旧沥青再生及雾封层预防护技术应用研究

袁　伟

(山西省交通科学研究院　太原　030006)

旧沥青再生及雾封层预防护技术应用研究

袁伟

(山西省交通科学研究院太原030006)

摘要为了研究不同再生剂的再生效果，采用沥再生与TL2000两种再生剂进行对比分析；通过绘制“再生剂掺量-粘度”曲线，确定沥再生与TL2000掺量分别为10%和4%,此掺量再生剂能将沥青的针入度增大到6.34 mm，软化点降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。耐久性研究表明，再生沥青粘度随时间呈对数形态增大；实体工程表明，雾封层虽会降低路表构造与抗滑性能，但仍能满足规范要求,且能够填充路面微裂缝，防止路面水下渗，避免发生水损害。

关键词沥青路面预防性养护雾封层

随着我国公路建设的迅速发展，公路技术等级和路面等级也不断提高，截止到2013年底，我国高速公路通车里程已成为世界第一，而其中绝大部分是沥青混凝土路面[1]。沥青路面在交通荷载与气候环境的综合作用下，随着路面服务年限的增加，其使用性能会逐步衰减，因此，在合适的时间，必需对沥青路面采取及时的养护措施以恢复到一定的使用水准[2]。

雾封层是一种成本较低的有效的道路预防性养护技术。它是直接在道路表面喷洒雾封层材料，为道路迅速地提供一个黑色的表面；它可以封闭道路表面的孔隙以及微裂缝，防止水分和空气进入路面结构中而引起路面结构的破坏，对3 mm以下的裂缝有自动愈合的作用；此外，雾封层还能稳住道路表面松散的骨料以防止其进一步松散，可以保护或修复路面因老化所损失的粘结料，减少路面的老化和风化作用[3]。

本文通过理论分析阐述沥青老化及再生机理，采用室内对比，分析不同再生剂的再生效果，并结合试验段对雾封层预防性养护技术进行评价分析。

1沥青老化及再生方法

1.1　沥青老化机理

沥青是一种粘弹性材料，随着环境温度、时间的变化及车辆荷载的作用，沥青材料具有材质变硬、疲劳老化的特性，且这种现象随时都在发生。沥青混凝土在拌和楼进行高温拌和时，沥青在高温条件下会迅速老化；当沥青混凝土铺筑完成开放交通使用后，在环境及车辆荷载作用下沥青材料的老化仍然在进行中。沥青材料的老化作用主要包括：氧化作用、挥发作用、聚合作用、自然硬化以及渗流硬化。

沥青老化实质上是化学组成与物理形式的变化。老化反应即为沥青材料在氧化作用下，芳香成分减少，沥青质与胶质含量增多，稠度增加的一个不可逆的过程。采用老化指数AI表征沥青老化程度，即为老化后沥青的粘度与未用过的沥青粘度的比值，见式(1)[4]。实际沥青路面施工及运营过程中沥青老化指数的变化规律见图1。

(1)

式中：ηa为老化后沥青的粘度；ηο为未用过的沥青的粘度。

图1　沥青老化指数变化规律

由图1可见，在沥青与集料加热拌和过程中，沥青的老化最为严重；施工过程中沥青老化速度也比较快，但相对于拌和中的老化显得较为轻微；在路面的使用过程中，受环境和荷载的作用，沥青仍然在不断老化，但老化的速度比较平缓。

1.2　沥青再生方法

旧沥青的再生是沥青老化的逆过程，即在旧沥青中，加入某种组分的低粘度油料(即再生剂)，或者加入适当稠度的沥青材料，经过调配，使得调配后的再生沥青具有适当的粘度和所需要的路用性质，以满足路用要求。通过对沥青老化过程以及流变行为的分析，可以通过一定的措施使得旧沥青反向恢复到一定的流变状态，从而获得合适的性能。

可以采用如下2种方法对旧沥青进行再生。

(1) 将旧沥青的粘度调节到所需要的粘度范围之内。

(2) 将旧沥青的复合流动度予以提高，使旧沥青重新获得良好的流变性质。

2再生剂掺量的确定

通过室内试验模拟沥青老化过程，从而确定实际再生剂掺量，为再生沥青的性能研究及实体工程应用打下基础。

2.1　原材料

(1) 沥青。由于目前高速公路沥青路面大多采用改性沥青，以改善沥青路面使用性能，延长使用寿命。因此本次试验采用的沥青为SBS改性沥青，并在163 ℃条件下，对其进行10 h薄膜烘箱老化，模拟沥青老化性能。并根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)[5]中的试验方法测试SBS改性沥青老化前后的基本性能，测试结果见表1。

