再生劑對再生瀝青及瀝青混合料性能影響

■李 松

（河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司，石家莊 050091）

隨著我國公路尤其是高等級公路建設(shè)逐漸由建設(shè)為主、建養(yǎng)為主向養(yǎng)護(hù)為主轉(zhuǎn)變，原路面材料的處治已成為目前關(guān)注的熱點問題。 相應(yīng)地，再生瀝青混凝土（RAC）的使用已成為路面工程領(lǐng)域的一個普遍趨勢。 RAC 不僅可有效節(jié)約資源、解決建筑材料短缺問題，也與我國提倡的綠色公路理念相一致[1-2]。

調(diào)節(jié)RAC 的質(zhì)量是實現(xiàn)再生瀝青路面材料使用量最大化的關(guān)鍵步驟，當(dāng)再生瀝青路面材料中含有堅硬老化的瀝青時，老化后的瀝青很難回收。 再生劑又稱回收劑，其適用于高氧化材料或含有大量再生瀝青路面材料的混合物，使用再生劑通常是回收瀝青最有效的方法。 采用合適的再生劑類型和摻量，對提高瀝青混凝土再生利用的效率具有極其重要的意義。 此外，再生劑摻量對調(diào)節(jié)老化瀝青的性能也至關(guān)重要[3-5]。 再生劑或瀝青的化學(xué)成分包括飽和芬、芳香芬、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)。 在回收的老化瀝青中引入再生劑，可以彌補(bǔ)小分子組分的減少。 由于再生劑具有比普通瀝青更高的飽和芬含量和更低的黏度，可有效改善老化瀝青的流變特性。 目前對于再生劑對瀝青及瀝青混合料性能的影響進(jìn)行了一定研究， 但相關(guān)研究對再生劑機(jī)理性分析較多，對特定項目實際運用指導(dǎo)性還有待加強(qiáng)。 本試驗以某高速實體工程為依托， 選取3 種再生劑 （RA-25、RA-75 和RA-250） 不同摻量 （0、10%、20%、30%、40%） 對老化瀝青的物理性能及混合料的力學(xué)性能進(jìn)行分析，以期為類似瀝青路面的再生應(yīng)用工程提供借鑒與參考。

1 原材料及測試方法

1.1 瀝青與集料

選取某高速公路AC-20 型再生瀝青路面材料為分析對象， 采用離心抽提法提取得到老化瀝青，再生瀝青混合料所用新瀝青技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 新瀝青（70#）技術(shù)指標(biāo)

再生瀝青混凝土由再生瀝青混合料（RAP）、再生粗細(xì)集料及新集料組成， 根據(jù)相關(guān)研究及現(xiàn)有工程運用經(jīng)驗，RAP 一般摻入比例不超過40%～50%。為研究不同再生劑對再生瀝青及瀝青混合料性能影響，本試驗統(tǒng)一選用35%RAP 摻量進(jìn)行后續(xù)分析[6-7]。再生瀝青混合料合成級配見表2。

表2 再生瀝青混合料合成級配（AC-20）

1.2 再生劑

再生劑由不同比例的芳香油、礦物油、合成樹脂及聚酰胺等制備而成。 加入再生劑可降低瀝青低溫稠度，改善瀝青流動性能，恢復(fù)老化瀝青的滲透性和稠度。 本研究采用3 種國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的再生劑，分別為：RA-25、RA-75 和RA-250，相關(guān)指標(biāo)符合《熱拌用瀝青再生劑(NB/SH/T 0819-2010)》技術(shù)要求。

1.3 測試方法

1.3.1 再生瀝青的物理性能分析

瀝青物理性能一般采用針入度、延度、軟化點及黏度等進(jìn)行表征。 試驗選用上述指標(biāo)測定不同再生劑種類、 不同摻量 （占瀝青總質(zhì)量百分比：0、10%、20%、30%、40%） 下再生瀝青物理性能變化。其中針入度試驗參數(shù)選用25℃，延度試驗參數(shù)選用5 cm/min、25℃，黏度測定60℃布氏黏度。

