温拌再生沥青混凝土旧沥青再生性能研究

於亚辉，丁泽民，余晖

（扬州市公路管理处，江苏 扬州 225002）

温拌再生沥青混凝土旧沥青再生性能研究

於亚辉，丁泽民，余晖

（扬州市公路管理处，江苏 扬州 225002）

文章对温拌剂的作用机理进行分析，为减小温拌剂对沥青低温性能的影响，建议温拌剂和集料同时添加；通过温拌剂、再生剂的适宜掺量试验分析，得出温拌剂的最佳掺量为沥青用量的3%，一般RAP用量小于30%时，可以不掺加再生剂，用量大于40%时，再生剂掺量为3%时，再生沥青混合料能够满足路面使用性能和相关规范的要求。

温拌再生沥青；低温性能；最佳掺量分析

1 温拌添加剂的作用机理

1.1 能谱分析原理

当用一定能量的电子束、X射线或紫外光作用于试样，其表面原子不同能级的电子将激发成自由电子。这些电子带有试样表面的信息，也具有特征能量。收集这些电子并整理和记录它们的能量分布，就是电子能谱分析。以X射线为激发源时称为X光电子能谱（XPS）。XPS对化学分析最为有用，故又叫做化学分析用电子能谱法（ESCA），可用于鉴别试样表面的组成与结构。若以紫外光作为激发源时只能激发原子、分子的价电子，所获得的能谱称为紫外光电子能谱（UPS），可用来研究试样表面的成分、结构及其化学价态［1-5］。

1.2 温拌剂的能谱分析

为全面分析温拌剂的改性机理，本文采用X射线光电子能谱（XPS）方法对温拌剂进行电镜扫描及能谱分析。试验仪器为美国PE公司的PHI5400 ESCASYSTEM X射线光电子能谱仪。采用Mg靶，Ka=1 253.6 eV，功率250 W，电压15 kV。采用XPS分析是基于法赛温拌剂在沥青中的分布必须是均匀的这一假设，这样表面分析的结果才能代表温拌沥青的整体性质。由于本仪器不适于做液体样品，故本次分析样品为法赛温拌剂原样、SBS改性沥青+3%法赛，其扫描结果如图1、图2所示，2种样品元素组成分别如表1、表2所示。

从图1、图2和表1、表2可以看出，法赛温拌剂中含有极性较高的—C＝O键，和沥青反应后—C＝O键变化不大，其降低沥青黏度的作用机理如下：

（1）温拌剂分子中含有的部分基团—C＝O，其极性高于芳香烃的苯基，可以借助较强的形成氢键的能力和渗透、分散作用进入胶质和沥青质片状分子之间，部分拆散平面重叠堆砌而成的聚集体，形成片状分子无规堆砌、结构比较松散、有序程度较低、空间延伸度不大、有温拌剂分子参与（形成新的氢键）的聚集体，剩余的平面重叠堆砌聚集体包含的胶质、沥青质分子数目减少。沥青的胶团体系中因氢键缔合及配位络合物形成等作用使胶质、沥青质分子间的芳香片相互重叠聚集在一起，形成沥青质“粒子”。在这种粒子中，以沥青质大分子为核心，胶质小分子“吸附”于其上，形成沥青质粒子的包覆层或溶剂化层。

图1 法赛温拌剂原样显微镜扫描结果及能谱分析图

图2 SBS改性沥青+3%法赛温拌剂的显微镜扫描结果及能谱分析图

表1 法赛原样的元素组成

表2 SBS+3%法赛样品中元素组成

（2）温拌剂分子结构中的基团—C＝O与胶质、沥青质之间形成更强的氢键，从而拆散平面重叠堆砌而成的聚集体，使沥青中的大分子结构由较高层次向较低层次转化，同时释放出胶团结构中所包裹的饱和成分。这就会引起沥青胶团体系的分散度增加，结构尺寸减小，分散相体积减少，连续相体积增加，从而降低沥青的黏度。