表1　SBS改性沥青老化前后基本性能指标

通过表1可知，在163 ℃条件下，经过10 h薄膜烘箱老化，SBS改性沥青的各项指标均发生变化：软化点、针入度升高，5 ℃延度降低，135 ℃的粘度升高。说明沥青发生了硬化及脆化，尤其是低温性能显著降低。

(2) 再生剂。本试验研究拟采用TL2000路面强化剂及沥再生2种再生剂进行对比分析，研究不同再生剂的再生效果；其中沥再生是由经特别提炼的石油蒸馏液、改质沥青、再生剂三者合成的一种沥青路面再生密封剂。TL2000为一种黑色溶液型再生剂，密度一般在1.53～1.67 g/cm3，25 ℃运动粘度为200～400 mm2/s。沥再生的技术指标检测结果见表2。

表2　沥青再生技术指标检测结果

2.2　再生剂掺量的确定

由于沥青的常规性能指标(针入度、软化点以及延度等)与沥青的流变指标(如粘度等)有密切的关系，因此应用流变参数来分析沥青再生的机理容易被人们所理解。现在欧美国家也都应用粘度指标来控制再生沥青的性能。SHRP新的试验方法提供了流变测量计算沥青胶结料性质的方法。Brookfield旋转粘度计通过计算剪切速率和剪应力能又快又方便地测量沥青高温粘度。

本文针对2种不同的沥青再生剂，选择不同的掺量加入老化沥青中，并在165 ℃温度条件下搅拌0.5 h，然后静置24 h，测定135 ℃的布氏粘度，粘度测试结果见表3，并绘制“再生剂掺量-粘度”曲线见图2。

表3　再生沥青粘度测试结果

图2　再生剂掺量-粘度关系曲线

由图2可见，不同掺量再生剂的再生效果是不一样的。其中TL2000路面强化剂的再生效果要优于沥再生。对上述曲线进行线性拟合，见式(2)与式(3)。

y=2 447.9x3-403.12x2+5.208 3x+2.97

(2)

y=-1 354.2x3+367.86x2-41.637x+2.967 3

(3)

式中：x为再生剂掺量，%；y为粘度，Pa·s。

根据上述结果确定出TL2000的掺量为4%，为达到4%TL2000掺量的再生效果，最终根据式(3)计算得出沥再生的掺量为10%。采用上述再生剂掺量，拌制沥青，测试再生沥青的粘度，测试结果见表4。

表4　再生剂掺量

根据确定的再生剂掺量进行粘度测试，其结果相差小于0.1 Pa·s，说明这2种再生沥青已达到相近的流变状态，从而进行横向的对比试验。

3再生沥青性能分析

3.1　基本性能

分别将10%的沥再生与4%的TL2000路面强化剂掺入到老化SBS改性沥青中，按照《公路沥青及沥青混合料试验规范》(JTG E20-2011)，测定2种再生沥青的针入度(25 ℃)、软化点、延度(5 ℃)，并与SBS改性沥青及未添加再生剂的老化沥青进行对比，测试结果见表5。

表5　再生沥青基本性能测试结果

通过表5可知，不同的再生剂以不同的掺量掺入到老化SBS改性沥青中，在确保流变性质相同的条件下，都能够起到降低老化沥青的软化点，提高针入度(25 ℃)、延度(5 ℃)的作用；通过再生剂与老化沥青的短时反应，可以将沥青的针入度增大到6.34 mm，软化点降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。与未老化的SBS改性沥青对比可知，10%沥再生的再生效果较好。

3.2　耐久性能

本文在此利用沥青粘度为参考指标来评价2种再生沥青的耐久性，并通过“时间-粘度”曲线来分析2种沥青材料的性能随时间的变化规律。把沥再生与TL2000分别以各自确定的掺量加入老化沥青中，分别以掺后0.2,1,2,4,8,16,30 d为时间点测定2种不同再生沥青的粘度，试验结果见表6，并绘制“时间-粘度”曲线见图3。

