新一舊瀝青相容滲透劑的最優(yōu)設(shè)計配比研究

杜俊松 孫迪 陶子程

摘要：通過大量的試驗研究，運用綜合平衡法，比較抗車轍因子G*/sin8、疲勞因子G*sinδ及軟化點之間的主次要關(guān)系，得出瀝青相容滲透劑的最優(yōu)設(shè)計配比，進而為今后工程實際中能有效的改善老化瀝青的路用性能，提高老化瀝青的使用率提供參考。

關(guān)鍵詞：相容滲透劑;最優(yōu)設(shè)計配比;瀝青;老化

中圖分類號：U416.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）18-0181一04

1引言

隨著改革開放的不斷深入和經(jīng)濟的高速發(fā)展，道路工程建設(shè)取得了質(zhì)與量的跨越式發(fā)展。我國大多數(shù)公路路面屬于瀝青路面，由于瀝青路面存在使用壽命問題，必須要對路面進行維護和維修。而公路瀝青路面的大修將會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，如果將其運用到再生瀝青混合料的工程中，則會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟和環(huán)保效益。但是，新舊瀝青的相互滲透效果不佳，再生劑無法滲透進入舊集料表面的老化瀝青薄膜，影響再生路面的路用性能，降低老化瀝青的使用率。國內(nèi)外也對此已經(jīng)進行了大量的試驗研究。

基于此，分析研究了瀝青相容滲透劑的最優(yōu)設(shè)計配比，從而為今后研究利用添加相容滲透劑提高新舊瀝青的混合程度，提高舊瀝青使用率，進而提升再生瀝青混合料的路用性能提供參考。

2相容滲透劑組分選取

相關(guān)資料顯示，如果僅用輕質(zhì)油分來再生回收的老化瀝青效果并不好。研究相關(guān)資料還表日月，在瀝青的組分遷移過程中基本不會產(chǎn)生極性化合物，而極性化合物會漸漸的轉(zhuǎn)變成非極性化合物，讓包裹瀝青質(zhì)的極性化合物越來越少，瀝青質(zhì)發(fā)生就會凝聚，這就是瀝青的老化機理。因此，按照化學(xué)反應(yīng)平衡的相關(guān)原理，制備一種本身穩(wěn)定性較好，能夠有效的穩(wěn)定油分，并且具備一定滲透性能的物質(zhì)成為開發(fā)瀝青再生劑的技術(shù)關(guān)鍵所在點。

2.1基礎(chǔ)油分：廢機油、桐油

選擇理由：根據(jù)瀝青老化后可以看出，老化瀝青中的芳香分大量的減少，膠質(zhì)和瀝青質(zhì)有所增加，飽和分基本不變。因此相容滲透劑中的基礎(chǔ)油分中應(yīng)必須含有大量的芳香分且具有低揮發(fā)性。而廢機油和桐油中芳香分相對含量較多。因此廢機油和桐油是再生劑基礎(chǔ)油分的最好選擇。

2.2增塑劑：鄰苯二甲酸二丁酯

選擇理由：從使用的性能上來看，良好品質(zhì)的相容滲透劑應(yīng)該既含有改善柔韌性的組分，又要含有調(diào)節(jié)粘性的組分。相容滲透劑在有效的提高瀝青膠結(jié)料的延伸能力的同時，又能有效的降低舊瀝青粘度。鄰苯二甲酸二丁酯作為相容滲透劑中的增塑劑，具有良好的綜合性能，增塑效率高，耐紫外光，揮發(fā)性小，是一種非常優(yōu)化的選擇。

2.3表面活性劑：乳化劑OP-10

選擇理由：表面活性劑分子由易溶于水的親水基和易溶于有機溶劑的親油基兩部分組成，親水基是易水化的極性集團，親油基則是非極性的，含有芳香烴結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)類似于石油或油脂的主要成分。

3相容滲透劑的制備

該實驗以廢機油和桐油1：1比例為相容滲透劑的基礎(chǔ)組分，以鄰苯二甲酸二丁酯和乳化劑OP-10為相容滲透劑的輔助油分配制相容滲透劑。

根據(jù)再生劑的組成以及合成條件，確定基礎(chǔ)油分與改性劑的混合比例（A）、增塑劑與表面活性劑的混合比例（B）以及三者混合的溫度（C）為主要因素，確定了各因子水平，如表1所示。

因為3種因子、3種水平組合起來的實驗方案有27種，考慮到時間較長和瀝青用量問題，因此本實驗利用表1各因子水平，選擇L9（3³）進行正交試驗，正交試驗設(shè)計是研究多因素多水平的又一種設(shè)計方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑出一部分具有代表性的點進行試驗，正交試驗設(shè)計是分析式設(shè)計的主要的方法，試驗計劃如表2所示。

按表2中各配方的比例現(xiàn)在室溫下先后將廢機油、桐油、乳化劑OP-10、鄰苯二甲酸二丁酯倒人容器中，為了確保各組分能夠均勻的混合在一起然后用DF一101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器對配置好的相容滲透劑在相應(yīng)的溫度下進行剪切分散，為了確保各組分能夠均勻的混合在一起。

