多次再生瀝青的性能衰變規(guī)律分析

馬崢

摘要：文章選取70#基質(zhì)瀝青，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M瀝青老化及再生，分析多次再生瀝青性能衰變規(guī)律。研究結(jié)果顯示：首次及第二次老化的再生劑摻配比例以6%為宜;70#基質(zhì)瀝青在多次老化及再生循環(huán)模擬后的高溫性能略有提升，流變性能及低溫性能衰減;為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例以9%為宜。該研究成果可為瀝青路面多次再生養(yǎng)護(hù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：瀝青;熱再生;流變性能;再生劑;軟化點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U416.03A120453

0 引言

瀝青公路面層材料路用性能在長(zhǎng)期使用過(guò)程中逐漸衰減，我國(guó)總體公路養(yǎng)護(hù)里程數(shù)逐年增長(zhǎng)，而公路大中修施工項(xiàng)目實(shí)施也產(chǎn)生了諸多公路路面廢棄物。

熱再生技術(shù)因其能耗低、施工快、養(yǎng)護(hù)效果好，可在推進(jìn)交通基礎(chǔ)建設(shè)的同時(shí)減輕公路養(yǎng)護(hù)污染、節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約，在公路養(yǎng)護(hù)工程中已得到廣泛應(yīng)用[1]。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)再生瀝青混合料性能已展開(kāi)一定研究：李雪連等[2]研究了再生劑對(duì)再生瀝青混合料的性能影響規(guī)律，選用十余種再生劑用于高RAP摻量再生瀝青混合料，對(duì)比膠囊封裝、RSM及直接拌和三種摻加方式的區(qū)別;姚曉光等[3]對(duì)再生SBS瀝青混合料再生方式進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)凍融劈裂、高溫車轍等試驗(yàn)手段，推薦了4種再生方式對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例，得出39%～44%的RAP摻配比例的結(jié)論;馬輝等[4]依托高速公路養(yǎng)護(hù)工程，論證了不同影響因素對(duì)廠拌熱再生養(yǎng)護(hù)方法RAP摻配比例的影響規(guī)律，認(rèn)為熱再生溫度、級(jí)配和油石比、RAP級(jí)配可調(diào)性能以及舊瀝青可恢復(fù)性是較為明顯的影響因素;曹衛(wèi)東等[5]則是著眼于廠拌熱再生受拌和工藝的影響程度角度展開(kāi)論證，主要將控制拌和時(shí)間及溫度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，推薦了150 s+165 ℃的拌和工藝參數(shù);伊慶剛等[6]為提升SBR熱再生瀝青混合料路用性能，提出摻配青川巖瀝青的優(yōu)化方案，研究結(jié)果表明該方案可明顯增強(qiáng)再生混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)定性能。

綜上所述可發(fā)現(xiàn)，有關(guān)再生瀝青混合料性能方面的研究成果主要著眼于瀝青單次老化再生，然而隨著養(yǎng)護(hù)技術(shù)提升及工程實(shí)際需求，多次再生瀝青性能衰變規(guī)律方面的研究仍存在較大空白，不利于社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步優(yōu)化。因此，本文進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M瀝青老化及再生，控制并優(yōu)選再生劑摻量，通過(guò)3次循環(huán)模擬過(guò)程，結(jié)合軟化點(diǎn)、布氏黏度、針入度及延度等指標(biāo)，揭示多次再生瀝青性能衰變規(guī)律。

1 原材料及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 基質(zhì)瀝青

本研究試驗(yàn)中涉及的瀝青種類為T(mén)ipco品牌70#優(yōu)質(zhì)基質(zhì)瀝青。在開(kāi)展老化再生試驗(yàn)前依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）對(duì)未進(jìn)行老化再生的新瀝青性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

1.2 再生劑

本研究試驗(yàn)中選用S型再生劑，依據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/5521-2019），對(duì)其指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

（1）現(xiàn)有熱再生養(yǎng)護(hù)工程通常只考慮RAP料的單次熱再生利用，研究過(guò)程中通常難以獲取服役多年路面多次回收RAP料，且無(wú)法控制其穩(wěn)定的質(zhì)量，不滿足研究需求。在調(diào)研已有工程瀝青回收技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》要求，采取就地?zé)嵩偕夹g(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的公路路面瀝青25 ℃時(shí)針入度應(yīng)>20（0.1 mm）。本研究選擇600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法在試驗(yàn)室制備模擬老化瀝青，可控制其25 ℃針入度接近30（0.1 mm）范圍，可最大限度模擬服役10年左右的公路路面回收RAP料瀝青性能。

（2）檢測(cè)模擬老化瀝青的相關(guān)路用性能指標(biāo)參數(shù)，包括軟化點(diǎn)、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標(biāo)。

（3）在模擬老化瀝青中摻加不同摻配比例的S型再生劑進(jìn)行再生改性，摻配比例按照0～ 9%進(jìn)行控制，測(cè)試摻配S型再生劑的模擬老化瀝青的相關(guān)路用性能指標(biāo)參數(shù)，其同樣包括軟化點(diǎn)、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標(biāo)。

（4）對(duì)比不同再生劑摻配比例對(duì)模擬老化瀝青路用性能指標(biāo)參數(shù)的影響規(guī)律，從而確定最佳再生劑摻配比例。

步驟（1）～（4）即為單次模擬老化及再生瀝青的完整步驟，重復(fù)一次該步驟循環(huán)即為完成一次模擬老化再生過(guò)程?？紤]到道路養(yǎng)護(hù)實(shí)際情況，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了3次循環(huán)模擬瀝青老化再生過(guò)程，并針對(duì)每次循環(huán)模擬老化再生瀝青的相關(guān)路用性能指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比分析。

