瀝青再生劑配制的試驗研究

高雪池， 曹衛(wèi)東， 韓冰， 于得水， 孫輝

(1.齊魯交通發(fā)展集團有限公司， 山東 濟南 250101； 2.山東大學(xué) 土建與水利學(xué)院)

1 前言

廢舊瀝青路面再生利用是保護環(huán)境，節(jié)約資源，實現(xiàn)公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)措施，符合中國當(dāng)前的新發(fā)展理念。中國規(guī)范將瀝青路面再生技術(shù)分為4類：廠拌熱再生、就地?zé)嵩偕?、廠拌冷再生、就地冷再生。其中廠拌熱再生技術(shù)發(fā)展相對較早也較成熟，是目前為止應(yīng)用最為普遍的瀝青路面再生利用技術(shù)。如何有效地提高廢舊瀝青混合料的利用率已成為廠拌熱再生技術(shù)研究的熱點與重點問題，采用瀝青再生劑是實現(xiàn)高摻量再生瀝青混合料的一種技術(shù)路徑。然而，無論是中國國內(nèi)還是國外常用的瀝青再生劑，大多摻加了價格高昂的改性劑來改善老化瀝青低溫延展性，從而使再生劑的價格居高不下，大大影響了高摻量再生瀝青混合料的推廣和應(yīng)用。

瀝青再生劑可以通過調(diào)節(jié)舊瀝青組分來改善其性能，這是根據(jù)生產(chǎn)調(diào)和瀝青的原理，通過加入低黏度油料或者標(biāo)號較高的新瀝青進行調(diào)配，使調(diào)配后的再生瀝青達到所需要性能，從而滿足工程使用的要求。但這樣制得的再生瀝青混合料舊料摻量不高且水穩(wěn)性能和低溫穩(wěn)定性較差，再生劑中還需要添加適量的添加劑。該文提出一種瀝青再生劑配制的思路：選用適宜黏度的芳烴油作基礎(chǔ)油，添加適量的新瀝青為再生劑提供瀝青組分，然后加入非胺類瀝青抗剝落劑作為功能助劑來增強再生劑與廢料的黏附性及耐老化性。

2 試驗材料與性能

2.1 原樣瀝青及老化瀝青

新瀝青對舊瀝青有一定的調(diào)和效果，同時能夠調(diào)節(jié)瀝青四組分之間的比例。原樣瀝青選用70#瀝青，經(jīng)薄膜烘箱老化試驗?zāi)M瀝青短期老化，然后采用烘箱加熱進行長期老化獲得老化瀝青。烘箱溫度設(shè)定為135 ℃，瀝青每日取出勻速攪拌2 h以保證受熱均勻，持續(xù)5 d，從而制得老化瀝青。兩種瀝青的基本性能指標(biāo)見表1。

表1 瀝青的性能指標(biāo)

2.2 再生劑組分

2.2.1 原料油

芳烴油的加入主要是為了分散溶解老化瀝青中的瀝青質(zhì)，同時也可為老化瀝青補充減少的芳香分，它與新瀝青都可起到調(diào)整瀝青各組分間比例的效果。選用與瀝青黏度較為接近的中等黏度芳烴油，其技術(shù)性能指標(biāo)見表2。

表2 芳烴油技術(shù)指標(biāo)

2.2.2 瀝青抗剝落劑

該文選用的磷羥基有機物的非胺類瀝青抗剝落劑技術(shù)指標(biāo)見表3。滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表3 非胺類瀝青抗剝落劑技術(shù)指標(biāo)

常用的瀝青抗剝落劑有胺類抗剝落劑和非胺類抗剝落劑兩種，胺類抗剝落劑受熱易揮發(fā)有毒氣體，且其與瀝青表面僅發(fā)生物理吸附，熱穩(wěn)定性較差，長期性能不良。非胺類抗剝落劑的熱穩(wěn)定性和耐久性優(yōu)良，與瀝青發(fā)生的吸附大多為化學(xué)吸附。非胺類瀝青抗剝落劑一般用于提高酸性石料的瀝青混合料水穩(wěn)定性，它作為再生劑的一種組分，主要作用有：① 老化瀝青與石料的黏附性較差，添加適當(dāng)?shù)目箘兟鋭┛梢蕴岣呃匣癁r青黏附性，增強再生瀝青混合料的水穩(wěn)定性；② 加強再生劑與舊料的黏附性，這是因為抗剝落劑的主要成分含磷羥基類有機物是兩性表面活性劑，具有優(yōu)良的增溶和乳化效果，且熱穩(wěn)定性優(yōu)于一般表面活性劑。

2.3 再生劑的制備

再生劑的配制流程如下：將稱量好的芳烴油在135 ℃下預(yù)熱10 min，勻速攪拌10 min；將預(yù)熱好的瀝青加入到芳烴油中，共同加熱到135 ℃后進行勻速剪切或機械攪拌30 min，隨后添加抗剝落劑，繼續(xù)勻速攪拌20 min后制得再生劑。

