高滲透性瀝青再生劑的制備及其性能研究

謝澤華 韋萬峰

摘要：為了增強再生劑對老化瀝青的滲透能力，提高老化瀝青的再生效果，文章基于老化瀝青再生機理，通過正交試驗分析了滲透性再生劑的組分搭配對老化瀝青性能的影響，測試了再生劑的基本性能，研究了再生劑摻量對老化瀝青性能的影響及再生劑在老化瀝青中的滲透擴散過程。結(jié)果表明：高滲透性再生劑的基本性能符合規(guī)范要求，滲透性再生劑對老化瀝青的滲透能力比普通再生劑更強，溫度和時間對再生劑在老化瀝青中的滲透進程具有重要影響。

關(guān)鍵詞：滲透性;再生劑;瀝青;性能研究

0 引言

瀝青路面在大中修過程中會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，如何恢復包裹在集料表層的老化瀝青性能是廢舊瀝青混合料再利用的關(guān)鍵問題[1]。再生劑與老化瀝青的充分混溶在實驗室得以實現(xiàn)，但實際過程中瀝青再生劑與RAP拌和時間較短，RAP表層的老化瀝青再生程度較低[2]。具有高滲透性的再生劑可加快其在老化瀝青中的擴散速率，有利于提高老化瀝青的再生程度，并可促進新瀝青與老化瀝青的混溶，最終改善再生瀝青混合料的路用性能[3-4]。

本文將介紹高滲透性瀝青再生劑所采用的基本組分、制備方法，檢測滲透性再生劑的基本性能指標，并研究再生劑摻量對老化瀝青性能的影響、滲透性再生劑在老化瀝青中的滲透進程。

1 基質(zhì)瀝青及老化瀝青的基本性能

本文所用70#基質(zhì)瀝青和采用烘箱加熱進行長期老化所獲得的老化瀝青，其基本性能指標如表1所示。

2 高滲透性瀝青再生劑的制備

2.1 再生劑基本組分的選擇

根據(jù)老化瀝青再生基本理論——組分調(diào)節(jié)理論、橡膠增塑理論及相容性理論，將采用以下物質(zhì)制備高滲透性瀝青再生劑，以改善老化瀝青的組成成分及膠體結(jié)構(gòu)[5]，達到瀝青再生的目的。

（1）芳烴油：主要是為了溶解老化瀝青中的瀝青質(zhì)，增加瀝青中的芳香分，提高老化瀝青中輕質(zhì)油分的含量。

（2）重油：主要成分是碳氫化合物，含有多芳烴和高級鏈烴，分子量較大，不易揮發(fā)。

（3）增塑劑（DOP，鄰苯二甲酸二辛酯）：增塑劑有利于分散老化瀝青中的瀝青質(zhì)，可以達到軟化老化瀝青的效果[6]。

（4）滲透劑：滲透劑是一種表面活性劑，由易溶于水的極性親水基和易溶于有機溶劑的非極性親油基兩部分組成，可以和基礎油分相互作用，進而更有效地把基礎油分引入到老化瀝青中，降低瀝青質(zhì)之間的接觸點，有利于瀝青質(zhì)之間的移動，恢復瀝青的化學組分和結(jié)構(gòu)。

2.2 再生劑的配方及制備方法

本文中芳烴油和重油統(tǒng)稱為基礎油分，增塑劑和滲透劑統(tǒng)稱為改性劑。以瀝青的三大指標評價高滲透性瀝青再生劑對老化瀝青的再生效果。經(jīng)過前期研究，得到高滲透性瀝青再生劑的最佳配方，此配方中芳香油、重油、增塑劑、滲透劑分別占再生劑總量的17.5%、52.5%、15%、15%，組分混合溫度為100℃。在老化瀝青中摻入8%的再生劑，得到再生瀝青。再生瀝青的性能指標如表2所示。

再生劑的制備方法：將定量的基礎油分和改性劑加入容器中，將容器放入到設定溫度的烘箱中保溫30min，確保試樣的溫度，再將容器連同試樣放入已經(jīng)設置好溫度的油浴鍋中，開動剪切機，剪切速度為3000rmp，剪切15min后得到再生劑。

3 再生劑性能研究

根據(jù)上文中相關(guān)工藝及最佳配方制備高滲透性瀝青再生劑。再生劑的基本性能指標如表3所示。

制備的高滲透性再生劑滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGF41-2008）中對瀝青再生劑的相關(guān)要求。

3.1 再生劑摻量對老化瀝青性能的影響

再生劑摻量對老化瀝青組分及結(jié)構(gòu)的恢復有較大影響。試驗中再生劑的摻量分別為6%、8%、10%、12%，具體實驗結(jié)果如圖1所示。

隨著再生劑摻量的增大，瀝青的針入度逐漸增大，軟化點也有一定程度降低，這說明老化瀝青中的輕質(zhì)油分在增加，瀝青質(zhì)得到有效分散，老化瀝青逐漸發(fā)生軟化。瀝青的膠體結(jié)構(gòu)對15℃延度指標具有重要影響。隨著再生劑摻量的增大，再生瀝青的15℃延度值逐漸增大。當再生劑摻量達到12%時，15℃延度值超過100cm，再生瀝青的性能基本能達到70#基質(zhì)瀝青水平。低溫延度取決于瀝青的延展性和粘彈特性。再生劑中的油分能達到軟化瀝青的效果，增塑劑、表面活性劑可將油分快速引導進入老化瀝青的瀝青質(zhì)中，加快瀝青膠體結(jié)構(gòu)的恢復，并增加瀝青的柔韌性。

