再生劑組分配比對瀝青再生效果的影響研究

何乃慶

(廣西宏冠工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530021)

0 引言

截至2016年底，我國高速公路總里程已超過130 000 km。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量和荷載不斷增加，瀝青路面出現(xiàn)了越來越多的病害，如裂縫、坑槽、車轍和松散等。因而需要對原有路面進(jìn)行翻修，在此過程基本是通過對原有路面進(jìn)行銑刨或開挖后加鋪新瀝青混合料形成新路面，因此可在原路面上得到大量舊瀝青路面材料(RAP)[1，2]。將RAP廢棄不僅會引起環(huán)境污染，而且會造成資源浪費(fèi)，因此瀝青路面再生技術(shù)引起了公路建設(shè)部門的高度重視。通過對RAP中舊瀝青、舊集料的合理利用，不但可以減少對新集料和新瀝青的使用需求，還可以節(jié)省建設(shè)成本，充分實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用[3，4]。

在瀝青再生過程中，往往需要在老化瀝青中加入低黏度油分(如再生劑)，或者加入適當(dāng)黏度的新瀝青進(jìn)行調(diào)配，使調(diào)配后的再生瀝青具有合適的黏度和所需要的路用性能。目前再生劑類型較多，再生效果也有較大差異。為明確再生組分對瀝青再生效果影響，本文制備不同配比的再生劑，以針入度、軟化點(diǎn)、延度為指標(biāo)研究其在老化瀝青的混溶和擴(kuò)散規(guī)律，優(yōu)選出不同組分的最佳含量，并通過方差分析，確定試驗各因素對試驗結(jié)果的影響程度。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

瀝青老化的整個過程是芳香分→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，故再生劑配方設(shè)計應(yīng)補(bǔ)充老化瀝青損失的芳香烴，改善老化瀝青的流變性能[5-9]。根據(jù)上述要求，本文選用表1所示材料組成再生劑，其主要性能如表2所示。

表1 再生劑組成材料表

表2 選用材料產(chǎn)品參數(shù)表

1.2 試驗方法

1.2.1 再生劑制備

將輕質(zhì)油分加熱到175 ℃，加入增粘組分和增塑組分后使用高速剪切機(jī)以4 000 r/min的速率剪切60 min，然后將剪切料置于160 ℃烘箱內(nèi)發(fā)育1 h，使各組分間的相互作用充分進(jìn)行，取出冷卻后即制得試驗用再生劑。

1.2.2 再生劑使用效果評價方法

1.2.2.1 再生劑混溶程度評價

將瀝青置于163 ℃的烘箱中進(jìn)行10 h的TFOT試驗制得老化瀝青(老化前后瀝青主要性能指標(biāo)如表3所示)，取出后控制其溫度為160 ℃，加入瀝青質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%的再生劑人工攪拌90 s制得再生瀝青，然后分別澆筑試模進(jìn)行針入度(25 ℃)、軟化點(diǎn)和延度(10 ℃)試驗評價再生劑與老化瀝青的混溶程度。

表3 老化瀝青性能指標(biāo)表

1.2.2.2 再生劑擴(kuò)散程度評價

將制備好的老化瀝青(40 g)加熱后倒入針入度試模中，冷卻后再倒入相應(yīng)質(zhì)量的再生劑(7 g)，輕輕搖動使瀝青再生劑在老化瀝青表面形成一層薄膜，以簡單模擬熱再生時老化瀝青及其表面再生劑膜的狀態(tài)。將試模放在130 ℃烘箱中存儲4 h后取出，常溫冷卻30 min后輕輕擦掉殘留于瀝青表層的再生劑，然后進(jìn)行針入度試驗，其針入度值記為P1。同時將試樣在不進(jìn)行存儲(存儲時間為0 h)時的針入度值作為擴(kuò)散發(fā)生程度的基準(zhǔn)值，記為P0，將針入度值P1與基準(zhǔn)值P0相減，得出絕對值△P=|P1-P0|評價再生劑擴(kuò)散程度。

2 結(jié)果與討論

為評價輕質(zhì)油分、增塑組分和增粘組分配比對再生劑使用效果的影響，分別制備不同類型再生瀝青按上文方法進(jìn)行試驗，結(jié)果如表4所示。

表4 再生工藝試驗分組及結(jié)果表

2.1 輕質(zhì)油分含量對再生劑使用效果影響

試驗組2、24、25增塑組分基本保持12份不變，增粘組分基本保持10份不變，因此選擇其研究不同輕質(zhì)組分含量對再生劑使用效果的影響，結(jié)果如圖1(a～d)所示。

(a)針入度隨輕質(zhì)油分含量變化規(guī)律

(b)軟化點(diǎn)隨輕質(zhì)油分含量變化規(guī)律

(c)延度隨輕質(zhì)油分含量變化規(guī)律

(d)擴(kuò)散程度隨輕質(zhì)油分含量變化規(guī)律

由圖1(a～d)可知：

(1)隨著輕質(zhì)油分含量的增加，瀝青的針入度和軟化點(diǎn)呈先降后升的趨勢，延度則呈先升后降的趨勢，當(dāng)輕質(zhì)油分含量約為68份時，延度達(dá)到最大值。

(2)再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散程度隨著輕質(zhì)油分含量的增加呈先升后降的趨勢，當(dāng)輕質(zhì)油分含量為68份左右時，擴(kuò)散程度達(dá)到最大，且最大擴(kuò)散程度是最小擴(kuò)散程度的2.4倍。

結(jié)合各指標(biāo)的變化曲線，當(dāng)輕質(zhì)油分含量為68份時，再生瀝青的各指標(biāo)可達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.2 增塑組分含量對再生劑使用效果影響

