环保再生剂掺量对再生沥青混合料路用性能影响研究

赵 鑫

（三门峡市公路局，河南三门峡472000）

近年来，随着我国沥青公路的大规模发展，由于路面维修和养护产生的废旧沥青混合料也逐渐增多，废料的堆积不仅给环境带来了严重污染，更造成了较大的资源浪费[1]。因此，通过再生剂恢复旧沥青性能，同时结合再生技术对废旧沥青混合料进行循环利用，对于保护生态环境以及资源的可持续发展都具有重要意义[2-4]。

目前，已有学者从不同角度研究了再生剂对再生沥青混合料性能的影响，如王志美等[5]将再生剂按不同掺量掺入2 种抽提获得的老化沥青中，测试再生剂对老化沥青基本物理性能和流变性能的影响，发现再生剂可显著改善老化沥青的施工和易性与低温抗裂性，但会降低老化沥青的高温稳定性；赵明宇等[6]发现聚合物改性再生剂在沥青中形成聚合物网络结构，可综合改善再生沥青胶浆的黏弹性能, 同时，胶浆材料组成对黏弹性能的影响显著，研究内容对未来再生沥青混凝土服役能力提升与废弃沥青混凝土高品质利用均具有重要的推动意义。程培峰等[7]针对轻质油分再生剂对冷再生沥青混合料性能的改善效果展开试验分析，研究发现再生剂对动稳定度的改善效果较为明显，当再生剂掺量为0.6%时，动稳定度达到极值, 随着再生剂掺量的继续增加，动稳定度呈下降趋势。肖庆一等[8]采用以废机油为主的再生剂实现了RAP 材料部分性能的再生，还可以使其保持较好的高温稳定性，对高旧料含量再生沥青混合料的低温抗裂性也有一定的提升。

由于传统类再生剂大多会对环境造成不同程度的污染，而以上研究基本是针对传统类再生剂，关于环保类再生剂的研究还相对较少，基于此，本文选择了一种植物类环保型再生剂，针对其不同掺量对再生沥青混合料路用性能的影响规律进行对比分析，并得出了较优掺量，其结论可为类似环保再生剂的推广和应用提供参考依据。

1 原材料

1.1 旧沥青混合料

试验所用沥青混合料取自某二级公路上面层铣刨料，经检测测得其技术指标见表1。

表1 旧料主要技术指标检测结果Table 1 Main technical indicators of used materials test results

根据表1 检测结果可知，旧沥青混合料部分性能指标不能满足技术要求，其中25℃针入度和15℃延度已远远低于技术要求，而软化点和60℃动力粘度升高幅度较大，闪点虽满足技术要求，但基本接近最低技术要求，为恢复其性能指标，需采用再生剂改善旧料的沥青性能，使其达到规范要求。

1.2 再生剂

试验研究采用RRM 再生剂，主要成分为二硫化二烯丙基，属于植物类再生剂，其制作工艺简单，材料丰富，且对环境无污染，环保性能要优于传统再生剂，按照《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）规范要求检测其性能指标，结果见表2。

表2 环保再生剂技术指标检测结果Table 2 Testing results of environmental regenerant technical indicators

2 配合比设计

2.1 旧料级配设计

经检测确定旧料原级配设计属于AC-16，通过对旧沥青混合料进行二次破碎和筛分得到旧料级配组成如图1 所示。

图1 旧料级配筛分结果Fig. 1 Grading and screening results of used materials

根据图1 可知，由于长期的车辆荷载作用，大部分粗集料被压碎，细集料含量大幅度增长，旧料级配已明显偏离最佳级配设计要求，其中4.75mm 和9.5mm 档集料超出级配要求范围，因此为保证再生沥青混合料基本性能，需掺入适量新的粗集料来调整旧料级配，使其满足级配设计要求，经重新调配后旧料最终级配设计见表3 所示。

表3 旧料级配组成Table 3 Composition of used materials gradation

2.2 沥青性能分析

采用阿布森沥青检测方法测得旧料原石油比约为4.3%，按照上述旧料级配设计分别对掺入3%、6%、9%及12% 环保再生剂的回收沥青进行再生沥青性能试验，结果见表4。

表4 不同掺量再生剂-沥青性能试验结果Table 4 Test results of asphalt performance with different dosage of regenerating-asphalt

根据表4 可知，随着再生剂掺量的增大，回收沥青的针入度、闪点及延度等性能指标逐渐得到恢复，软化点和60℃动力粘度也逐渐降低，回收的沥青性能指标基本达到技术要求，由此说明该环保再生剂可有效恢复旧沥青各项性能指标。