3.2 再生劑滲透性能研究

實際工程中，再生劑的滲透性能對再生瀝青混合料最終的路用性能有著重要意義[7]。文中通過25℃針入度差值對再生劑的滲透性能進行評價，研究溫度和時間對再生劑滲透進程的影響。最初，再生劑均勻分布在老化瀝青的表面，如圖2（a）所示，此時瀝青的25℃針入度值為T1。經(jīng)過一定溫度和時間的作用，再生劑逐漸滲透進入老化瀝青中，形成一個混合區(qū)域，如圖2（b）所示，老化瀝青的針入度逐漸增大，此時瀝青的25℃針入度值為T2。T2-T1即為25℃針入度差值（T），T越大，說明再生劑的滲透效果越好。

3.2.1 溫度對再生劑滲透性的影響

為了與自制再生劑的滲透性形成對比，試驗中引入了普通再生劑。溫度是影響再生劑滲透性能的一個重要因素，溫度升高有利于加快再生劑分子的運動，再生劑更容易擴散進入老化瀝青。試驗中表層再生劑的摻量為老化瀝青的8%，將再生劑均勻分布在瀝青表層，如圖2（a）所示，測得相應的25℃針入度值，然后將圖2（a）分別在100℃、120℃、140℃、160℃、180℃環(huán)境下保溫3h后，再測量瀝青的25℃針入度值，最后計算瀝青的25℃針入度差值。兩種再生劑在不同溫度作用3h下的25℃針入度差值，如圖3所示。

隨著溫度的升高，兩種再生劑在老化瀝青中的擴散深度逐漸增大，但是當溫度達到180℃時，25℃針入度值差值卻變小了。這可能是由于溫度太高使再生劑中的輕質(zhì)油分減小，且瀝青進一步老化，導致再生劑及再生劑與瀝青的混合區(qū)域粘稠度增大。在相同時間和溫度作用下，高滲透性再生劑25℃針入度差值比普通再生劑大，這說明高滲透性再生劑在老化瀝青中的擴散程度更深，對老化瀝青的滲透能力更強。高滲透性再生劑中的滲透劑可以有效溶解分散老化瀝青中的瀝青質(zhì)，且其中的極性基團可削弱瀝青質(zhì)分子之間的吸引力，促使老化瀝青中凝聚的瀝青質(zhì)重新分散在瀝青膠體體系中，減小了老化瀝青中的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對再生劑的阻礙作用，有利于再生劑的滲透。

3.2.2 時間對再生劑滲透性的影響

試驗中表層再生劑的摻量為老化瀝青的8%，將再生劑均勻分布在瀝青表層，如圖2（a）所示，測得相應的25℃針入度值，然后將圖2（a）在160℃的環(huán)境下分別保溫30min、60min、120min、180min、240min后，測量瀝青的25℃針入度值，計算得到25℃針入度差值。兩種再生劑在150℃的環(huán)境不同時間作用下的25℃針入度差值，如圖4所示。

從圖4可以看到，在相同的溫度下，隨著時間的延長，兩種再生劑作用下的瀝青25℃針入度差值越大，說明時間的延長有利于再生劑對老化瀝青的擴散滲透。在相同保溫時間作用下，高滲透性再生劑25℃針入度差值比普通再生劑更大，表明滲透劑的摻入提高了再生劑的滲透能力。30～120min時，兩種再生劑作用下的瀝青25℃針入度差值增長幅度較大;當保溫時間為40～180min時，兩種再生劑作用下的瀝青25℃針入度差值增長幅度放緩。由于表層老化瀝青處于硬脆狀態(tài)，缺少油分，含有大量輕質(zhì)油分的再生劑初期比較容易進入老化瀝青中，隨著表層老化瀝青的油分逐漸增多，再生劑與老化瀝青中的油分含量差異性逐漸減小，再生劑后期滲透至老化瀝青的速率會逐漸降低。其次，再生劑長時間處于160℃環(huán)境下，其輕質(zhì)油分會揮發(fā)，這也是造成再生劑在老化瀝青中擴散進程放緩的原因。

4 結(jié)語

（1）通過瀝青三大指標評價高滲透再生劑的性能，得到的最優(yōu)配方為：芳香油、重油、增塑劑、滲透劑分別占再生劑總量的17.5%、52.5%、15%、15%，混合溫度為100℃。

（2）高滲透性再生劑性能滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGF41-2008）中對瀝青再生劑的相關(guān)要求。

（3）當高滲透性再生劑摻量為12%時，再生瀝青的性質(zhì)與70#基質(zhì)瀝青相當。

（4）通過25℃針入度差值評價再生劑滲透能力，表明時間的延長可以增大再生劑在老化瀝青中的擴散深度;在一定范圍內(nèi)升高溫度，有利于增強再生劑分子向老化瀝青的滲透作用;同普通再生劑相比，添加了滲透劑的再生劑對老化瀝青具有更強的滲透能力。

參考文獻：

[1]韋萬峰，郭 鵬，唐伯明.再生瀝青混合料新-舊瀝青擴散混合效率研究綜述[J].材料導報，2016，31（6）：109-114.

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[3]李 進.瀝青再生劑擴散行為及其影響因素研究[D].青島：中國石油大學，2010.

[4]徐 萌.再生劑在老化瀝青中擴散的研究[D].青島：中國石油大學，2010.

[5]季 節(jié)，徐世法，羅曉輝.重復再生瀝青混合料及溫拌瀝青混合料性能評價[M].北京：人民交通出版社，2011.

[6]姚家鑫.瀝青再生劑的研制[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[7]王鳳樓，王奕鵬，張 強，等.瀝青再生劑的再生效果與擴散性能研究[J].石化技術(shù)與應用，2012（1）：13-18.