試驗組2、7、24輕質(zhì)組分基本保持71份不變，增粘組分基本保持10份不變，因此選擇其研究不同增塑組分含量對再生劑使用效果的影響，結(jié)果如圖2(a～d)所示。

(a)針入度隨增塑組分組合含量變化規(guī)律

(b)軟化點(diǎn)隨增塑組分組合含量變化規(guī)律

(c)延度隨增塑組分組合含量變化規(guī)律

(d)擴(kuò)散程度隨增塑組分組合含量變化規(guī)律

由圖2(a～d)可知：

(1)再生瀝青針入度和軟化點(diǎn)隨著增塑組分含量的增加先升后降，其最大值分別為77(0.1 mm)和49.3 ℃，且在每個點(diǎn)的針入度值都比基質(zhì)瀝青所測的針入度值要大，可見，增塑劑的加入可改善老化瀝青的針入度值，且恢復(fù)程度較好。此外，再生瀝青延度隨著增塑組分含量的增加呈先減小再增加的趨勢，且變化范圍較大，最高點(diǎn)處延度幾乎為最低點(diǎn)的2倍，同時再生瀝青的最小延度要大于相應(yīng)基質(zhì)的延度?？梢姡偕鸀r青的低溫性能良好。

(2)增塑組分含量增加時其擴(kuò)散程度先降后升，最大擴(kuò)散程度幾乎是最小擴(kuò)散程度的3倍，由此可知，增塑劑超過10份時有利于再生劑在老化瀝青中的擴(kuò)散。

結(jié)合各指標(biāo)的變化曲線，當(dāng)增塑組分含量為11份時，再生瀝青的各指標(biāo)值可達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.3 增粘組分含量對再生劑使用效果影響

試驗組3、8、20、25輕質(zhì)組分基本保持67份不變，增塑組分基本保持10份不變，因此選擇其研究不同增粘組分含量對再生劑使用效果的影響，結(jié)果如圖3(a～d)所示。

(a)針入度隨增粘組分含量變化規(guī)律

(b)軟化點(diǎn)隨增粘組分含量變化規(guī)律

(c)延度隨增粘組分含量變化規(guī)律

(d)擴(kuò)散程度隨增粘組分含量變化規(guī)律

由圖3(a～d)可知：

(1)隨著增粘組分含量的增加，再生瀝青的針入度值不斷下降，軟化點(diǎn)則不斷增加，增粘組分含量為12份時，軟化點(diǎn)達(dá)到最大值，對于延度則隨增粘組分含量的增加呈先升后降的趨勢。同時，圖3(a)中最低點(diǎn)的針入度值已完全大于基質(zhì)瀝青針入度值，可見增粘組分的加入可提高老化瀝青的針入度值。從圖3(b)可以看出，在增粘組分含量達(dá)到最大時，再生瀝青的軟化點(diǎn)已低于基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)，因此，在此點(diǎn)時老化瀝青的軟化點(diǎn)恢復(fù)效果最好。從圖3(c)可以看出，再生瀝青的延度均大于基質(zhì)瀝青，因此增粘組分的加入可明顯改善老化瀝青的低溫性能。

(2)擴(kuò)散程度隨著增粘組分含量的增加呈先升后降的趨勢，其中擴(kuò)散程度最大點(diǎn)的值幾乎是最小點(diǎn)的3倍。

結(jié)合各指標(biāo)的變化曲線，當(dāng)增粘組分含量為10份時，再生瀝青的各指標(biāo)值可達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.4 再生劑組分配比對瀝青再生效果影響顯著性分析

為分析再生劑配比對瀝青再生效果影響的顯著性，對表3試驗結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示。

表5 方差分析表

注：表中*表示影響顯著

由表5可知：

(1)當(dāng)試驗指標(biāo)為針入度時，因素B、C對試驗結(jié)果有顯著影響，且影響重要性由大到小：排序為B、C、A。同理，當(dāng)試驗指標(biāo)為軟化點(diǎn)時，三個指標(biāo)影響均不顯著，其因素影響重要性由大到小排序為B、C、A；當(dāng)試驗指標(biāo)為10 ℃延度時，因素C對試驗結(jié)果有顯著影響，且影響重要性由大到小排序為C、B、A；當(dāng)試驗指標(biāo)為擴(kuò)散程度時，因素A對試驗結(jié)果有顯著影響，且影響重要性由大到小排序為A、B、C。

(2)綜合對試驗結(jié)果的方差分析可以得出，影響針入度和軟化點(diǎn)的主要因素為增塑組分組合，影響延度的主要因素為增粘組分，影響擴(kuò)散程度的主要因素為輕質(zhì)油分。

3 結(jié)語

(1)隨著輕質(zhì)油分的增加，再生瀝青針入度、軟化點(diǎn)和擴(kuò)散程度呈先降后升的趨勢，延度則呈先降后升的趨勢；增塑組分含量增加時上述指標(biāo)變化規(guī)律與輕質(zhì)油分增加時正好相反；而增粘組分含量增加時，再生瀝青針入度值不斷下降，軟化點(diǎn)不斷升高，延度和擴(kuò)散程度則呈先升后降的趨勢。

(2)再生劑配比會對再生瀝青性能產(chǎn)生影響，輕質(zhì)油分的含量取67～68份、增塑組分組合的含量取11份、增粘組分的含量取10份時，其對瀝青的再生效果較好。

(3)采用方差分析法對考察因素作用進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明影響針入度和軟化點(diǎn)的主要因素為增塑組分組合，影響延度的主要因素為增粘組分，影響擴(kuò)散程度的主要因素為輕質(zhì)油分。

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