新一旧沥青相容渗透剂的最优设计配比研究

杜俊松 孙迪 陶子程

摘要：通过大量的试验研究，运用综合平衡法，比较抗车辙因子G*/sin8、疲劳因子G*sinδ及软化点之间的主次要关系，得出沥青相容渗透剂的最优设计配比，进而为今后工程实际中能有效的改善老化沥青的路用性能，提高老化沥青的使用率提供参考。

关键词：相容渗透剂;最优设计配比;沥青;老化

中图分类号：U416.2 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）18-0181一04

1引言

随着改革开放的不断深入和经济的高速发展，道路工程建设取得了质与量的跨越式发展。我国大多数公路路面属于沥青路面，由于沥青路面存在使用寿命问题，必须要对路面进行维护和维修。而公路沥青路面的大修将会产生大量的废旧沥青混合料，如果将其运用到再生沥青混合料的工程中，则会产生一定的经济和环保效益。但是，新旧沥青的相互渗透效果不佳，再生剂无法渗透进入旧集料表面的老化沥青薄膜，影响再生路面的路用性能，降低老化沥青的使用率。国内外也对此已经进行了大量的试验研究。

基于此，分析研究了沥青相容渗透剂的最优设计配比，从而为今后研究利用添加相容渗透剂提高新旧沥青的混合程度，提高旧沥青使用率，进而提升再生沥青混合料的路用性能提供参考。

2相容渗透剂组分选取

相关资料显示，如果仅用轻质油分来再生回收的老化沥青效果并不好。研究相关资料还表日月，在沥青的组分迁移过程中基本不会产生极性化合物，而极性化合物会渐渐的转变成非极性化合物，让包裹沥青质的极性化合物越来越少，沥青质发生就会凝聚，这就是沥青的老化机理。因此，按照化学反应平衡的相关原理，制备一种本身稳定性较好，能够有效的稳定油分，并且具备一定渗透性能的物质成为开发沥青再生剂的技术关键所在点。

2.1基础油分：废机油、桐油

选择理由：根据沥青老化后可以看出，老化沥青中的芳香分大量的减少，胶质和沥青质有所增加，饱和分基本不变。因此相容渗透剂中的基础油分中应必须含有大量的芳香分且具有低挥发性。而废机油和桐油中芳香分相对含量较多。因此废机油和桐油是再生剂基础油分的最好选择。

2.2增塑剂：邻苯二甲酸二丁酯

选择理由：从使用的性能上来看，良好品质的相容渗透剂应该既含有改善柔韧性的组分，又要含有调节粘性的组分。相容渗透剂在有效的提高沥青胶结料的延伸能力的同时，又能有效的降低旧沥青粘度。邻苯二甲酸二丁酯作为相容渗透剂中的增塑剂，具有良好的综合性能，增塑效率高，耐紫外光，挥发性小，是一种非常优化的选择。

2.3表面活性剂：乳化剂OP-10

选择理由：表面活性剂分子由易溶于水的亲水基和易溶于有机溶剂的亲油基两部分组成，亲水基是易水化的极性集团，亲油基则是非极性的，含有芳香烃结构，结构类似于石油或油脂的主要成分。

3相容渗透剂的制备

该实验以废机油和桐油1：1比例为相容渗透剂的基础组分，以邻苯二甲酸二丁酯和乳化剂OP-10为相容渗透剂的辅助油分配制相容渗透剂。

根据再生剂的组成以及合成条件，确定基础油分与改性剂的混合比例（A）、增塑剂与表面活性剂的混合比例（B）以及三者混合的温度（C）为主要因素，确定了各因子水平，如表1所示。

因为3种因子、3种水平组合起来的实验方案有27种，考虑到时间较长和沥青用量问题，因此本实验利用表1各因子水平，选择L9（3³）进行正交试验，正交试验设计是研究多因素多水平的又一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑出一部分具有代表性的点进行试验，正交试验设计是分析式设计的主要的方法，试验计划如表2所示。

按表2中各配方的比例现在室温下先后将废机油、桐油、乳化剂OP-10、邻苯二甲酸二丁酯倒人容器中，为了确保各组分能够均匀的混合在一起然后用DF一101S集热式恒温加热磁力搅拌器对配置好的相容渗透剂在相应的温度下进行剪切分散，为了确保各组分能够均匀的混合在一起。