4確定相容滲透劑的最優(yōu)配比

4.1再生瀝青的制備

將制備好的老化瀝青加熱至流動狀態(tài)，然后將一定量的老化瀝青倒入容器中，把容器放到電爐上加熱，當(dāng)老化瀝青完全融化時，在其中加入一定量的相容滲透劑，最后將老化瀝青與相容滲透劑的混合物在剪切機下剪切攪拌。再生瀝青的制備如圖1所示。

4.2再生瀝青針入度測定

按照規(guī)程中所規(guī)定的，采用SYD-2801D針入度試驗器進行針人度實驗，實驗溫度為25℃，荷重100g，貫入時間5s，測試3組數(shù)據(jù)，取其平均值。

本試驗采用相容滲透劑摻量4%（摻量以再生瀝青質(zhì)量為基準(zhǔn)），相容滲透劑的各配方如表2所示，試驗結(jié)果如表3所示。

4.3再生瀝青軟化點測定

瀝青由固態(tài)轉(zhuǎn)到黏流態(tài)的起點，其相應(yīng)的溫度被稱為軟化點。軟化點可以在某種程度上反映瀝青高溫敏感性，瀝青的軟化點越高，其溫度穩(wěn)定性越好，耐熱性越好;反之則越差。再生瀝青軟化點測試結(jié)果如表4所示。

4.4再生瀝青抗車轍因子G*/sin8和疲勞因子G*sinδ測定

瀝青的抗車轍因子G*/sinδ越大，表示瀝青的抗車轍能力越強;瀝青的疲勞因子G*sinδ越大，表示重復(fù)載荷作用下的能量損失越多，瀝青的疲勞性能越差，因此較小的疲勞因子G*sinδ數(shù)值代表較好的疲勞性能。因為抗車轍因子G*/sinδ表示的是高溫性能，疲勞因子G*sinδ表示的是中溫性能，因此本試驗選用70℃來測定再生瀝青的抗車轍因子G*/sinδ，54℃來測定再生瀝青的疲勞因子G*sinδ。測試結(jié)果如表5所示。

4.5正交試驗結(jié)果分析

本實驗方案測試的是針人度、軟化點、抗車轍因子G*/sinδ和疲勞因子G*sinδ。選取軟化點、抗車轍因子G*/sinδ和疲勞因子G*sinδ為試驗指標(biāo)來選取相容滲透劑的最佳配比和最佳拌和溫度。根據(jù)表2、表4、表5中的數(shù)據(jù)得出正交試驗結(jié)果分析如表6所示。

同時，得出3因子、3水平與抗車轍因子、疲勞因子及軟化點關(guān)系圖分別如圖2、圖3、圖4所示。

通過以上圖表分析，得出結(jié)果如下：

瀝青材料的抗車轍因子G*/sinδ與瀝青的抗車轍能力成正比，所以通過抗車轍因子G*/sinδ找出的優(yōu)方案為A1、B3、C1;瀝青的疲勞因子G*sinδ越大，重復(fù)載荷作用下的能量損失越多，瀝青的疲勞性能越差，因此較小的疲勞因子G*sinδ數(shù)值代表較好的疲勞性能，所以通過疲勞因子G*sinδ找出的優(yōu)方案為A3、B1、C1;瀝青的軟化點越高，高溫穩(wěn)定性越好，所以通過軟化點找出的優(yōu)方案為A3、B2、C1。

通過疲勞因子G*sinδ看B因素B1效果較好，這樣看抗車轍因子G*/sinδ中的B1在中間，如果從抗車轍因子G*/sinδ來看B因素B3效果最好，但是不難發(fā)現(xiàn)疲勞因子G*sinδ中B3是最差的，因此綜合分析來看，B因素最好的方案為B1;

A從抗車轍因子G*sinδ來看A因素A1效果最好，再從疲勞因子G*sivA因素來看A1效果處在中間，但是如果從疲勞因子G*sinA因素效果最好的A3來看，A3的抗車轍因子G*sinδ是最差的，因此綜合分析A因素，A1是較優(yōu)化方案;

從疲勞因子來看C因素不是主要因素，但是不難發(fā)現(xiàn)C1的疲勞因子也是最好的，不過C1的抗車轍因子G*/sinδ不是最好的也不是最差的，所以綜合分析C因素中C1的效果最好。

5結(jié)論及展望

運用綜合平衡法，組織好各單項平衡和局部平衡，比較抗車轍因子G*/sinδ、疲勞因子G*/sinδ、軟化點之間的主次要關(guān)系。得出相容滲透劑的最佳方案為：A1、Bl、C1，即配方1：基礎(chǔ)油分：改性劑為80：20;增塑劑：表面活性劑為l：1;在60℃溫度下混合的相容滲透劑為最佳。

本文希望可以將自制的相容滲透劑運用到再生瀝青混合料中，從而為今后同行研究利用添加相容滲透劑提高新舊瀝青的混合程度，提高舊瀝青使用率，進而提升再生瀝青混合料的路用性能提供參考和借鑒。