再生剂对再生沥青及沥青混合料性能影响

2021-11-12■李松

福建交通科技 2021年6期

■李松

（河北瑞志交通技术咨询有限公司，石家庄 050091）

随着我国公路尤其是高等级公路建设逐渐由建设为主、建养为主向养护为主转变，原路面材料的处治已成为目前关注的热点问题。相应地，再生沥青混凝土（RAC）的使用已成为路面工程领域的一个普遍趋势。 RAC 不仅可有效节约资源、解决建筑材料短缺问题，也与我国提倡的绿色公路理念相一致[1-2]。

调节RAC 的质量是实现再生沥青路面材料使用量最大化的关键步骤，当再生沥青路面材料中含有坚硬老化的沥青时，老化后的沥青很难回收。再生剂又称回收剂，其适用于高氧化材料或含有大量再生沥青路面材料的混合物，使用再生剂通常是回收沥青最有效的方法。采用合适的再生剂类型和掺量，对提高沥青混凝土再生利用的效率具有极其重要的意义。此外，再生剂掺量对调节老化沥青的性能也至关重要[3-5]。再生剂或沥青的化学成分包括饱和芬、芳香芬、胶质及沥青质。在回收的老化沥青中引入再生剂，可以弥补小分子组分的减少。由于再生剂具有比普通沥青更高的饱和芬含量和更低的黏度，可有效改善老化沥青的流变特性。目前对于再生剂对沥青及沥青混合料性能的影响进行了一定研究，但相关研究对再生剂机理性分析较多，对特定项目实际运用指导性还有待加强。本试验以某高速实体工程为依托，选取3 种再生剂（RA-25、RA-75 和RA-250）不同掺量（0、10%、20%、30%、40%）对老化沥青的物理性能及混合料的力学性能进行分析，以期为类似沥青路面的再生应用工程提供借鉴与参考。

1 原材料及测试方法

1.1 沥青与集料

选取某高速公路AC-20 型再生沥青路面材料为分析对象，采用离心抽提法提取得到老化沥青，再生沥青混合料所用新沥青技术指标见表1。

表1 新沥青（70#）技术指标

再生沥青混凝土由再生沥青混合料（RAP）、再生粗细集料及新集料组成，根据相关研究及现有工程运用经验，RAP 一般掺入比例不超过40%～50%。为研究不同再生剂对再生沥青及沥青混合料性能影响，本试验统一选用35%RAP 掺量进行后续分析[6-7]。再生沥青混合料合成级配见表2。

表2 再生沥青混合料合成级配（AC-20）

1.2 再生剂

再生剂由不同比例的芳香油、矿物油、合成树脂及聚酰胺等制备而成。加入再生剂可降低沥青低温稠度，改善沥青流动性能，恢复老化沥青的渗透性和稠度。本研究采用3 种国内某企业生产的再生剂，分别为：RA-25、RA-75 和RA-250，相关指标符合《热拌用沥青再生剂(NB/SH/T 0819-2010)》技术要求。

1.3 测试方法

1.3.1 再生沥青的物理性能分析

沥青物理性能一般采用针入度、延度、软化点及黏度等进行表征。试验选用上述指标测定不同再生剂种类、不同掺量（占沥青总质量百分比：0、10%、20%、30%、40%）下再生沥青物理性能变化。其中针入度试验参数选用25℃，延度试验参数选用5 cm/min、25℃，黏度测定60℃布氏黏度。

1.3.2 再生混合料的力学性能分析

为研究再生剂对再生沥青混合料力学性能影响，选取稳定度、劈裂抗拉强度两项主要力学性能指标进行对比研究。由于集料级配、沥青黏度等性能指标均可影响混合料性能，为避免其他因素影响，研究采用前述单一合成级配进行分析。

为确定再生剂对混合料稳定度的影响，首先分别按10%、20%、30%、40%的不同比例加入RA-25、RA-75 和RA-250 这3 种再生剂，对马歇尔试样进行稳定度试验。为分析再生剂对混合料性能影响，进行混合料性能试验分析前保证沥青黏度一致。通过前期试验，当RA-25、RA-75 和RA-250 掺量分别为10%、18%和36%时沥青黏度指标一致，因此选用上述掺量进行后续混合料试验。其中，再生剂添加上述掺量后再生沥青黏度为200 Pa·s。