3 路用性能分析

为研究环保再生剂对再生沥青混合料路用性能的影响，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20-2011）规范要求，对不同再生剂掺量的再生沥青混合料试件分别进行高温性能试验、低温抗裂性能试验及水稳定性能试验，具体分析过程如下。

3.1 高温性能分析

通过对再生剂掺量分别为0%、3%、6%、9% 及12% 的再生沥青混合料试件依次进行三次车辙试验，得到不同再生剂掺量混合料的动稳定度变化曲线如图2 所示。

图2 不同再生剂掺量-动稳定度变化曲线Fig. 2 Variation curves of dynamic stability of different regenerator contents

根据图2 可知，掺入环保再生剂的再生沥青混合料三次车辙试验的动稳定度均得到要低于未掺再生剂的沥青混合料试件，说明环保再生剂可以改善再生混合料的高温稳定性能。随着环保再生剂掺量的增大，再生沥青混合料的动稳定度呈先减小后增大趋势变化，当再生剂掺量由3%增至9%时，三次车辙试验的动稳定度均不断减小，在掺量为9% 时再生沥青混合料动稳定度降到最小值，此时再生沥青混合料的高温性能相对较优，而当再生剂掺量超过9% 后，其动稳定度开始逐渐上升，且再生剂掺量为9% 的沥青混合料三次车辙试验结果差距相对最小，由此说明环保再生剂掺量为9% 时，再生沥青混合料的高温性能可以恢复到一个相对较优的程度。

3.2 低温性能分析

通过对再生剂掺量分别为0%、3%、6%、9% 及12% 的再生沥青混合料试件进行小梁弯曲试验，得到不同再生剂掺量混合料的最大弯拉应变和劲度模量变化曲线如图3 所示。

图3 最大弯拉应变及劲度模量变化曲线Fig. 3 Maximum bending strain and stiffness modulus change curves

根据图3 可知，环保再生剂的掺入可以显著增强再生沥青混合料的最大弯拉应变和抗弯拉强度，且随着再生剂掺量的增大，再生沥青混合料的最大弯拉应变值越来越大，抗变形能力越来越强，可有效提升其低温抗裂性能。再生剂的掺入会显著降低再生沥青混合料的劲度模量，掺入3%、6%、9% 和12% 再生剂的再生沥青混合料相对于未掺再生剂的沥青混合料，其劲度模量分别 降 低 了 约 3269.6MPa、3003.2MPa、2709.9MPa 及4364.5MPa，其中再生剂掺量为9%的再生沥青混合料劲度模量下降幅度相对较小，同时综合最大弯拉应变和抗弯拉强度随再生剂掺量的变化情况来看，环保再生剂可以有效提升再生沥青混合料的低温性能，且再生剂掺量为9%的改善效果更优。

3.3 水稳定性能分析

通过对再生剂掺量分别为0%、3%、6%、9% 及12% 的再生沥青混合料试件进行浸水马歇尔试验，得到不同再生剂掺量混合料的残留稳定度变化曲线如图4 所示。

图4 沥青混合料残留稳定度变化曲线Fig. 4 Residual stability curve of asphalt mixture

根据图4 可知，随着环保再生剂掺量的增大，再生沥青混合料0.5h 和24h 的浸水稳定度呈先减后增再减趋势变化，整体趋势有所下降，再生剂掺量为9% 时其稳定度相对较大，说明再生剂的掺入会一定程度降低再生沥青混合料的稳定度，但再生沥青混合料的残留稳定度会随着再生剂掺量的增加而增大，当再生剂掺量由3%增至9% 时，其残留稳定度增长趋势较大，掺量超过9%后，残留稳定度开始逐渐下降，由此可知，再生剂的掺入虽然会降低再生沥青混合料不同周期的浸水稳定度，但可以阻止其稳定度的流失，有效提升了残留稳定度，从而显著改善再生沥青混合料的水稳定性能。

4 结论

通过采用车辙试验、小梁弯曲试验和浸水马歇尔试验三种试验方法，对比分析了不同环保再生剂掺量再生沥青混合料的高温性能、低温性能以及水稳定性能，得到以下主要结论：

（1）环保再生剂的掺入会降低再生沥青混合料的动稳定度，但其性能指标基本满足技术要求，再生剂掺量为9%的高温性能较优。

（2）环保再生剂的掺入可以显著增强再生沥青混合料的最大弯拉应变和抗弯拉强度，但会显著降低再生沥青混合料的劲度模量，其中再生剂掺量为9% 的再生沥青混合料劲度模量下降幅度相对较小，低温性能改善效果更优。

（3）环保再生剂掺量由3% 增至9% 时，再生沥青混合料的残留稳定度显著增大，掺量超过9% 后，残留稳定度开始逐渐下降，掺量为9% 的再生沥青混合料的水稳定性能更好。