。這是由于再生劑B中使用了PE改性劑，它能改善瀝青的高溫穩(wěn)定性，其作用類似于增加瀝青中瀝青質成分，增大瀝青的粘度，趨于老化瀝青性質。因此，對于老化的PE改性瀝青，不應再采用PE改性瀝青進行再生。

2）針對原樣瀝青、RTFOT老化85min＋PAV老化20h后PE改性瀝青、分別添加不同摻量的再生劑A和再生劑B的再生瀝青，所測試的常規(guī)性能指標結果見表2。

表2 PE改性瀝青再生后的性能指標（PAV 20h）Table 2 Performances of regenerated PE modified asphalt（20hby PAV）

從表2中可以看出，PAV老化20h后的瀝青與原樣瀝青相比，25℃針入度下降了63%，15℃延度下降了76%，軟化點上升了37%，135℃粘度上升了3.58倍。瀝青主要路用指標中，135℃粘度變化最大，15℃延度次之。添加再生劑后，老化瀝青的主要路用指標得到了改善。隨著摻量的增加，其改善效果更為明顯。當再生劑A摻量為16%時，再生瀝青的25℃針入度、軟化點及15℃延度與原樣瀝青的相關指標接近。除了粘度指標外，其他性能指標達到規(guī)范要求。當再生劑A摻量為24%時，再生瀝青的25℃針入度、軟化點及15℃延度3個指標均優(yōu)于原樣瀝青的。而135℃粘度為3.12Pa·s，大于規(guī)范要求的3Pa·s。對于摻量相同，添加再生劑A的再生瀝青性能優(yōu)于添加再生劑B的。

分析結果表明：對于老化嚴重（RTFOT老化85min＋PAV老化20h）的PE改性瀝青，與老化相對輕微（RTFOT老化85min＋PAV老化5h）的PE改性瀝青相比，需要添加更多摻量的再生劑才能將其性能恢復至原樣瀝青水平。

2 老化瀝青再生后高溫穩(wěn)定性的DSR試驗分析

為了模擬路面實際承受的反復施加的交通荷載，動態(tài)剪切流變儀（DSR）采用的試驗方法是強制振動法。PE改性瀝青（原樣瀝青）的DSR試驗結果見表3。

表3 PE改性瀝青的DSR試驗結果Table 3 DSR test results of PE modified asphalt

選取經過RTFOT老化85min＋PAV老化5h和RTFOT老化85min＋PAV老化20h的PE改性瀝青進行再生，分別添加再生劑A和再生劑B，采用動態(tài)剪切流變儀測試再生瀝青的復數(shù)剪切勁度模量G＊、相位角δ和抗車轍因子G＊／sinδ，分析再生瀝青的高溫性能。

1）在PAV老化5h的瀝青中，分別添加6%～12%摻量的再生劑A和再生劑B，再生瀝青的DSR試驗結果分別如圖1，2所示。

根據SHRP設計規(guī)范，用平均最高路面設計溫度時原樣瀝青的G＊／sinδ作為瀝青的高溫穩(wěn)定性指標之一，要求原樣瀝青的G＊／sinδ不低于1.00kPa。70℃時，3種摻量再生瀝青的G＊／sinδ均大于1.00kPa，如圖1所示。在抗車轍因子G＊／sinδ為1.00kPa時，按照再生劑A摻量百分比從小到大的失效溫度分別為：75.3，74.1和72.7℃。這說明隨著再生劑A摻量增加，失效溫度降低，老化瀝青高溫穩(wěn)定性降低。再生劑A摻量12%時，失效溫度最接近70℃。這說明再生劑A摻12%效果最好。對于再生劑B，如圖2所示，抗車轍因子隨溫度變化規(guī)律與再生劑A相似，但其失效溫度更高。這說明添加同樣摻量的再生劑B的再生瀝青高溫穩(wěn)定性較強。

圖1 摻入再生劑A的再生瀝青的DSR試驗結果（PAV 5h）Fig.1 DSR test results of regenerated asphalt by the incorporation of recycling reagent A（5hby PAV ）