（3）在沥青胶体体系中，沥青质分子形成的大分子结构处在胶束中心，其表面吸附有大量的分子量较大、芳香性较强的分散介质。温拌剂分子结构中含有一定长度的烷基长链，当温拌剂分子中的极性基团—C＝O与胶质或沥青质芳香片侧面的—OH、—NH2等极性基团形成氢键时，温拌剂的长链烷基舒展地露类在芳香片外侧，形成温拌剂溶剂化层，起屏蔽作用，使沥青质聚集体的外围形成一个非极性的环境，防止胶质或沥青质芳香片重新聚集。沥青中其它的芳香分物质也将在沥青中均匀分布，而不会在沥青质聚集体周围堆积，粒子的空间延展度大大减小。可见，沥青质芳香片的溶剂化层由胶质分子转化为温拌剂分子时，可以防止芳香片的重新聚集，减小聚集体的尺寸，从而起到降黏的作用。

2 温拌剂的适宜掺量分析

温拌沥青混合料的拌和及碾压温度介于热拌沥青混合料和冷拌沥青混合料之间，与热拌沥青混合料相比较，温拌沥青混合料的拌和温度及摊铺温度可显著降低，同时其性能又可得到很好的保持［6-10］。

2.1 温拌添加剂的适宜掺量

有机添加剂法赛主要是通过降低沥青在高温时黏度，降低沥青混合料摊铺和碾压温度，其适宜掺量可以用不同掺量有机添加剂的沥青胶结料的技术性质进行比较获得。法赛温拌剂的室内试验掺量为2%～6%（掺量为沥青用量的百分比，外掺法，下同），温拌剂的技术指标见表3。

表3 温拌剂技术指标

根据江苏地区多年来的使用情况，结合以后的发展，本次试验主要选取有代表性的2种沥青，70#道路石油沥青和SBS改性沥青的性能指标见表4。

掺量为2%～6%法赛的70#道路石油沥青和SBS改性沥青的性能指标见表5。

由表5可知，针入度、延度曲线在法赛温拌剂3%掺量时有明显的拐点，老化后沥青的15 ℃延度在3%掺量达到最大值，表明沥青耐久性在3%掺量的情况下达到最好；在法赛温拌剂掺量3%时的软化点比基质沥青增加46.3%，大幅度提高沥青的软化点，达到规范对改性沥青的软化点要求。综合以上因素，针对70#沥青法赛温拌剂的最佳掺量确定为3%。SBS改性沥青法赛温拌剂的最佳掺量也有相似结果。

表4 70#道路石油沥青和SBS改性沥青性能指标

表5 70#道路沥青和SBS改性沥青掺加法赛沥青胶结料试验结果

2.2 添加方式的影响

温拌添加剂施工时的添加方式总体上可分为预先投到沥青罐中和生产时投到混合料拌缸中2种方式，为比较这2种添加方式对沥青胶结料性能的影响，对温拌添加剂添加方式进行了室内模拟试验。试验方法是比较温拌添加剂添加到SBS改性沥青在170 ℃保温1 h和24 h后主要技术指标变化情况，试验结果见表6。

表6 添加温拌剂后不同贮存时间对沥青胶结料技术指标影响

从表6可以看出，添加法赛温拌剂后改性沥青针入度较原样沥青减小，软化点增加，黏度降低，延度降低。随着170 ℃下保温时间的延长，沥青延度有了显著的下降，其它指标变化则相对较小。由此可以看出，法赛温拌剂会降低沥青的低温性能，这种情况会随着沥青高温保存时间的延长而逐渐明显，经过分析，温拌剂的添加方式不能在使用前投放到改性沥青中，否则会对沥青混合料的低温性能产生不利影响。

综上，温拌剂添加方式为：添加集料的同时将固体温拌剂投入拌锅搅拌均匀，尽量采用自动称量添加设备，也可以采用人工投放方式，但用量必须控制准确，固体温拌剂掺量为沥青用量的3%（外掺法，质量比）。

3 再生剂的适宜掺量分析

把不同旧料新料比例转化为旧沥青和外加新沥青的比例，进行沥青胶结料的针入度、软化点及延度试验［11］。从旧料1（用于Sup13配合比）提取出的沥青记为沥青1，从旧料2（用于Sup20配合比）提取出的沥青记为沥青2，试验结果见表7。

表7 旧沥青胶结料试验结果试验指标

分别选用3%、5%和8%的再生剂掺量（占旧沥青用量），测定旧沥青+新沥青和旧沥青+新沥青+再生剂的三大技术指标（见表8），从而确定出再生剂最佳掺量。沥青混合料再生前后DSR和BBR试验结果见表9、表10。

