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 再生劑對(duì)長(zhǎng)期路用老化瀝青路用性能的影響*（交通）

                     葉  勇¹  鐘  賽²  肖  月²  吳少鵬²

（1．廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心普寧515325；2．武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  武漢  430070）

摘要通過(guò)對(duì)瀝青混合料、老化瀝青混合料，以及經(jīng)過(guò)2種不同再生劑再生處理的老化瀝青混

合料的高溫性能、低溫開(kāi)裂性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能進(jìn)行研究，考察了再生劑對(duì)長(zhǎng)期路用老化瀝青及其混合料路用性能的影響規(guī)律。對(duì)比研究了不同再生劑作用下長(zhǎng)期路用老化瀝青混合料路用性能的再生修復(fù)效果。結(jié)果表明，再生劑的加入可使老化瀝青混合料的基本路用性能在一定程度上恢復(fù)還原；通過(guò)2種再生劑對(duì)長(zhǎng)期路用老化瀝青再生效果的研究，可以發(fā)現(xiàn)再生劑對(duì)老化瀝青混合料改善作用具有選擇性，即老化瀝青對(duì)合適的再生劑有著具體的要求。

關(guān)鍵詞  老化瀝青混合料  再生劑  老化瀝青  路用性能

    近些年來(lái)，隨著我國(guó)早中期修建的瀝青高速公路已進(jìn)入或即將開(kāi)始進(jìn)入大中修階段，能夠充分利用廢料節(jié)約資源、促進(jìn)環(huán)保的瀝青路面再生技術(shù)越來(lái)越多地受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。其中老化瀝青的再生技術(shù)是廢舊瀝青混合料再生利用的關(guān)鍵，在廢舊的老化瀝青中加入再生劑即可還原其化學(xué)組成，同時(shí)恢復(fù)其膠體結(jié)構(gòu)，從而起到改善其性能的作用。由于我國(guó)對(duì)老化瀝青混合料再生利用的日益重視，有關(guān)再生劑對(duì)老化瀝青性能影響的研究報(bào)道也越來(lái)越多，各種再生劑也層出不窮。通常不同的再生劑對(duì)老化瀝青混合料性能影響不盡相同，對(duì)老化瀝青混合料的路用性能的影響更是千差萬(wàn)別。

    試驗(yàn)通過(guò)將2種不同再生劑加入到室內(nèi)加速老化的瀝青混合料，以及未老化的瀝青混合料中，研究不同再生劑對(duì)老化瀝青混合料的影響，以及對(duì)老化瀝青混合料再生改善的作用。

1  原材料及試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原料

    老化瀝青混合料在實(shí)驗(yàn)室制備；再生劑為美國(guó)科來(lái)福公司生產(chǎn)的2種化學(xué)組成不同的再生劑R-1，R-2，其技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2老化瀝青混合料的制備

    本次試驗(yàn)采用熱拌瀝青混合料( HMA)的配合比設(shè)計(jì)理論和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，即采用在我國(guó)應(yīng)用廣泛的馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)選取AC-16的瀝青混合料作為研究對(duì)象。參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）（JTG E20 - 2011）中T0724-2000制備老化瀝青混合料。

1.3再生老化瀝青混合料的制備

    在拌和機(jī)中依次投入再生劑、老化瀝青混合料，其中再生劑與瀝青比為10%，制備再生老化瀝青混合料。

1.4試驗(yàn)方法

    參照《規(guī)程》中T0724 - 2000制備老化瀝青混合料，按《規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定檢測(cè)再生瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度、四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1  不同再生劑對(duì)混合料高溫性能的影響

    抗車轍性能是指混合料抵抗因?yàn)楦邷匾�起的永久變形的能力，本文采用車轍試驗(yàn)來(lái)測(cè)定瀝青混合料的高溫抗車轍能力，同時(shí)用來(lái)評(píng)價(jià)其高溫穩(wěn)定性。在試驗(yàn)中，試驗(yàn)溫度設(shè)定60℃，輪壓0.7MPa，試件厚度100 mm，寬度300 mm，長(zhǎng)度300mm，試件經(jīng)碾壓成型。成型后的試件在溫度為60℃的空氣室保溫6 h以上，保溫完后開(kāi)始車輪碾壓，車輪共計(jì)碾壓1h。計(jì)算機(jī)顯示時(shí)間t₁對(duì)應(yīng)的形變量d₁，和t₂時(shí)間對(duì)應(yīng)的形變量d₂，最后根據(jù)計(jì)算公式得到動(dòng)穩(wěn)定度的大小。

