沥青老化及再生剂掺量对混合料性能的影响研究

2020-03-21肖燕，谭俊

江西建材 2020年2期

肖燕，谭俊

湖南文理学院，湖南常德 415000

沥青路面的常见病害按照病害的主要形成原因大致分为以下几类：（1）配合比（油石比）设计不合理，如油包、拥包；（2）由于施工不当，如啃边、层间推移；（3）温缩性能差，容易受到行车荷载与内布荷载共同的破坏作用，如裂缝、车辙、龟裂；（4）受温度、水环境等外部条件的影响，唧浆、路基翻浆；（5）对于小型病害处理不及时（如路面磨损、裂缝、龟裂），如坑槽、沉降、塌陷。这些病害逐个修复的成本极高，排除施工不规范的影响后，其产生的根本原因在于混合料性能不过关，因此再生时考虑以此着手减少病害的发生。

乳化沥青混合料老化主要体现在随着使用年限的增加，其流变性能的削弱，在力的累计作用下，发生不可逆变形。因此本文从沥青老化、通过调节再生剂掺量增加疲劳次数来增强混合料疲劳性能，为乳化沥青冷再生提供参考价值。

1 沥青的老化

1.1 沥青老化的实质

从微观上看，乳化沥青分子间发生连锁反应。老化过程中内部分子发生光聚合反应和氧化反应，在这个过程中极性分子的内部相互缩合、大分子化合物转化为小分子化合物，同时低分子有机物结合相互结合形成高分子有机物。在老化过程中，生成含有羟基、亚矾基等极性基团的分子，极性分子沥青分子的缔合起到了促进作用，同时引起沥青内部的分子间作用力、分子间排布方式发生改变；从宏观上看，即在光照、水分、温度等环境因素的影响下，沥青发生化学反应，具体表现为轻质油分、芳香分等轻质组分含量降低，产生结晶蜡等物质，即胶体胶质含量降低、沥青质含量升高。混合料的劲度大大增强、变硬变脆，同时颜色改变，在性能方面表现为由于粘结力和内摩阻力、密实度减小、软化点升高，延度、针入度降低，混合料变硬变脆。最终结果表现为乳化沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳性能下降，根据沥青的老化原理可知，必须通过添加提高胶质相容性的再生剂对混合料进行再生。

1.2 三大指标的检测

对从不同年限的RAP 中分离出来的沥青的主要指标进行检测（考虑到乳化沥青冷再生混合料中沥青的老化，只对15℃时的延度进行检测），试验结果如图1 所示：

图1 三大指标与使用年限的关系

通过分析发现，随着乳化沥青混合料使用年限的增加，针入度与延度逐渐减小、软化点逐渐升高。结合《公路工程沥青及沥青合料试验规程》（GTT052—2001），发现针入度、延度、软化点分别在第7 年、第7 年、第5 年时接近最低再生合格标准。

1.3 混合料整体性能与使用年限的联系

图2 综合性能与使用年限的关系

将新的乳化沥青冷再生混合料的综合性能看做100%，结合图2 发现：在混合料投入使用的前面6 年，综合性能缓慢降低，约降低15%；在第7 年时混合料整体性能的改变速率发生突变，从第7 年到第10 年综合性能迅速下降至接近初始值的40%，此时可视作由于混合料内部结构严重破坏从而导致沥青路面不得不进行翻修。

结合沥青老化情况、混合料综合性能与使用年限的关系、冷再生的难度进行综合分析，建议在第8 年时对沥青路面进行冷再生。

2 疲劳性能

考虑到混合料的疲劳破坏次数是混合料性能最直观的阐述，取掺量如下：水泥1.5%、乳化剂0.2%、水2%，并分别取再生剂掺量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%在应变分别为100、150、200 时进行试验，用疲劳破坏次数的多少反映再生混合料的耐久性的好坏，试验结果显示分别对应变为100、150、200时不同掺量时的疲劳破坏次数进行分析发现：再生剂掺量为1.5%和2.0%时疲劳破坏次数总是高于其他掺量，且再生剂掺量从0.5%到1.0%再到1.5%，疲劳破坏次数一直处于增长状态，从2.0%变为2.5%时疲劳破坏次数下降；当应变为100 和200 时，再生剂掺量为1.5%时对应的疲劳破坏次数少于2%的次数，当应变为150 时，再生剂掺量为1.5%时对应的疲劳破坏次数多于2%的次数，即此时乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能最好，服役寿命最长。据此可知，再生剂的最佳掺量为1.5%～2.0%