1.3.2 再生混合料的力學(xué)性能分析

為研究再生劑對再生瀝青混合料力學(xué)性能影響，選取穩(wěn)定度、劈裂抗拉強(qiáng)度兩項主要力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行對比研究。 由于集料級配、瀝青黏度等性能指標(biāo)均可影響混合料性能， 為避免其他因素影響，研究采用前述單一合成級配進(jìn)行分析。

為確定再生劑對混合料穩(wěn)定度的影響，首先分別按10%、20%、30%、40%的不同比例加入RA-25、RA-75 和RA-250 這3 種再生劑，對馬歇爾試樣進(jìn)行穩(wěn)定度試驗。 為分析再生劑對混合料性能影響，進(jìn)行混合料性能試驗分析前保證瀝青黏度一致。 通過前期試驗， 當(dāng)RA-25、RA-75 和RA-250 摻量分別為10%、18%和36%時瀝青黏度指標(biāo)一致， 因此選用上述摻量進(jìn)行后續(xù)混合料試驗。 其中，再生劑添加上述摻量后再生瀝青黏度為200 Pa·s。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生劑對再生瀝青物理性能的影響

2.1.1 針入度

從圖1 可知，未添加再生劑時，老化瀝青針入度為20（0.01 mm）。 加入不同摻量的再生劑提高了瀝青的針入度，說明再生劑對老化瀝青的稠度有促進(jìn)作用，表明再生劑能有效軟化老化瀝青。 分別加入3 種再生劑后，RA-25 可顯著提高針入度，這是由于RA-25 黏度較低更有助于針入度的提高。 根據(jù)70#基質(zhì)瀝青針入度要求，要求針入度應(yīng)滿足60～80（0.01 mm）。 為此， 根據(jù)試驗結(jié)果RA-25、RA-75 和RA-250 摻加量應(yīng)分別為：24%、37%及＞40%。

圖1 再生劑對再生瀝青針入度的影響

2.1.2 延度

從表3 可知，添加10%的3 種再生劑時即可顯著提高老化瀝青的延性，當(dāng)摻量達(dá)到20%時，3 種再生劑均可使老化瀝青延度大于100 cm。這說明再生劑有效地改善了再生瀝青的延性，增加了再生瀝青的內(nèi)聚性。同時也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)摻量較小（＜20%）時，RA-25 和RA-75 再生劑比RA-250 再生劑更能提高再生瀝青的延性。

表3 再生劑對再生瀝青延度的影響

2.1.3 軟化點

軟化點試驗可以確定瀝青達(dá)到流動狀態(tài)時的溫度，其為反映路面高溫變形的一個重要指標(biāo)。 從圖2 可知，回收后的瀝青初始軟化點為68℃，隨著再生劑摻量的增加呈直線下降，相關(guān)線性擬合關(guān)系如下所示：

圖2 再生劑對再生瀝青軟化點的影響

RA-25 擬合方程為y=-47x+65.4（R2=0.926）；

RA-75 擬合方程為y=-48x+64.8（R2=0.893）；

RA-250 擬合方程為y=-40x+65.9（R2=0.931）。

分析可知，再生劑摻量為10%時，RA-25、RA-75 和RA-250 這3 種再生劑分別使再生瀝青軟化點增加約4.7℃、4.8℃和4.0℃。 與RA-250 相比，添加RA-25 或RA-75 的再生瀝青軟化點變化較大，說明RA-25 和RA-75 比RA-250 能更有效地軟化再生瀝青。同時，再生瀝青摻入RA-25 和RA-75 后黏度較RA-250 低，表明RA-25 和RA-75 兩種再生劑對再生瀝青具有較高的溫度敏感性和軟化作用。