2 模擬瀝青老化及再生試驗(yàn)

2.1 首次老化及再生

按照上文步驟（1）將70#基質(zhì)瀝青采用600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法進(jìn)行模擬老化。在模擬老化后的70#基質(zhì)瀝青中，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制，分別摻加0、3%、6%、9%摻配比例的S型再生劑。摻加過(guò)程中確保勻速緩慢攪拌，按照步驟（3）對(duì)首次模擬老化及再生后的基質(zhì)瀝青進(jìn)行軟化點(diǎn)、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標(biāo)的檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

由表3可以發(fā)現(xiàn)，伴隨著再生劑的摻加及摻配比例的提升，模擬再生后的70#基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)及135 ℃布氏黏度有所降低，25 ℃針入度及15 ℃延度則隨之提升，這表明再生劑的摻加能明顯提升首次模擬老化基質(zhì)瀝青的路用性能。

按照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》要求和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，再生瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)為新瀝青降低一等級(jí)標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)參數(shù)，即首次模擬老化基質(zhì)瀝青的路用性能目標(biāo)為：25 ℃針入度為50.0（0.1 mm）、15 ℃延度為30.0 cm。結(jié)合上文首次模擬老化及再生基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性原則，首次模擬老化基質(zhì)瀝青的再生劑摻量以6%為宜。

2.2 多次老化及再生

取上文6%摻配比例的再生劑模擬老化再生瀝青進(jìn)行多次老化及再生試驗(yàn)。同樣地，按照上文步驟（1）將其采用600 min、163 ℃TFOT模擬老化方法進(jìn)行模擬老化，分別摻加0、3%、6%、9%摻配比例的S型再生劑，檢測(cè)其軟化點(diǎn)、135 ℃布氏黏度、25 ℃針入度及15 ℃延度等指標(biāo)。檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

由表4可以發(fā)現(xiàn)，與首次模擬老化再生相似，伴隨著再生劑的摻加及摻配比例的提升，模擬第二次老化再生后的70#基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)及135 ℃布氏黏度有所降低，25 ℃針入度及15 ℃延度隨之提升，這表明再生劑的摻加對(duì)第二次老化瀝青仍有明顯的提升路用性能的作用。仍按照25 ℃針入度為50.0（0.1 mm）、15 ℃延度為30.0 cm的目標(biāo)路用性能進(jìn)行選擇，確定第二次模擬老化基質(zhì)瀝青的再生劑摻量以6%為宜。

同理，第三次模擬老化基質(zhì)瀝青再生后的性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

從上文可知，首次及第二次老化的再生劑摻量均以6%為宜，為了能橫向?qū)Ρ饶M老化及再生次數(shù)對(duì)瀝青性能衰變的影響規(guī)律，同樣選取6%再生劑摻配比例的第三次模擬老化及再生瀝青，與前兩次6%再生劑摻配比例的模擬老化及再生瀝青路用性能進(jìn)行對(duì)比，如圖1～4所示。

分析圖1可以發(fā)現(xiàn)：隨著模擬老化次數(shù)的提升，老化基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)線性提升，高溫性能有所改善;在加入再生劑后則有所降低，再生后瀝青的軟化點(diǎn)總體上隨多次再生次數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

分析圖2可以發(fā)現(xiàn)：隨著模擬老化次數(shù)達(dá)到第三次，老化基質(zhì)瀝青布氏黏度突然上升，在加入再生劑后則有所改善，整體上仍隨模擬老化及再生次數(shù)的增長(zhǎng)而上升。這說(shuō)明模擬老化及再生循環(huán)次數(shù)導(dǎo)致再生后的瀝青流變性能衰減。

分析圖3可以發(fā)現(xiàn)：隨著模擬老化次數(shù)的增加，老化基質(zhì)瀝青針入度線性上升;在加入再生劑后針入度進(jìn)一步增長(zhǎng)，低溫性能提升，且模擬老化及再生循環(huán)次數(shù)不會(huì)引起其針入度水平的顯著變化。

分析圖4可以發(fā)現(xiàn)：隨著模擬老化及再生次數(shù)的增加，再生劑的再生效果迅速降低。其中第三次模擬老化及再生的瀝青延度水平已無(wú)法達(dá)到再生瀝青性能指標(biāo)水平，其低溫性能衰減明顯。為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例應(yīng)提升到9%為宜。

3 結(jié)語(yǔ)

本文選取70#基質(zhì)瀝青展開(kāi)研究室內(nèi)模擬瀝青老化及再生試驗(yàn)，控制并優(yōu)選再生劑摻量，通過(guò)3次循環(huán)模擬過(guò)程，結(jié)合軟化點(diǎn)、布氏黏度、針入度及延度等指標(biāo)，分析多次再生瀝青性能衰變規(guī)律，得出以下主要結(jié)論：

（1）首次及第二次老化的再生劑摻配比例以6%為宜。

（2）70#基質(zhì)瀝青在多次老化及再生循環(huán)模擬后的高溫性能略有提升，流變性能及低溫性能衰減。

（3）為保證延度滿足要求，第三次老化的再生劑摻配比例量以9%為宜。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

馬 崢（1985—），工程師，主要從事路橋設(shè)計(jì)工作。