沥青老化再生的实验路径研究

张振德，张广阔，张海涛

(东北林业大学 土木工程学院，哈尔滨 150040)

沥青混合料在拌合摊铺以及沥青路面在使用过程中，由于受到高温、氧化、光照、水和行车荷载的作用而产生老化现象。老化后沥青的针入度、软化点、延度等各种指标全部变化，老化后沥青的高温抗变形能力有所提升，但其低温性能及耐久性都会降低[1]，严重影响了沥青路面的使用性能。为模拟沥青路面在现实过程中的老化，先后有很多试验方法被提出，其中有控制温度和时间的普通烘箱老化试验、沥青薄膜烘箱试验法(TFOT)、沥青旋转薄膜烘箱试验法(RTFOT)和压力老化(PAV)试验等。由于沥青的老化使其路用性能下降所以路面的再生技术由此产生，沥青路面的再生主要有热再生和冷再生。实验室中一般用热再生方法对老化的沥青进行再生以模拟现实情况。本文主要是通过对比各种实验室老化方法与再生方法寻找一条近似于现实的老化再生路径。

沥青材料由于受到外界因素的影响而发生老化，老化后的沥青其路用性能明显下降，为提高沥青抗老化的性能人们做了大量的研究，而研究的目的就在于研究结果的应用。为了使试验过程更接近于实际，就需要一条接近于实际的沥青路面在使用过程中老化和老化以后回收再利用的实验室路径。

1 老化方法的对比

沥青路面的老化过程可分为短期老化和长期老化[1]。短期老化指沥青混合料在拌合、运输、摊铺过程中由于高温发生的热氧化反应。由于短期老化时沥青所在的温度较高，故沥青轻质油分的挥发主要集中在短期老化阶段。长期老化指沥青路面在使用过程中受到高温、氧化、光照、水、行车荷载的作用是路面的使用性和耐久性降低。沥青薄膜烘箱(TFOT)老化与沥青旋转薄膜烘箱(RTFOT)老化都是为了模拟沥青的短期老化。压力老化(PAV)是为了模拟沥青的长期老化。沥青路面的老化主要的影响因素是温度、氧气含量、交通荷载、光照，而这几个影响因素中温度、氧气含量、交通荷载是追主要的。无论是沥青薄膜烘箱(TFOT)老化还是沥青旋转薄膜烘箱(RTFOT)老化或者压力老化(PAV)都是提高这几个因素中某一个或某几个因素的强度。其中TFOT与RTFOT无论是试验原理还是实验结果都有很大的相似度。在沥青老化过程中氧气含量和温度是两个最重要的方面，温度低、氧含量少时，发生反应的速度就慢，反之发生反应的速度就快。RTFOT在163℃ 条件下，常压吹入热空气老化，温度较高，氧浓度较小；PAV是90～110℃温度下，空气压力2.1 MPa下进行老化，温度较低，氧浓度较大[2]；而60℃ 烘箱老化的温度和氧浓度都最低，因此老化最缓慢。

SHRP计划研究者经过研究认为，沥青在施过程中的短期老化可以通过旋转薄膜烘箱老化来进行模拟；而沥青在使用过程中的老化即长期老化可以通过对经过旋转薄膜老化后的沥青进行压力老化来进行模拟。栗培龙等[3]通过对旋转薄膜烘箱老化试验85 min、延时360 min、180 min的旋转薄膜烘箱老化试验和R+P和R+20d(先 RTFOT老化试验然后进行20天的60℃烘箱老化)与真实的废旧沥青路面提取的老化沥青的各个指标进行对比，见表1[3]。

表1 沥青模拟老化与路面抽提回收沥青指标比较

通过对比发现R360min与使用6 a、7 a的沥青路面提取物的指标较为接近，R+P与使用3 a的较为接近，R180min、R+O20d与使用3 a的较为接近。从此数据可以看出无论是R360min还是R180 min或者R+O20d都能与不同使用年份的路面抽提回收沥青的指标较好的对应上，只有R+P与路面抽提回收沥青的指标对应不是很好，另外压力老化要用经过旋转薄膜老化后的沥青进行试验，试验条件苛刻，实验过程复杂，耗时长，仪器不普及等缺点[3]。60℃烘箱老化虽然设备单，但试验周期较长，给试验研究带来较大的困难。

抽提所得到的老化沥青中含有三氯乙烯和矿粉，回收沥青中矿粉的存在对延度的影响很大，造成了再生剂不能使再生沥青延度达到标准要求的假象；而三氯乙烯对沥青有溶解作用，回收沥青中含有的微量三氯乙烯，对其针入度、软化点、延度三大指标都有很大的影响[4]，故可知路面抽提回收所得到的沥青会受到三氯乙烯以及矿粉的影响而使得用它所得到的实验数据失准。相比采用经过修正的旋转薄膜烘箱(RTFOT)老化或者延时的RTFOT就能够较好的模拟真实路面沥青的老化，但是由于不同地理条件、气候条件、交通量、交通荷载对路