表6　再生沥青随时间变化的粘度

图3　“时间-粘度”曲线

由图3可见，在初始粘度大致相等的情况下，随着时间的推移，2种再生沥青的粘度变化的趋势相同。整体看来，2种再生沥青的粘度曲线呈对数形态，粘度随时间的增加而增大，并且趋势逐渐变缓。其中掺入沥再生的沥青具有较好的耐久性能。

4实体工程应用

根据路面调研结果及养护公司的安排，在某高速公路上选择2个路表磨耗比较严重，但路面状况良好的试验段，施工结束后进行半年的跟踪观测。

4.1　雾封层施工工艺

(1) 施工前清理路表灰尘及裂缝中的杂物，保证路表干燥，且施工温度不得低于10 ℃。

(2) 对路表破损严重的部位进行局部维修，裂缝进行灌缝处理。

(3) 常温下将沥再生或TL2000路面强化剂泵入洒铺车中，然后均匀喷洒雾封层材料；其中TL2000喷洒量控制在1.4±0.1 kg/m2，沥再生控制在0.9±0.1 kg/m2。

(4) 养生至雾封层材料完全干固后方可开放交通。

施工过程中必须严禁烟火，同时施工人员应穿好安全服、戴好口罩等。雾封层施工结束后必须保证路表状况良好，避免因施工不慎或紧急刹车造成的花白。

4.2　跟踪观测

跟踪观测内容主要包括渗水系数、抗滑摆值及构造深度。与施工前的路表性能进行对比，评价雾封层的使用效果，测试结果见表7。

表7　雾封层试验段路表性能跟踪观测结果

由表7可见，雾封层施工过后路表抗滑摆值有所降低，但仍能够满足规范要求。这主要是因为沥再生与TL2000喷涂到路表都会导致路表构造深度较低，因此施工过程中必须严格控制雾封层材料的喷涂量，避免出现喷涂过厚现象。但随着使用年限的增长，路表的抗滑性能逐渐恢复，其中沥再生效果优于TL2000路面强化剂。雾封层施工后路表均不渗水，说明雾封层能够起到填充路面微裂缝的作用，防止路面水下渗，避免发生水毁病害。

5结语

沥青老化实质是芳香成份减少，沥青质与胶质含量增多，稠度增加的一个不可逆的过程；而老化沥青再生则是老化的逆过程。引起沥青老化主要包括氧化作用、挥发作用、聚合作用、自然硬化以及渗流硬化。本文通过绘制“再生剂掺量-粘度”曲线，利用曲线拟合最终确定沥再生与TL2000掺量分别为10%和4%；通过再生剂与老化沥青的短时反应，可以将沥青的针入度增大到6.34 mm，软化点降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm；耐久性研究表明再生沥青粘度随时间呈对数形态增大；实体工程表明雾封层虽会降低路表构造与抗滑性能，但仍能满足规范要求；同时，能够填充路面微裂缝，防止路面水下渗，避免发生水毁病害。

参考文献

[1]王娜,胡佳波.沥青混凝土路面预防性养护综述[J].山东交通科技,2011(5):75-79.

[2]樊英华,孔繁盛.确定沥青路面预防性养护时机的方法[J].山西交通科技,2007(4):4-6.

[3]张勇强.沥再生雾封层技术的研究及应用[J].交通科技,2014(4):130-132.

[4]耿九光.沥青老化机理及再生技术研究[D].西安：长安大学,2009.

[5]JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

Application Research on Recycling of Aged

Asphalt and Fog Seal Layer Preventive Maintenance

YuanWei

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：To study the regeneration effect of different regenerative agent, the two regeneration agents of RejuvalSealTM and TL2000 were used to conduct the comparison and analysis in the paper. The contents of 10% RejuvalSealTM and 4% TL2000 were determined by drawing the "regeneration agent content-viscosity" curve. This asphalt recycling agent was capable to increase the penetration to 6.34 mm, and reduce softening point to 71.3 ℃, and increase ductility (5 ℃) to 42 cm. The studies on durability show that as the time increases, the viscosity of recycled asphalt increases with logarithmic form. The entity project with fog seal layer shows that although the road surface structure and skid resistance were reduced, it still meets the regulatory requirements; and the fog seal layer is capable to fill the micro-cracks in the pavement and prevent the surface water infiltrating, avoid water damage diseases.

Key words:asphalt pavement; preventive maintenance; fog seal layer

收稿日期：2015-09-25

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.034