再生剂组分配比对沥青再生效果的影响研究

何乃庆

(广西宏冠工程咨询有限公司，广西 南宁 530021)

0 引言

截至2016年底，我国高速公路总里程已超过130 000 km。随着经济的发展，交通量和荷载不断增加，沥青路面出现了越来越多的病害，如裂缝、坑槽、车辙和松散等。因而需要对原有路面进行翻修，在此过程基本是通过对原有路面进行铣刨或开挖后加铺新沥青混合料形成新路面，因此可在原路面上得到大量旧沥青路面材料(RAP)[1，2]。将RAP废弃不仅会引起环境污染，而且会造成资源浪费，因此沥青路面再生技术引起了公路建设部门的高度重视。通过对RAP中旧沥青、旧集料的合理利用，不但可以减少对新集料和新沥青的使用需求，还可以节省建设成本，充分实现资源的可持续利用[3，4]。

在沥青再生过程中，往往需要在老化沥青中加入低黏度油分(如再生剂)，或者加入适当黏度的新沥青进行调配，使调配后的再生沥青具有合适的黏度和所需要的路用性能。目前再生剂类型较多，再生效果也有较大差异。为明确再生组分对沥青再生效果影响，本文制备不同配比的再生剂，以针入度、软化点、延度为指标研究其在老化沥青的混溶和扩散规律，优选出不同组分的最佳含量，并通过方差分析，确定试验各因素对试验结果的影响程度。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

沥青老化的整个过程是芳香分→胶质→沥青质的转化过程，故再生剂配方设计应补充老化沥青损失的芳香烃，改善老化沥青的流变性能[5-9]。根据上述要求，本文选用表1所示材料组成再生剂，其主要性能如表2所示。

表1 再生剂组成材料表

表2 选用材料产品参数表

1.2 试验方法

1.2.1 再生剂制备

将轻质油分加热到175 ℃，加入增粘组分和增塑组分后使用高速剪切机以4 000 r/min的速率剪切60 min，然后将剪切料置于160 ℃烘箱内发育1 h，使各组分间的相互作用充分进行，取出冷却后即制得试验用再生剂。

1.2.2 再生剂使用效果评价方法

1.2.2.1 再生剂混溶程度评价

将沥青置于163 ℃的烘箱中进行10 h的TFOT试验制得老化沥青(老化前后沥青主要性能指标如表3所示)，取出后控制其温度为160 ℃，加入沥青质量分数9%的再生剂人工搅拌90 s制得再生沥青，然后分别浇筑试模进行针入度(25 ℃)、软化点和延度(10 ℃)试验评价再生剂与老化沥青的混溶程度。

表3 老化沥青性能指标表

1.2.2.2 再生剂扩散程度评价

将制备好的老化沥青(40 g)加热后倒入针入度试模中，冷却后再倒入相应质量的再生剂(7 g)，轻轻摇动使沥青再生剂在老化沥青表面形成一层薄膜，以简单模拟热再生时老化沥青及其表面再生剂膜的状态。将试模放在130 ℃烘箱中存储4 h后取出，常温冷却30 min后轻轻擦掉残留于沥青表层的再生剂，然后进行针入度试验，其针入度值记为P1。同时将试样在不进行存储(存储时间为0 h)时的针入度值作为扩散发生程度的基准值，记为P0，将针入度值P1与基准值P0相减，得出绝对值△P=|P1-P0|评价再生剂扩散程度。

2 结果与讨论

为评价轻质油分、增塑组分和增粘组分配比对再生剂使用效果的影响，分别制备不同类型再生沥青按上文方法进行试验，结果如表4所示。

表4 再生工艺试验分组及结果表

2.1 轻质油分含量对再生剂使用效果影响

试验组2、24、25增塑组分基本保持12份不变，增粘组分基本保持10份不变，因此选择其研究不同轻质组分含量对再生剂使用效果的影响，结果如图1(a～d)所示。

(a)针入度随轻质油分含量变化规律

(b)软化点随轻质油分含量变化规律

(c)延度随轻质油分含量变化规律

(d)扩散程度随轻质油分含量变化规律

由图1(a～d)可知：

(1)随着轻质油分含量的增加，沥青的针入度和软化点呈先降后升的趋势，延度则呈先升后降的趋势，当轻质油分含量约为68份时，延度达到最大值。

(2)再生剂在老化沥青中的扩散程度随着轻质油分含量的增加呈先升后降的趋势，当轻质油分含量为68份左右时，扩散程度达到最大，且最大扩散程度是最小扩散程度的2.4倍。