2.1.4 黏度

黏度是液體抵抗流動的能力，由于組成成分硬化，老化瀝青黏度高、流動困難。 添加再生劑后可降低老化瀝青黏度， 使其逐漸向牛頓液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化。從圖3 可知，老化瀝青初始黏度為4 280 Pa·s，再生瀝青的黏度隨著再生劑摻量的增加而降低，說明再生劑的加入有效降低了再生瀝青的黏度。 同時可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)再生劑摻量小于10%時，再生瀝青黏度呈直線下降， 添加RA-25 再生劑的再生瀝青黏度下降幅度最大、RA-250 再生劑使黏度幅度降低最小。這是由于RA-25 的黏度相對較低， 相較其他再生劑更容易軟化瀝青。

圖3 再生劑對再生瀝青黏度的影響

2.2 再生劑對瀝青混合料性能的影響

2.2.1 穩(wěn)定度

由圖4 可知，由于添加不同比例的再生劑產(chǎn)生不同的黏度，因此每種RA 的穩(wěn)定性值都有不同的降低。 在相同摻量條件下，采用RA-25 再生劑混合料的穩(wěn)定度最小，RA-250 最大， 且RA-75 與RA-250 相差不大。這是由于RA-250 具有較高的黏度，其可使瀝青與瀝青膠漿較具有較大的剛度，變形時具有較大的抗變形能力，因而具有較高的穩(wěn)定度。

圖4 再生劑對瀝青混合料穩(wěn)定度的影響

由于再生劑摻量一般通過再生瀝青指標(biāo)恢復(fù)情況進(jìn)行確定，黏度作為瀝青性能與瀝青混合料施工性能的關(guān)鍵指標(biāo)，可將其作為再生劑摻量確定的技術(shù)指標(biāo)。 再生劑不同摻量條件下，使再生瀝青具有相同黏度時，3 種瀝青混合料的穩(wěn)定度值如表4所示。

表4 相同黏度條件下混合料穩(wěn)定度

從表4 可知， 當(dāng)再生瀝青具有相同黏度相同時，3 種混合料穩(wěn)定度值大小順序為：RA-75＞RA-250-250＞RA-25，表明當(dāng)不同再生劑使老化瀝青恢復(fù)至相同黏度時，RA-75 使瀝青混合料力學(xué)性能最佳。 但上述研究結(jié)果基于再生劑不同摻量，因此進(jìn)行再生劑種類及摻量選用時，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)性及改善效果進(jìn)行遴選分析。

2.2.2 劈裂強(qiáng)度分析

劈裂強(qiáng)度試驗又稱間接抗拉強(qiáng)度試驗，其反映了瀝青混凝土對拉應(yīng)力的抵抗能力，可以表征瀝青混凝土的抗拉或“開裂”性能。 當(dāng)再生瀝青黏度統(tǒng)一調(diào)配為200 Pa·s 時，添加不同類型的再生劑后馬歇爾試樣劈裂強(qiáng)度的變化見表5。

表5 相同黏度條件下混合料劈裂強(qiáng)度

由表4 可知，在相同黏度條件下，與其他再生劑相比，RA-75 改性后瀝青混凝土劈裂強(qiáng)度最大，表明加入RA-75 可以減緩瀝青路面的開裂趨勢；同時RA-250 與其相當(dāng)，而RA-25 改性后青混凝土劈裂強(qiáng)度最小，只有兩者一半。

3 結(jié)論

通過室內(nèi)試驗分析， 評價了黏度為4 280 Pa·s的再生瀝青的物理性能， 以及摻入RA-25、RA-75和RA-250 這3 種再生劑后對再生瀝青及瀝青混合料力學(xué)性能的影響，得出以下結(jié)論。

（1）添加不同數(shù)量和類型的再生劑，會使再生瀝青的物理性質(zhì)產(chǎn)生顯著差異。3 種再生劑中，RA-25 對再生瀝青物理性能恢復(fù)能力最好。

（2）當(dāng)不同再生劑使老化瀝青恢復(fù)至相同黏度時，與RA-25 和RA-250 相比，加入RA-75 再生劑后對瀝青混合料試件的穩(wěn)定度與劈裂抗拉強(qiáng)度提高效果更顯著。

（3）在進(jìn)行再生劑種類及摻量選取時，應(yīng)綜合經(jīng)濟(jì)性及改善效果進(jìn)行遴選分析。