    通過(guò)車轍試驗(yàn)測(cè)定不同混合料試驗(yàn)情況見(jiàn)表1，改性瀝青根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)要求不低于2 400次／min。

    由表2可見(jiàn)，與老化瀝青混合料相比，經(jīng)過(guò)再生劑處理后的瀝青混合料45 min與60 min位移都有所提高，同時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度有所減少，但達(dá)不到未老化瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度次數(shù)，其中經(jīng)過(guò)再生劑R-1處理的老化瀝青混合料相較于R-2處理的老化瀝青混合料更為明顯，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)再生劑處理的老化瀝青混合料能夠部分被軟化，R-1再生劑處理后的效果更為明顯。這是因?yàn)樵偕鷦┲蟹枷阕寤�合物溶解、稀釋了老化瀝青混合料中的瀝青質(zhì)，使得膠結(jié)料潤(rùn)滑，因此降低了瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。

2.2  不同再生劑對(duì)混合料低溫抗裂性能的影響

    采用低溫彎曲試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，參考《規(guī)程》，試件采用250 mm×30mm×35 mm、跨徑為200 mm的小梁，試驗(yàn)時(shí)設(shè)置溫度為-10℃，單點(diǎn)加載，其中加載速率為50mm／min。試驗(yàn)情況見(jiàn)表2。

    由表3可見(jiàn)，相較于老化瀝青混合料，經(jīng)過(guò)再生劑處理后的老化瀝青混合料的破壞荷載、抗彎拉強(qiáng)度、勁度模量都有所下降，破壞應(yīng)變有所上升，但達(dá)不到未老化瀝青混合料程度，其中經(jīng)過(guò)R-1再生劑處理后的老化瀝青混合料更為明顯，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)再生劑處理后的瀝青混合料抗老化性能提高，同時(shí)經(jīng)過(guò)再生劑處理后的瀝青混合料勁度模量減小，柔韌性變好，抗低溫形變能力增強(qiáng)，這是因?yàn)槭茉偕鷦�擴(kuò)散的影響，再生劑與老化瀝青充分融合，使得老化瀝青軟化，性能被一定程度地還原，從而在一定程度上緩解了瀝青的老化，提高了老化瀝青低溫抗裂性能，同時(shí)，由于R-1再生劑處理后的老化瀝青混合料抗低溫性能更為明顯，可知R-1再生劑的再生能力相較于R-2再生劑更為突出。

2.3不同再生劑對(duì)混合料水穩(wěn)定性能的影響

2.3.1  瀝青混合料殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)

    采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)瀝青混合料受水損害時(shí)抵抗剝落的能力以及瀝青的水穩(wěn)定性。其中評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的指標(biāo)為殘留穩(wěn)定度比MS，，殘留穩(wěn)定度比越大，表示瀝青混合料的水穩(wěn)定性能越好。按照《規(guī)程》中的T0702 -2011規(guī)定，用擊實(shí)法制作瀝青混合料馬歇爾試件2組，雙面擊實(shí)各50次，第1組放在60℃的水箱里保溫30 min，測(cè)出其穩(wěn)定度MS₁，第2組放在溫度為60 ⁰C的水箱里保溫48 h，測(cè)定其穩(wěn)定度MS₂，則殘留穩(wěn)定度比如下式。

測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

    由表4可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)R-1和R-2再生劑處理的老化瀝青混合料的穩(wěn)定度、浸水穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度比均大于老化瀝青混合料，但沒(méi)有達(dá)到未老化瀝青混合料的程度，其中經(jīng)過(guò)R-1再生劑處理的瀝青混合料效果更好，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)再生劑處理的老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性要比老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性要好，即在老化瀝青混合料中加入再生劑可以提高老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性，同時(shí)R-1再生劑的效果要比R-2再生劑的效果要好，這是因?yàn)樵偕鷦┠軌蚝芎玫財(cái)U(kuò)散進(jìn)老化瀝青的內(nèi)部，使舊料中的老化瀝青的性能得以很好地恢復(fù)，從而提高老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