圖2 摻入再生劑B的再生瀝青的DSR試驗結果（PAV 5h）Fig.2 DSR test results of regenerated asphalt by the incorporation of recycling reagent B（5hby PAV）

2）在PAV老化20h的瀝青中，分別添加6%～16%摻量的再生劑A和再生劑B，再生瀝青的DSR試驗結果分別如圖3，4所示。

再生劑A摻量為6%的再生瀝青失效溫度為88.6℃，如圖3所示。摻量為8%的再生瀝青失效溫度為82.1℃，70℃時的G＊／sinδ為3.54kPa。摻量為12%的再生瀝青失效溫度是80.6℃，70℃時的G＊／sinδ為2.33kPa。摻量為16%的再生瀝青失效溫度是76℃，70℃時的G＊／sinδ為2.28kPa。由此可以看出，在同一溫度下，隨著再生劑A摻量的增加，抗車轍因子G＊／sinδ不斷減小，失效溫度也在逐漸降低。添加再生劑B的再生瀝青抗車轍因子隨溫度變化規(guī)律如圖4所示，其情況與添加再生劑A時的情況相似。

圖3 摻入再生劑A的再生瀝青的DSR試驗結果（PAV 20h）Fig.3 DSR test results of regenerated asphalt by the incorporation of recycling reagent A（20hby PAV）

圖4 摻入再生劑B的再生瀝青的DSR試驗結果（PAV 20h）Fig.4 DSR test results of regenerated asphalt by the incorporation of recycling reagent B（20hby PAV）

3 老化瀝青再生后抗疲勞性能的DSR試驗分析

SHRP瀝青路用性能規(guī)范中，瀝青疲勞性能采用的抗疲勞因子指標是G″＝G＊sinδ。瀝青疲勞性能試驗溫度被規(guī)定為最高設計溫度與最低設計溫度的平均值以上4℃。很顯然，它處于年最不利季節(jié)時期的路面溫度狀態(tài)下［14］，在此試驗溫度下，要求G＊sinδ小于5 000kPa。瀝青路面的疲勞破壞會發(fā)生在瀝青路面使用的后期，那時瀝青已經老化，因此，本研究的老化瀝青試驗不僅要模擬短期老化（RTFOT），還需模擬長期老化（PAV）。PE改性瀝青抗疲勞性能試驗結果見表4。

在RTFOT老化85min＋PAV老化20h的瀝青中，分別添加6%～16%摻量的再生劑A和再生劑B，再生瀝青抗疲勞性能試驗結果見表5。

表4 PE改性瀝青抗疲勞性能試驗結果Table 4 The fatigue resistance results of the PE modified asphalt results

表5 再生瀝青抗疲勞性能試驗結果Table 5 The fatigue resistance results of regenerated asphalts

從表5中可以發(fā)現(xiàn)，不管是再生劑A或者再生劑B，隨著溫度升高，瀝青的G＊sinδ逐漸減小。例如：再生劑A摻量為12%時，溫度22℃時，G＊sinδ為4 490kPa；溫度19℃ 時，G＊sinδ為5 930kPa，不符合G＊sinδ小于5 000kPa的規(guī)范要求。這說明瀝青的疲勞破壞發(fā)生在較低的溫度。在相同溫度時，隨著再生劑摻量的增加，瀝青的G＊sinδ也在逐漸減小。這說明再生劑摻量越高，老化瀝青再生效果越好。

4 結論

1）對于老化程度相同的PE改性瀝青，添加不同或者相同再生劑但摻量不同，其再生效果不同，即老化瀝青性能恢復程度不相同。摻量相同時，添加再生劑A的再生效果優(yōu)于添加再生劑B的。這與再生劑B中使用了PE改性劑有關。

2）兩種再生劑均能恢復老化PE改性瀝青的性能。對于老化5h和老化20h的PE改性瀝青，當分別按12%和16%摻量添加兩種再生劑時，其常規(guī)性能指標和DSR試驗確定的PG分級的高溫等級均能達到原樣瀝青的質量標準，高溫等級均為PG－76。

3）瀝青疲勞破壞會發(fā)生在中低溫度，再生劑A和再生劑B的最佳摻量為16%。

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