不同再生劑對(duì)老化瀝青性能的影響

劉 航，安 平，李 寧，董 昭，徐書(shū)東，柳久偉

（1. 山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2. 日照公路建設(shè)有限公司，山東 日照 276800；3.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

近年來(lái)，我國(guó)公路發(fā)展突飛猛進(jìn)，大量瀝青路面陸續(xù)進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期，公路建設(shè)重心已經(jīng)由建養(yǎng)并重向路面養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)移。瀝青路面在達(dá)到使用年限后，一般需要將其進(jìn)行銑刨，產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料［1-3］，此外，道路升級(jí)改造過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量廢料，任意堆放這些廢料不僅污染環(huán)境，也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。如何有效實(shí)現(xiàn)廢舊銑刨料的循環(huán)利用，已成為當(dāng)下重要的研究方向。瀝青路面再生技術(shù)是將一定比例的RAP 料添加到新的瀝青混合料中，在保證瀝青混合料路用性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)廢舊材料的循環(huán)利用，不僅節(jié)約了礦石、瀝青等自然資源，也帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益［4］。根據(jù)瀝青混合料施工溫度及拌合工藝不同，可將瀝青路面再生技術(shù)分為就地?zé)嵩偕?、廠拌熱再生、就地冷再生和廠拌冷再生四種類(lèi)型。其中廠拌熱再生瀝青混合料路用性能更加穩(wěn)定，可以廣泛應(yīng)用于各等級(jí)道路的結(jié)構(gòu)層中。在行車(chē)荷載和自然環(huán)境的作用下，廢舊銑刨料中的瀝青會(huì)發(fā)生不同程度的老化現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青變硬變脆，容易發(fā)生疲勞開(kāi)裂等病害［5-6］。為了一定程度上恢復(fù)銑刨料中老化瀝青的原始性能，通常需要在銑刨料中摻加一定的再生劑，以保證再生混合料的工程質(zhì)量［7］。

1 原材料及試驗(yàn)方法

銑刨料采用濟(jì)南周邊某高速公路上面層回收料，使用年限為5 a 左右，采用阿布森法從RAP 中抽提回收老化瀝青，并對(duì)回收瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度及黏度指標(biāo)分別進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抽提瀝青性能指標(biāo)

為了保證老化瀝青性能指標(biāo)的穩(wěn)定，通過(guò)室內(nèi)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)的方法，分別將原樣瀝青在旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱中老化85 min、180 min、360 min，模擬工程應(yīng)用中瀝青的老化現(xiàn)象，建立瀝青室內(nèi)老化與工程應(yīng)用的相關(guān)關(guān)系。原樣瀝青為AH-70#基質(zhì)瀝青，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 原樣瀝青性能指標(biāo)

2 室內(nèi)瀝青老化模擬

通過(guò)室內(nèi)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)?zāi)M路面實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中瀝青的老化現(xiàn)象，老化時(shí)長(zhǎng)分別為85 min、180 min、360 min，然后對(duì)不同時(shí)長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室老化瀝青分別進(jìn)行三大指標(biāo)（針入度、延度、軟化點(diǎn)）和135 ℃布氏黏度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同時(shí)長(zhǎng)老化瀝青各項(xiàng)指標(biāo)

由表3 可以看出，隨著老化時(shí)間的延長(zhǎng)，瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)隨之降低，針入度、延度和黏度發(fā)生了較大的變化，而軟化點(diǎn)性能變化不大。主要是由于瀝青老化之后芳香分等輕質(zhì)組分減少，瀝青由黏性向彈性狀態(tài)變化［3］，瀝青老化360min 后與原樣瀝青相比，針入度、延度和黏度分別變化了64.6%、86.9%、291.8%，老化后黏度急劇增長(zhǎng)。而老化85 min、180 min 和360 min 的軟化點(diǎn)提升率分別為1.2%、10.3%和17.0%，表明瀝青老化后對(duì)軟化點(diǎn)的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)較小。老化后瀝青的質(zhì)量損失率保持在1%之內(nèi)，表明瀝青發(fā)生老化作用主要是由組分變化引起的，瀝青中某些成分揮發(fā)引發(fā)的老化效果較小?？梢园l(fā)現(xiàn)RTFOT 老化360 min 的老化瀝青與回收料抽提得到的老化瀝青情況相似。