结合各指标的变化曲线，当轻质油分含量为68份时，再生沥青的各指标可达到最佳状态。

2.2 增塑组分含量对再生剂使用效果影响

试验组2、7、24轻质组分基本保持71份不变，增粘组分基本保持10份不变，因此选择其研究不同增塑组分含量对再生剂使用效果的影响，结果如图2(a～d)所示。

(a)针入度随增塑组分组合含量变化规律

(b)软化点随增塑组分组合含量变化规律

(c)延度随增塑组分组合含量变化规律

(d)扩散程度随增塑组分组合含量变化规律

由图2(a～d)可知：

(1)再生沥青针入度和软化点随着增塑组分含量的增加先升后降，其最大值分别为77(0.1 mm)和49.3 ℃，且在每个点的针入度值都比基质沥青所测的针入度值要大，可见，增塑剂的加入可改善老化沥青的针入度值，且恢复程度较好。此外，再生沥青延度随着增塑组分含量的增加呈先减小再增加的趋势，且变化范围较大，最高点处延度几乎为最低点的2倍，同时再生沥青的最小延度要大于相应基质的延度。可见，再生沥青的低温性能良好。

(2)增塑组分含量增加时其扩散程度先降后升，最大扩散程度几乎是最小扩散程度的3倍，由此可知，增塑剂超过10份时有利于再生剂在老化沥青中的扩散。

结合各指标的变化曲线，当增塑组分含量为11份时，再生沥青的各指标值可达到最佳状态。

2.3 增粘组分含量对再生剂使用效果影响

试验组3、8、20、25轻质组分基本保持67份不变，增塑组分基本保持10份不变，因此选择其研究不同增粘组分含量对再生剂使用效果的影响，结果如图3(a～d)所示。

(a)针入度随增粘组分含量变化规律

(b)软化点随增粘组分含量变化规律

(c)延度随增粘组分含量变化规律

(d)扩散程度随增粘组分含量变化规律

由图3(a～d)可知：

(1)随着增粘组分含量的增加，再生沥青的针入度值不断下降，软化点则不断增加，增粘组分含量为12份时，软化点达到最大值，对于延度则随增粘组分含量的增加呈先升后降的趋势。同时，图3(a)中最低点的针入度值已完全大于基质沥青针入度值，可见增粘组分的加入可提高老化沥青的针入度值。从图3(b)可以看出，在增粘组分含量达到最大时，再生沥青的软化点已低于基质沥青的软化点，因此，在此点时老化沥青的软化点恢复效果最好。从图3(c)可以看出，再生沥青的延度均大于基质沥青，因此增粘组分的加入可明显改善老化沥青的低温性能。

(2)扩散程度随着增粘组分含量的增加呈先升后降的趋势，其中扩散程度最大点的值几乎是最小点的3倍。

结合各指标的变化曲线，当增粘组分含量为10份时，再生沥青的各指标值可达到最佳状态。

2.4 再生剂组分配比对沥青再生效果影响显著性分析

为分析再生剂配比对沥青再生效果影响的显著性，对表3试验结果进行方差分析，结果如表5所示。

表5 方差分析表

注：表中*表示影响显著

由表5可知：

(1)当试验指标为针入度时，因素B、C对试验结果有显著影响，且影响重要性由大到小：排序为B、C、A。同理，当试验指标为软化点时，三个指标影响均不显著，其因素影响重要性由大到小排序为B、C、A；当试验指标为10 ℃延度时，因素C对试验结果有显著影响，且影响重要性由大到小排序为C、B、A；当试验指标为扩散程度时，因素A对试验结果有显著影响，且影响重要性由大到小排序为A、B、C。

(2)综合对试验结果的方差分析可以得出，影响针入度和软化点的主要因素为增塑组分组合，影响延度的主要因素为增粘组分，影响扩散程度的主要因素为轻质油分。

3 结语

(1)随着轻质油分的增加，再生沥青针入度、软化点和扩散程度呈先降后升的趋势，延度则呈先降后升的趋势；增塑组分含量增加时上述指标变化规律与轻质油分增加时正好相反；而增粘组分含量增加时，再生沥青针入度值不断下降，软化点不断升高，延度和扩散程度则呈先升后降的趋势。

(2)再生剂配比会对再生沥青性能产生影响，轻质油分的含量取67～68份、增塑组分组合的含量取11份、增粘组分的含量取10份时，其对沥青的再生效果较好。

(3)采用方差分析法对考察因素作用进行显著性分析，结果表明影响针入度和软化点的主要因素为增塑组分组合，影响延度的主要因素为增粘组分，影响扩散程度的主要因素为轻质油分。

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