4确定相容渗透剂的最优配比

4.1再生沥青的制备

将制备好的老化沥青加热至流动状态，然后将一定量的老化沥青倒入容器中，把容器放到电炉上加热，当老化沥青完全融化时，在其中加入一定量的相容渗透剂，最后将老化沥青与相容渗透剂的混合物在剪切机下剪切搅拌。再生沥青的制备如图1所示。

4.2再生沥青针入度测定

按照规程中所规定的，采用SYD-2801D针入度试验器进行针人度实验，实验温度为25℃，荷重100g，贯入时间5s，测试3组数据，取其平均值。

本试验采用相容渗透剂掺量4%（掺量以再生沥青质量为基准），相容渗透剂的各配方如表2所示，试验结果如表3所示。

4.3再生沥青软化点测定

沥青由固态转到黏流态的起点，其相应的温度被称为软化点。软化点可以在某种程度上反映沥青高温敏感性，沥青的软化点越高，其温度稳定性越好，耐热性越好;反之则越差。再生沥青软化点测试结果如表4所示。

4.4再生沥青抗车辙因子G*/sin8和疲劳因子G*sinδ测定

沥青的抗车辙因子G*/sinδ越大，表示沥青的抗车辙能力越强;沥青的疲劳因子G*sinδ越大，表示重复载荷作用下的能量损失越多，沥青的疲劳性能越差，因此较小的疲劳因子G*sinδ数值代表较好的疲劳性能。因为抗车辙因子G*/sinδ表示的是高温性能，疲劳因子G*sinδ表示的是中温性能，因此本试验选用70℃来测定再生沥青的抗车辙因子G*/sinδ，54℃来测定再生沥青的疲劳因子G*sinδ。测试结果如表5所示。

4.5正交试验结果分析

本实验方案测试的是针人度、软化点、抗车辙因子G*/sinδ和疲劳因子G*sinδ。选取软化点、抗车辙因子G*/sinδ和疲劳因子G*sinδ为试验指标来选取相容渗透剂的最佳配比和最佳拌和温度。根据表2、表4、表5中的数据得出正交试验结果分析如表6所示。

同时，得出3因子、3水平与抗车辙因子、疲劳因子及软化点关系图分别如图2、图3、图4所示。

通过以上图表分析，得出结果如下：

沥青材料的抗车辙因子G*/sinδ与沥青的抗车辙能力成正比，所以通过抗车辙因子G*/sinδ找出的优方案为A1、B3、C1;沥青的疲劳因子G*sinδ越大，重复载荷作用下的能量损失越多，沥青的疲劳性能越差，因此较小的疲劳因子G*sinδ数值代表较好的疲劳性能，所以通过疲劳因子G*sinδ找出的优方案为A3、B1、C1;沥青的软化点越高，高温稳定性越好，所以通过软化点找出的优方案为A3、B2、C1。

通过疲劳因子G*sinδ看B因素B1效果较好，这样看抗车辙因子G*/sinδ中的B1在中间，如果从抗车辙因子G*/sinδ来看B因素B3效果最好，但是不难发现疲劳因子G*sinδ中B3是最差的，因此综合分析来看，B因素最好的方案為B1;

A从抗车辙因子G*sinδ来看A因素A1效果最好，再从疲劳因子G*sivA因素来看A1效果处在中间，但是如果从疲劳因子G*sinA因素效果最好的A3来看，A3的抗车辙因子G*sinδ是最差的，因此综合分析A因素，A1是较优化方案;

从疲劳因子来看C因素不是主要因素，但是不难发现C1的疲劳因子也是最好的，不过C1的抗车辙因子G*/sinδ不是最好的也不是最差的，所以综合分析C因素中C1的效果最好。

5结论及展望

运用综合平衡法，组织好各单项平衡和局部平衡，比较抗车辙因子G*/sinδ、疲劳因子G*/sinδ、软化点之间的主次要关系。得出相容渗透剂的最佳方案为：A1、Bl、C1，即配方1：基础油分：改性剂为80：20;增塑剂：表面活性剂为l：1;在60℃温度下混合的相容渗透剂为最佳。

本文希望可以将自制的相容渗透剂运用到再生沥青混合料中，从而为今后同行研究利用添加相容渗透剂提高新旧沥青的混合程度，提高旧沥青使用率，进而提升再生沥青混合料的路用性能提供参考和借鉴。