沥青路面再生技术与再生剂用量探讨分析

2015-02-21张露

黑龙江交通科技 2015年11期

关键词：针入度油料老化

张露

(贵州省台江公路管理段)

沥青路面再生技术与再生剂用量探讨分析

张露

(贵州省台江公路管理段)

当研究了沥青路面的再生机理，研究了再生剂的优点及其相关作用；研究了路面再生的技术要求，给出技术要求建议性指标；给出了再生剂用量的公式确定法和相关关系确定法。

沥青路面；再生机理；再生技术；再生剂用量

1 沥青路面再生机理的研究

组分迁移理论目前普遍用于沥青老化过程中。为获得满足路用性能要求的调配，需要添加合理稠度的沥青或者在旧有沥青中注入粘度较低的油料。这在一定程度上可以算是一种调和沥青技术，但该技术却不能根据其化学组分的调配来得以实现，这是因为添加油分虽然在从生产技术角度看是能够做到的，但是当前国内外学者针对不同情况下的沥青难以确定其最佳的配合比组分。这是由于沥青本身组分和化学结构复杂，就算拥有相同的化学组成成分，然而油基属性以及生成技术不同，沥青质的属性也会有很大差别。

从相容性角度去看，沥青质、软沥青质在再生过程中的溶度参数值在不断发生减少故可以采用添加再生剂使得沥青路面获得再生。为了提高软沥青中沥青质的溶解度，需要去添加再生剂从而降低相对沥青质含量。此外再生剂的添加还可令软沥青质的溶解力获得提升，从而降低了软沥青质、沥青质的溶解度值，相应的沥青相容性获得改善。

通过沥青组分的调节虽然是沥青路面再生技术中最为有效的一条方法，但却无法以其作为控制条件或是一项标准去选择再生剂及其用量。同时考虑到试验中计量的操作需求，这使得国内外学者需要寻找更加合适的控制标准从沥青路面中的油分再生的本质角度出发。沥青的变化经历老化、再生、再度老化的往复循环如图1，如果将这种流变行为反转逆向，直到恢复到一个合适的程度，便可以认为旧沥青获得了再生。所以需要将旧沥青的粘度控制在某一范围下或者直接提高其流变指数。

图1 流变随时间变化示意图

在实际中，组分迁移的理论大多用在老化沥青再生上，为了促进分子之间的相互运动常常采取补充沥青油料的作法，目前学者通过大量试验研究，已经考虑了各种油料的选择，其中以芳香族油料试验结果最为显著，其可以有效弥补老化带给沥青在油相层面的损失，可与旧沥青拌合形成合适的筑路沥青。究其原因从化学角度上讲，润滑作用显著的化学成分往往其分子量较小，小分子量可以打断分子链中的连接，这对网状结构尤为显著，分子的这种作用体现在宏观上即为油料的溶解能力与渗透能力，而芳香族分子恰好具备这些优点。芳香族油料的添加促进了分子间的相互运动，使得沥青放生溶胀，旧沥青的刚度发生下降，整个内部体系较柔。

2 再生剂优点与作用

使用再生剂的优点主要在于再生剂本身可以做为混合结合料，可以使得混合料的粘度在施工前后处于一个合适的范围下，与此同时混合料的化学性质获得恢复能够为路面使用提供耐久性的保障。

沥青路面的再生问题可以说是一个周而复始的老化问题。一般来说在路面旧沥青的针入度低于1/40 mm时，或者旧沥青的粘度高于106Pa·S时，再生剂的选择就应该考虑使用低粘度油料。为了使得旧沥青中的硬质成份获得软化需要调节旧混合料的粘度，通过确定合适的粘度令沥青与集料的混合充分以便于在机械设备热拌工作下能够充分分散。此外再生剂可添加到旧沥青混合料中与其进行混合导致沥青胶体的结构发生相应的改变，使新形成的沥青质再度发生溶解，沥青流变性可获得实质性的改善。

3 技术要求

再生剂需要通过相关设备在施工进行前或者施工进行中添加到旧沥青中进行混合料的充分拌合。为了防止再生剂在热拌过程中的挥发，再生剂不能过于稀少以保护再生作用需求，同时再生剂又不能粘稠过大，过粘的再生剂的渗透性较弱，无法产生理想的亲和作用，再生剂粘度范围宜控制在0.01～20 Pa·S左右。在此范围内进行选择的时候也应该考虑旧混合料的硬化带来的影响。

再生剂的流变性也是需要进行控制的。换言之再生剂应选取较高的流变指数。考虑到低粘度油料是以某一组分为其主要成分，可视作一种单组分材料，而沥青质的含量在其中微乎其微，因此多呈现出液体性质且其流变指数在大多数情况下高于0.9。

对于再生剂溶解与分散的要求取决于旧沥青中沥青质的含量，含量越高往往要求就越高。同时考虑到施工过程中存在热拌操作，所以需要对再生剂的耐热性作出要求。芳香分的溶解能力优于饱和分，其在再生剂中的比重应当作为一个重要参考技术标准。

综上所述可知，沥青路面的再生技术可以选择以粘度范围、流变指数、芳香比重作为技术要求的标准。而国内在当前大环境下还没制定再生剂的统一技术要求标准，结合国内外文献研究可获得的再生剂质量技术指标的建议值。其中25 ℃下的粘度为0.01～20 Pa·S，芳香分所占比重需≥30%，流变指数≥0.9，薄膜试验粘度比<3。

4 再生剂用量

4.1 公式确定法

在假设再生沥青的针入度的基础上(通常取30)，将再生剂的添加量作为变化参数去改变，在每一个变化参数下使得再生剂达到设计值，获得该设计值下的针入度值。然而有学者提出可以根据旧沥青、再生剂的粘度以及混合料的设计粘度来确定用量，如此一来便可以省去不断改变添加量带来的试验工作量。学者提出的再生剂用量公式为

logηR=Xalogηb+(1-X)alogη0

其中，为再生剂参量，a为粘度偏离指数，ηR为设计粘度，ηb为再生剂粘度，η0为旧沥青粘度。

4.2 相关关系法确定

根据相关文献对旧沥青的针入度数值假设为30，通过改变再生剂的添加量，以及对不同情况下再生沥青的针入度数据研究可以发现一些规律性问题。如图2所示，当再生剂的粘度在0.01～0.1 Pa·s时，不同再生剂的添加量其再生沥青粘度与旧沥青粘度呈现明显的线性关系，当再生剂添加量不断增加时，再生沥青粘度与旧沥青粘度的斜率值也在不断地减少。而再生沥青粘度与旧沥青粘度本身又与其各自对应的针入度有一一对应关系。

图2 再生沥青粘度与旧沥青粘度的关系

在不同再生剂粘度范围下图2的特征依旧成立，在此不一一作出说明。对这些数据进行回归分析可以发现再生剂的添加量值与再生沥青针入度值具有显著相关性，他们之间的关系可用下式表示

Y=A×eBX

式中：A、B为回归系数，X为再生剂添加量，Y为针入度。

根据再生剂粘度的不同范围，数据回归结果如表1。

表1 回归关系式及相关系数

可见回归系数B的减小使得再生剂粘度得到增加，而回归系数A则近似等于假设旧沥青的针入度值。同时从公式中可看出关系式中拥有添加量和针入度两个参数，两个参数值可以从相关试验中获得。将试验得到的针入度数值以及再生剂添加量的数值反代回式中就能够算出相应的未知参数。最后将设计值结果代入式中计算，就可求得对应的添加量需求。