3 再生劑對(duì)老瀝青恢復(fù)性能試驗(yàn)研究

瀝青針入度越大，說(shuō)明瀝青越軟，稠度越低。軟化點(diǎn)越大，說(shuō)明瀝青的高溫性能越好，在高溫下性能越穩(wěn)定。延度越大說(shuō)明瀝青在低溫下變形能力越強(qiáng)，低溫抗裂能力越好。黏度表征瀝青施工和易性，黏度越低說(shuō)明瀝青越容易拌合，施工溫度也越低［8-10］。

將三種再生劑分別添加到實(shí)驗(yàn)室制備的老化瀝青中，再生劑摻量從2%到12%，間隔為2%，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）測(cè)試再生瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度、黏度等性能指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1 ～圖6。

圖1 A 型再生劑摻量對(duì)老化瀝青三大指標(biāo)影響

圖2 A 型再生劑對(duì)老化瀝青黏度影響

圖3 B 型再生劑摻量對(duì)老化瀝青三大指標(biāo)影響

圖4 B 型再生劑對(duì)老化瀝青黏度影響

圖6 C 型再生劑對(duì)老化瀝青黏度影響

圖5 C 型再生劑摻量對(duì)老化瀝青三大指標(biāo)影響

由圖1 ～圖6 可以看出，三種再生劑的加入均能改善老化瀝青的性能，并且隨著摻量的增加，性能改善愈發(fā)明顯。摻量從2%增加到12%的過(guò)程中，老化瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)均有不同幅度的變化。針入度隨著再生劑摻量的增加逐漸上升，表明再生劑的加入使老化瀝青得到了軟化，在再生劑的作用下瀝青變軟，并與再生劑摻量成正比。軟化點(diǎn)隨著再生劑摻量的增加而下降，這表明再生劑的加入使老化瀝青的高溫性能有所降低，再生劑對(duì)瀝青的高溫穩(wěn)定性是有副作用的，因此，從軟化點(diǎn)來(lái)看再生劑的摻量越少越好。延度隨著再生劑摻量的增加逐漸變大，表明再生劑的加入可以提高老化瀝青的低溫抗裂能力。黏度隨著再生劑摻量的增加逐漸下降，表明再生劑的加入可以降低老化瀝青的黏度，改善老化瀝青的施工和易性。

根據(jù)針入度、軟化點(diǎn)、延度和黏度的綜合試驗(yàn)結(jié)果，A 型再生劑在摻量為8%時(shí)，針入度、軟化點(diǎn)、延度已經(jīng)比較接近原樣瀝青，黏度已經(jīng)達(dá)到原樣瀝青水平之下，此后瀝青的針入度、黏度和延度隨著再生劑含量的增加變化并不明顯，黏度有所下降。綜合考慮，A 型再生劑的最佳摻量為8%。B 型再生劑摻量從0%到10%時(shí)作用效果最為明顯，此后性能基本沒(méi)有變化。因此，B 型再生劑的最佳摻量建議為10%。C 型再生劑與B 型再生劑類(lèi)型，摻量增加到10%后，瀝青性能基本沒(méi)有改善，因此，C 型再生劑的最佳摻量也建議為10%。

分別對(duì)三種再生劑在最佳摻量下的老化瀝青性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 三種再生劑在最佳摻量下對(duì)老化瀝青的恢復(fù)效果

由圖7 可以看出，A 型再生劑在最佳摻量8%時(shí)基本可以將老化瀝青性能恢復(fù)至老化前的水平，而再生劑B 和C 在最佳摻量10%時(shí)，對(duì)老化瀝青的恢復(fù)效果較A 還有些差距，表明A 型再生劑對(duì)老化瀝青恢復(fù)效果最好。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)（RTFOT）在實(shí)驗(yàn)室模擬瀝青老化現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)室內(nèi)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化360 min 瀝青性能指標(biāo)與抽提瀝青性能指標(biāo)類(lèi)型，建立了室內(nèi)老化與工程應(yīng)用瀝青老化間的相關(guān)關(guān)系。（2）選用三種不同的再生劑加入實(shí)驗(yàn)室制備的老化瀝青中，通過(guò)針入度、軟化點(diǎn)、延度和黏度試驗(yàn)確定了三種再生劑的最佳摻量分別為8%、10%、10%，對(duì)比分析三種再生劑在最佳摻量下對(duì)老化瀝青的恢復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)A 型再生劑對(duì)老化瀝青的恢復(fù)效果最佳。