再生劑對老化瀝青物理性能的影響研究

曾子偲 項瀟 熊銘

（1.武漢工程大學土木工程與建筑學院，湖北 武漢 430074； 2.中交資產(chǎn)管理有限公司湖北區(qū)域管理總部，湖北 咸寧 437035）

隨著我國路網(wǎng)結構的不斷完善與發(fā)展，瀝青路面作為主流路面形式，因其良好的路用性能、低噪聲與行車舒適等優(yōu)勢，廣泛用于我國的公路建設之中[1]。由于瀝青路面主要是由有機結合料瀝青與無機巖石集料拌合后鋪裝形成，路面經(jīng)受長期變化性荷載作用后，容易產(chǎn)生裂縫、松散、坑槽與擁包等常見路面病害，致使路面性能持續(xù)降低[2]。針對廢舊瀝青混合料的處理，通常采用的辦法是將其堆放于空地。若這樣會產(chǎn)生大量的廢舊瀝青混合料，必定會不斷占地堆放。這種處理方式不僅導致了環(huán)境的嚴重破壞，更引起了資源的巨大浪費。

為此，如何有效、高效地回收利用這些廢舊瀝青混合料成了公路建設面臨的重要問題。

針對瀝青再生劑對老化瀝青材料的再生研究方面，國內(nèi)外研究人員已開展大量的應用研究。

Oldham等[3]將從豬糞中提取的生物油作為生物再生劑能，使老化瀝青粘度與蠕變勁度等流變性能得到改善，同時使老化瀝青微觀結構中的“蜂形”結構尺寸降低。

李路禮[4]采用渣油、糠醛抽出油與FCC油漿作為再生劑分別對老化瀝青進行再生，發(fā)現(xiàn)這些再生劑均可使老化瀝青的凝膠型結構向溶膠型結構轉(zhuǎn)化，其中糠醛抽出油對老化瀝青性能的提升上表現(xiàn)出最佳的再生效果。

曹芯芯等[5]選擇一種常見的植物油作為瀝青再生劑，其相對瀝青摻量為13.4%時，可使老化瀝青的疲勞性能與低溫抗裂性得到顯著改善，且再生瀝青的不可恢復蠕變?nèi)崃亢褪┕ず鸵仔曰具_到原基質(zhì)瀝青水平。

本試驗為選用芳烴油（AO）作為再生劑，進行對老化瀝青物理性能影響的研究，篩選出再生效果最佳的AO摻量配比。

1 試驗部分

1.1 試劑與材料

1.1.1 瀝青

具體如表1所示。

表1 瀝青物理性能指標

1.1.2 再生劑

芳烴油(AO)采購自阿拉丁公司，其主要技術指標見表2。

表2 芳烴油的技術指標

1.1.3 老化瀝青及再生瀝青的制備

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》制備老化瀝青：將加熱熔融的70#原瀝青倒入標準老化盤中自流平形成一定厚度的薄膜后，放入163℃烘箱中熱老化48h后得到老化瀝青，其基本物理性能見表3。分別將不同質(zhì)量分數(shù)（0%、3%、6%、9%、12%，相對老化瀝青質(zhì)量）的AO在140℃的加熱條件下以3000rpm/min的速率高速剪切15min制備得A0再生瀝青。

表3 老化瀝青基本物理性能

1.2 試驗方法

1.2.1 軟化點實驗

瀝青軟化點試驗是指在受到一定加熱速率的加熱條件下，瀝青下垂到與儀器底板接觸時的溶液溫度，軟化點指標是評價瀝青結合料高溫性能的主要指標。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標準，采用SYD-2806G型電腦智能環(huán)球軟化點儀，在5℃/min的升溫速率下測試目標瀝青的軟化點。

1.2.2 針入度試驗

針入度指標是評價瀝青結合料感溫性能和高低溫性能的重要依據(jù)，直接反映了瀝青結合料的軟硬狀況、粘稠程度。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標準，采用FY-2801A型電腦數(shù)顯針入度儀對目標瀝青在25℃下進行針入度測試。

1.2.3 延度試驗

延度試驗是指在規(guī)定溫度下瀝青材料的拉伸長度，延度指標是評價瀝青延展性的重要指標。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》標準，采用LYY-8型電腦數(shù)顯針入度儀對目標瀝青在15℃下進行延度測試。

2 結果與討論

2.1 AO對瀝青延度的影響

圖1所示為AO對老化瀝青的15℃延度的影響。從圖中可以看出，隨著AO摻量的增加，再生瀝青的延度也不斷提升。當AO摻量為9%時，延度重新高于規(guī)范要求值。表明AO提升了老化瀝青的低溫延展性，可以改善老化瀝青的低溫抗裂性。這是由于AO降低了老化瀝青中瀝青質(zhì)分子之間的相互吸引力，削弱了瀝青質(zhì)的團聚，達到了軟化瀝青的效果，因而瀝青的延展性得到改善。

圖1 AO配比對老化瀝青延度的影響

2.2 AO對老化瀝青針入度的影響

圖2所示為AO對老化瀝青針入度的影響。從圖3可以看出，隨著AO摻量的增加，老化瀝青的針入度不斷增加，當AO摻量在6%～12%時，再生瀝青的針入度滿足70#瀝青的技術指標（60dm～80dm）。試驗結果表明，AO可以改善老化瀝青的稠度，軟化老化瀝青。這是由于A0恢復了老化瀝青的部分膠體結構，使得瀝青內(nèi)部分子重新產(chǎn)生膠粘，有利于高溫性能的提升。

圖2 AO配比對老化瀝青針入度的影響

2.3 AO對老化瀝青軟化點的影響

圖3所示為AO對老化瀝青軟化點的影響。從圖中可以看出，A0降低了老化瀝青的軟化點，當AO摻量為6%時，再生瀝青的軟化點基本與原樣瀝青一致，繼續(xù)提升AO摻量對軟化點還有持續(xù)的降低作用。試驗結果表明，AO的摻入有利于降低老化瀝青的軟化點。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是，AO的加入補充老化瀝青的輕質(zhì)組分，對老化瀝青起到了軟化作用。但軟化點降低不利于老化瀝青的高溫性能，需要控制AO的摻量。

圖3 AO配比對老化瀝青軟化點的影響

3 結論

1.AO的摻入可以提升老化瀝青的延度，恢復老化瀝青的柔韌性，增強瀝青的低溫性能。當其摻量為9%時，再生瀝青的延度恢復到規(guī)范要求以上。

2.AO的摻入可以提升老化瀝青的針入度，軟化瀝青，改善老化瀝青的硬度。當其摻量大于9%時，再生瀝青的針入度高于規(guī)范要求。

3.AO的摻入降低了老化瀝青的軟化點，削弱了瀝青的高溫性能，當其摻量為6%時，再生瀝青的針入度基本與原瀝青一致。

4.綜合考慮，AO摻量在6%～9%時對老化瀝青各項物理指標的恢復性能最宜。