表8 沥青胶结料再生前后试验结果

从表7可以看出，老化后的旧沥青1和旧沥青2的针入度均大于20，故2种老化沥青均可再利用。从表8可看出，不掺加再生剂时，旧料掺量为20%、25% 和30%时的沥青胶结料三大指标均能满足要求；旧料掺量为40%时，SBS的延度不满足要求，而再生剂掺量≥3%时，沥青胶结料三大指标均能满足要求；再生剂掺量为8%、旧料掺量为50%时的沥青胶结料三大指标均能满足要求。从表9、表10可看出，不掺加再生剂时，旧料掺量为20%、25%和30%时的车辙因子和疲劳因子均能满足要求；旧料掺量为40%时，70#沥青劲度模量不满足要求，而再生剂掺量≥3%时，DSR和BBR指标都满足要求。

根据以上数据，再生剂的掺量需要根据沥青的老化程度通过试验来确定，一般RAP用量为40%时，再生剂掺量为3%。

再生剂添加方式为：待旧料与新集料、温拌剂干拌后，在主拌缸入口处喷入再生剂，尽量采用自动称量添加设备，用量必须控制准确。

表9 沥青胶结料再生前后DSR试验结果 kPa

表10 沥青胶结料再生前后BBR试验结果（Sup20）

4 结论

（1）法赛温拌剂与基质沥青70#道路石油沥青和SBS改性沥青的配伍性和相容性较好。

（2）通过沥青软化点、延度、针入度和黏度值初步确定法赛的最佳掺量为沥青量的3%。

（3）再生剂的掺量需要根据沥青的老化程度通过试验来确定，一般RAP用量30%时，可以不掺加再生剂；用量为大于40%时，再生剂掺量为3%。

（4）温拌剂和再生剂在添加集料的同时投入拌锅搅拌均匀，尽量采用自动称量添加设备，也可以采用人工投放方式，但用量必须控制准确。

［1］王理吉，吴欢，徐蕙. Sasobit温拌再生沥青混合料水稳定性改善措施研究［J］.公路交通技术，2015（2）：53-56.

［2］吴才轩.基于化学组成对掺加Sasobit温拌橡胶沥青降粘机理的研究［J］.公路工程，2015（2）:70-73.

［3］ 李培国.组分分析法研究温拌橡胶沥青的降粘机理［J］.公路工程，2015（1）：249-252.

［4］于江，张飞，王克新，等.温拌沥青混合料技术研究分析［J］.公路工程，2015（2）：80-82.

［5］李海军.沥青路面热再生机理及应用技术研究［D］.南京：东南大学，2005：35-42.

［6］孙吉书，肖田，杨春风，靳灿章.温拌再生沥青混合料的路用性能研究［J］.重庆交通大学学报：自然科学版，2011（2）：250-253.

［7］余晖，余海涛.温拌再生沥青混合料的路用性能研究［J］.市政技术，2014（6）：141-144.

［8］JTG F41—2008公路沥青路面再生产技术规范［S］.

［9］陆健，丁泽民，余晖，等. 温拌再生沥青混合料Sup-20的力学性能、施工工艺及效益分析［J］.华东公路，2013（3）：61-63.

［10］Hurley G C，Prowell B D.Evaluation of Evotherm for Use in Warm Mix Asphalt［R］. Auburn：NCAT，2006，1-20

［11］ 黄晓明，吴少鹏，赵永利.沥青与沥青混合料［M］.南京：东南大学出版社，2002.

Research on Regeneration Performance of Old Asphalt in Warm-mix Recycled Asphalt Concrete

Yu Yahui， Ding Zemin， Yu Hui
（Yangzhou Highway Management Office， Yangzhou 225007， China）

In this paper， the mechanism of warm-mix additive is analyzed. To reduce the effects of adverse on asphalt low temperature performance， warm-mix additive should be added at the same time with aggregate. By test analysis of appropriate content， it is suggested that the best mixing content of warm-mix additive is 3% of asphalt content， and when the RAP proportion is less than 30%， regenerating additive can not be mixed， when the proportion is more than 40%， best mixing rate of regenerating additive is 3%， asphalt pavement can meet the requirements of road performance and related specifications.

warm mix recycled asphalt； low temperature performance； optimum mixing content

U414

A

1672-9889（2016）01-0008-05

於亚辉（1985-），男，安徽淮南人，工程师，主要从事公路建设管理工作。

2015-09-16）