3 正交試驗與分析

3.1 正交試驗設(shè)計

參照已有的研究經(jīng)驗初步確定再生劑中各組分的比例為：芳烴油70%～80%，70#瀝青10%～20%，抗剝落劑4%～6%。取再生劑在舊瀝青中的摻量為8%，則再生劑中各組分占舊瀝青的比例分別為：芳烴油5.6%～6.4%，70#瀝青0.8%～1.6%，抗剝落劑0.32%～0.48%。各因素水平取范圍的端值和中值，如表4所示。設(shè)計的L9(34)正交試驗表見表5。

制備表5中的9種不同質(zhì)量比例的再生劑，然后分別按照8%的摻量加入到老化瀝青中，按照試驗規(guī)程進行再生瀝青的針入度、軟化點、延度及黏度試驗。

表4 試驗因素水平表

黏度試驗采用美國RVDV2T型BrooKfield旋轉(zhuǎn)黏度計測定，選用27號轉(zhuǎn)子，試驗溫度135 ℃。各組試驗結(jié)果見表5。

3.2 直觀分析(極差分析)

為評價影響因素對各指標(biāo)的影響程度，對表5中各試驗指標(biāo)進行直觀分析，結(jié)果見表6。

表5 再生劑配方正交試驗方案及結(jié)果

表6 試驗結(jié)果直觀分析(極差分析)

根據(jù)表6中的參數(shù)得到各因素對試驗指標(biāo)影響的大小順序，見表7。

根據(jù)表7每個指標(biāo)影響因素排序進行比選，可以綜合選出該再生劑最優(yōu)的組合為A2B3C2，即再生劑各組分的比例為：芳烴油∶70#瀝青∶非胺類瀝青抗剝落劑=15∶4∶1。

表7 試驗直觀分析結(jié)果

3.3 方差分析

直觀分析不能區(qū)分某因素下各水平對應(yīng)的試驗結(jié)果間的差異是由于因素不同水平所引起的還是由于試驗誤差造成。為此，采用方差分析對各因素進行顯著性分析，顯著性水平取α=0.05，方差分析結(jié)果見表8。

表8 試驗結(jié)果方差分析

由表8可以得出：在影響針入度的因素中，芳烴油和非胺類瀝青抗剝落劑對其有高度顯著的影響，而針入度以外的其他指標(biāo)，各因素的改變對這些指標(biāo)沒有顯著的影響。3種原材料中，瀝青抗剝落劑價格相對較高，芳烴油價格和瀝青相差不大，因此在兼顧各部分指標(biāo)和費用的基礎(chǔ)上，最終確定再生劑的配方為：芳烴油∶70#瀝青∶非胺類瀝青抗剝落劑=15∶4∶1。

4 再生劑性能驗證

制備的瀝青再生劑常溫下外觀為黑褐色的黏稠狀液體，表面均勻無分層現(xiàn)象，再生劑的基本指標(biāo)參數(shù)如表9所示。

表9 再生劑的基本指標(biāo)

其基本指標(biāo)滿足JTG F41-2008《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中對熱拌瀝青混合料再生劑的技術(shù)要求。

4.1 再生劑對70#瀝青的再生效果

在老化的70#瀝青中分別添加瀝青質(zhì)量8%、10%摻量的再生劑，采用瀝青的三大基本性能指標(biāo)與黏度指標(biāo)評價瀝青再生的效果，試驗結(jié)果如表10所示。

表10 70#瀝青老化后的再生效果

由表10可知：當(dāng)在老化的70#瀝青中添加10%摻量的再生劑時，再生瀝青的針入度與軟化點均恢復(fù)到原樣瀝青水平，其低溫延度雖未恢復(fù)到原水平，但仍有較大的恢復(fù)程度，總體效果良好。

4.2 再生劑對SBS改性瀝青的再生結(jié)果

將SBS改性瀝青按旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱短期老化后加烘箱長期老化5 d的方式制備老化的改性瀝青，然后按8%的摻量添加再生劑，再生瀝青的性能試驗結(jié)果如表11所示。

表11 SBS改性瀝青老化后再生效果

由表11可知：該再生劑對老化SBS改性瀝青的針入度影響極為顯著，對軟化點、低溫延度和旋轉(zhuǎn)黏度均有一定程度上的恢復(fù)效果。

5 結(jié)論

(1) 提出了一種瀝青再生劑配方組分，確定了瀝青再生劑的最優(yōu)配方，即芳烴油∶70#瀝青∶非胺類瀝青抗剝落劑=15∶4∶1。

(2) 再生瀝青的性能試驗結(jié)果表明，再生劑對老化的70#瀝青及SBS改性瀝青均有較好的再生效果。