面沥青的老化影响很大，故不同的地区应根据当地真实路面沥青老化时间与相应模拟时间对应。

2 沥青的实验室再生方法

现阶段废旧沥青路面的再生方法主要分热再生和冷再生，热再生又分为厂拌热再生和现场热再生，冷再生分为厂拌冷再生和现场冷再生[5]。厂拌热再生可处治反射裂缝、养护补丁和基层等问题是目前应用最广的废旧沥青路面再生技术，其他几种再生方法都有各自的局限性[6]。为模拟厂拌热再生，将经过实验室模拟老化所得到的沥青残留物，加入沥青再生剂或加入新沥青和再生剂然后在加热的同时用搅拌机搅拌直至混合均匀[7]，加热的温度控制在140～160℃之间。

3 再生剂用量确定

在沥青的各项指标中针入度和5℃延度能够比较好的反应沥青的高温和低温性质，故本实验通过控制沥青的针入度和沥青的5℃延度来确定再生剂的用量，分别用2%、2.5%、4%的再生剂对经过5 h 163℃烘箱老化后的沥青进行再生，对比原基质沥青与再生后的沥青的两项指标，见表2。

表2 再生剂剂量对比

根据以上数据得到图1和图2。从图1中可以看出用2.5%的再生剂再生针入度可恢复到与基质沥青相似的水平，故就针入度而言用2.5%再生剂比较合适。图2可以看出2%的再生剂可以使经过老化后的沥青的延度恢复较好，但此时针入度恢复较差，用2.5%的在再生剂时，延度达到了14.7 cm，提高了沥青的低温性能。

图1 针入度对比

图2 延度对比

试验用的再生剂具有很强的极性，加入到沥青后能有效包裹沥青质，同时发生化学反应，使沥青的极性化合物增多，阻止和延缓沥青质的凝聚，再生剂的主要技术指标由再生剂生产厂家提供见表3。

表3 再生剂主要指标

根据表4数据对比可以看出经过再生后的沥青各项指标都有很好地恢复，针入度变化较大但最后恢复的效果很好，而延度在整个过程中变化最大恢复效果也是最好的甚至达到了基质沥青的两倍。基质沥青与老化后的沥青和经过再生后的沥青各项指标见表4。

表4 再生效果对比

由以上数据可以看出，这种实验室的沥青热再生方法能够很好的对老化的沥青进行再生。

4 结 论

通过数据分析可知，延时的RTFOT和RTFOT+PAV都能很好地模拟沥青在实际使用过程的老化，两者的数据与实际老化的数据都非常接近，并没有体现出RTFOT+PAV比延时的RTFOT能更好的模拟实际老化，故用延时的RTFOT就能很好的模拟沥青在实际使用过程中的老化。又因为实际废旧沥青在抽提后都含有一定量的三氯乙烯，这样使得抽提后得到的沥青残留物的指标都不是很准确。所以可以根据当地的气候以及交通情况确定一个延时的时间，使得不同延时时间的RTFOT可以模拟当地不同使用时间沥青路面的回收沥青。

根据再生的分析可以得出，将再生剂在140～160℃时加入到老化后的沥青中并用搅拌机搅拌至再生剂与沥青完全混合均匀，这个过程可以模拟老化沥青混合料的厂拌热再生过程。这样沥青路面的老化及热再生过程就可以用简单的实验室沥青老化再生来模拟。

【参 考 文 献】

[1]应荣华，郑健龙，陈 骁.沥青老化效应的试验研究[J]，公路交通科技，2007，24(6)：20-23.

[2]栗培龙，张争奇，王秉纲.沥青野外热氧老化模拟试验研究[J]，河北工业大学学报，2008，37(4)：90-95.

[3]栗培龙，张争奇，王秉纲.道路沥青热氧老化模拟试验研究[J]，郑州大学学报(工学版)，2008，29(1)：119-123.

[4]刘金玲.沥青及沥青混合料就地热再生工艺研究[D].大连：大连理工大学，2009.

[5]王 昊.老路废旧沥青混合料热再生技术的试验研究[D].济南：山东大学，2012.

[6]王 宇.沥青路面再生研究[D].西安：长安大学，2011.

[7]刘玉磊，姜 利，王黎明，等.确定沥青再生剂最佳用量的试验研究[J].森林工程，2007，23(2)：71-73.