2 结果与分析

2.1 再生剂对再生沥青物理性能的影响

2.1.1 针入度

从图1 可知，未添加再生剂时，老化沥青针入度为20（0.01 mm）。加入不同掺量的再生剂提高了沥青的针入度，说明再生剂对老化沥青的稠度有促进作用，表明再生剂能有效软化老化沥青。分别加入3 种再生剂后，RA-25 可显著提高针入度，这是由于RA-25 黏度较低更有助于针入度的提高。根据70#基质沥青针入度要求，要求针入度应满足60～80（0.01 mm）。为此，根据试验结果RA-25、RA-75 和RA-250 掺加量应分别为：24%、37%及＞40%。

图1 再生剂对再生沥青针入度的影响

2.1.2 延度

从表3 可知，添加10%的3 种再生剂时即可显著提高老化沥青的延性，当掺量达到20%时，3 种再生剂均可使老化沥青延度大于100 cm。这说明再生剂有效地改善了再生沥青的延性，增加了再生沥青的内聚性。同时也发现，当掺量较小（＜20%）时，RA-25 和RA-75 再生剂比RA-250 再生剂更能提高再生沥青的延性。

表3 再生剂对再生沥青延度的影响

2.1.3 软化点

软化点试验可以确定沥青达到流动状态时的温度，其为反映路面高温变形的一个重要指标。从图2 可知，回收后的沥青初始软化点为68℃，随着再生剂掺量的增加呈直线下降，相关线性拟合关系如下所示：

图2 再生剂对再生沥青软化点的影响

RA-25 拟合方程为y=-47x+65.4（R2=0.926）；

RA-75 拟合方程为y=-48x+64.8（R2=0.893）；

RA-250 拟合方程为y=-40x+65.9（R2=0.931）。

分析可知，再生剂掺量为10%时，RA-25、RA-75 和RA-250 这3 种再生剂分别使再生沥青软化点增加约4.7℃、4.8℃和4.0℃。与RA-250 相比，添加RA-25 或RA-75 的再生沥青软化点变化较大，说明RA-25 和RA-75 比RA-250 能更有效地软化再生沥青。同时，再生沥青掺入RA-25 和RA-75 后黏度较RA-250 低，表明RA-25 和RA-75 两种再生剂对再生沥青具有较高的温度敏感性和软化作用。

2.1.4 黏度

黏度是液体抵抗流动的能力，由于组成成分硬化，老化沥青黏度高、流动困难。添加再生剂后可降低老化沥青黏度，使其逐渐向牛顿液体状态转化。从图3 可知，老化沥青初始黏度为4 280 Pa·s，再生沥青的黏度随着再生剂掺量的增加而降低，说明再生剂的加入有效降低了再生沥青的黏度。同时可发现，当再生剂掺量小于10%时，再生沥青黏度呈直线下降，添加RA-25 再生剂的再生沥青黏度下降幅度最大、RA-250 再生剂使黏度幅度降低最小。这是由于RA-25 的黏度相对较低，相较其他再生剂更容易软化沥青。

图3 再生剂对再生沥青黏度的影响

2.2 再生剂对沥青混合料性能的影响

2.2.1 稳定度

由图4 可知，由于添加不同比例的再生剂产生不同的黏度，因此每种RA 的稳定性值都有不同的降低。在相同掺量条件下，采用RA-25 再生剂混合料的稳定度最小，RA-250 最大，且RA-75 与RA-250 相差不大。这是由于RA-250 具有较高的黏度，其可使沥青与沥青胶浆较具有较大的刚度，变形时具有较大的抗变形能力，因而具有较高的稳定度。

图4 再生剂对沥青混合料稳定度的影响

由于再生剂掺量一般通过再生沥青指标恢复情况进行确定，黏度作为沥青性能与沥青混合料施工性能的关键指标，可将其作为再生剂掺量确定的技术指标。再生剂不同掺量条件下，使再生沥青具有相同黏度时，3 种沥青混合料的稳定度值如表4所示。

表4 相同黏度条件下混合料稳定度

从表4 可知，当再生沥青具有相同黏度相同时，3 种混合料稳定度值大小顺序为：RA-75＞RA-250-250＞RA-25，表明当不同再生剂使老化沥青恢复至相同黏度时，RA-75 使沥青混合料力学性能最佳。但上述研究结果基于再生剂不同掺量，因此进行再生剂种类及掺量选用时，应综合经济性及改善效果进行遴选分析。

2.2.2 劈裂强度分析

劈裂强度试验又称间接抗拉强度试验，其反映了沥青混凝土对拉应力的抵抗能力，可以表征沥青混凝土的抗拉或“开裂”性能。当再生沥青黏度统一调配为200 Pa·s 时，添加不同类型的再生剂后马歇尔试样劈裂强度的变化见表5。