2.3.2  瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)

    采用馬歇爾擊實(shí)法成型的馬歇爾試件，擊實(shí)次數(shù)為雙面各50次，冷凍溫度-18℃保溫16 h，之后放入已保溫60℃的恒溫水槽中24 h，最后按照《規(guī)程》用50 mm/min的加載速率進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。計(jì)算出劈裂強(qiáng)度比，見(jiàn)表5。

    由表5可知，經(jīng)過(guò)R-1與R-2再生劑處理后的瀝青混合料的非凍融劈裂強(qiáng)度、凍融劈裂強(qiáng)度，以及劈裂強(qiáng)度比均大于老化的瀝青混合料，而達(dá)不到未老化的瀝青混合料的程度，其中R-1再生劑處理后的瀝青混合料效果更為明顯。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)再生劑處理后的老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性在一定程度上變好，這是由于老化后的瀝青混合料的芳香分和飽和分含量低、粘性小、瀝青膜與集料表面的粘附性變差，當(dāng)老化瀝青混合料中加入再生劑時(shí)，再生劑中含有大量有機(jī)酸，有機(jī)酸可以增加老化瀝青混合料中瀝青和集料的粘附性，從而保證瀝青混合料具有較高的水穩(wěn)定性。

    通過(guò)瀝青混合料殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)以及瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)，我們可以看出，加入再生劑可以明顯地提高老化瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂強(qiáng)度比，其中加入再生劑R-1的效果更為明顯，這說(shuō)明再生劑能夠明顯地改善老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性，且R-1再生劑的效果更好。

2.4不同再生劑對(duì)混合料疲勞性能的影響

    采用四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞性能。試驗(yàn)溫度15℃，加載頻率10 Hz，采用恒應(yīng)變控制的連續(xù)偏正弦加載模式。試驗(yàn)設(shè)備為UTM-25伺服液壓動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)，規(guī)定試驗(yàn)開(kāi)始后的第50個(gè)循環(huán)時(shí)的彎曲勁度模量為初始勁度，試件的彎曲勁度在降低到初始勁度50%或更少時(shí)表示試件破壞，設(shè)置應(yīng)變水平400，600，800，1000，記錄式樣破壞加載次數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

    由表6可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)R-1，R-2再生劑處理的老化瀝青混合料的式樣破壞加載次數(shù)相較于老化瀝青混合料均有所增加但沒(méi)有達(dá)到未老化瀝青混合料試驗(yàn)破壞的加載次數(shù)，其中經(jīng)過(guò)R-1再生劑處理的老化瀝青混合料增加的更為明顯，這表明，經(jīng)過(guò)添加再生劑的瀝青混合料相比于老化的瀝青混合料更難破壞，這是因?yàn)樵偕鷦┑募尤胧沟美匣癁r青混合料得以一定程度韻性能還原，從而使得再生瀝青混合料的疲勞壽命增加。同時(shí)可以看出再生劑R-1對(duì)老化瀝青混合料的疲勞壽命影響更大，效果更好。

4結(jié)論

    再生劑的加入使得老化瀝青混合料的高溫性能、低溫開(kāi)裂性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能都能在一定程度上還原，即再生劑的加入能夠在一定程度上使得老化瀝青混合料再生并修復(fù)其路用性能。通過(guò)試驗(yàn)分析對(duì)比，可以得知R-1再生劑的效用比R-2再生劑的效用要好，改善效果也更為明顯，對(duì)老化瀝青混合料的再生更充分，這可能是因?yàn)?/font>R-1再生劑更能有效地對(duì)老化瀝青混合料中的化學(xué)組分以及膠體結(jié)構(gòu)充分改善調(diào)整以及性能還原，從而增強(qiáng)了其對(duì)老化瀝青混合料的再生效果。因此，對(duì)長(zhǎng)期服役瀝青路面實(shí)際再生處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)瀝青路面老化瀝青的特殊性選擇合適的再生劑材料。