温-热拌再生剂对再生沥青及其混合料性能的影响研究

李韦剑

摘要：为对比研究温拌与热拌再生剂对再生沥青及混合料的性能的影响，文章通过分析不同添加剂对老化沥青性能的恢复，开展室内试验探究了不同再生沥青对其混合料路用性能的影响规律。结果表明：新沥青的掺入对老化沥青性能恢复有显著的作用，温拌再生与热拌再生剂对老化沥青的针入度和软化点恢复效果相近，温拌再生剂可以更有效地恢复老化沥青的延度，同时使再生沥青的黏度低于新沥青;温拌再生剂更大程度地恢复了老化沥青的复数剪切模量，但导致了再生沥青黏弹性比例失调;温拌再生剂对沥青混合料的水稳定性改善高于热拌再生剂，但低温及高温性能略低于热拌再生剂。

关键词：道路工程;沥青混合料;温拌再生剂;热拌再生剂;路用性能

中国分类号：U414文献标识码：A

0 引言

随着沥青再生技术的发展，温拌再生沥青技术应运而生，该技术的应用可以降低混合料的拌和温度、提高RAP的掺量，既降低了能源的消耗，减少了污染物的排放，也可控制沥青的二次老化，提高再生沥青混合料性能。

已有众多学者对沥青温拌再生技术进行了研究：郭乃胜等对影响温拌再生沥青混合料性能的因素进行了分析，认为温拌剂和RAP掺量是主要影响因素;刘唐志等将Evotherm温拌技术应用于温拌再生，研究了RAP掺量与沥青混合料性能的关系，认为随着RAP掺量的提高，沥青混合料水稳定性先增大后减小[1];李立寒等研究了软-硬复配温拌再生沥青混合料的性能，认为此技术可以使再生沥青混合料满足路用性能，且疲劳性能明显占优[2-3];陈静云等研究了利用SHRP方法对再生沥青性能进行评价，认为再生沥青高温稳定性、耐疲劳性和抗裂性较好[4];张遥等评价了生物型再生剂的作用效果，认为该再生剂提高了再生沥青混合料的低温、水稳定性，降低了高温稳定性[5]。综上所述，目前对再生技术已有较详尽的研究，但对热拌和温拌再生剂性能对比的研究仍较少。本文基于复配表面活性温拌再生剂，对比评价热拌再生剂与温拌再生剂对沥青胶结料及混合料性能的影响。

1 原材料与试验设计

1.1 再生剂技术指标

温拌再生剂为自主开发的A型温拌再生剂，温拌再生剂主要组分为三类表面活性剂及一种富含芳香分的轻质油分，经试验确定最佳掺量为7%，选择最佳掺量相同的B型热拌再生剂为对照试验组，再生剂各项技术指标如表1所示。

1.2 原样及老化沥青性能

本文选用中石化70#沥青，通过旋转抽提试验制备老化沥青样本，并对老化前后混合沥青性能进行检测，其性能指标如表2所示。

1.3 试验设计

目前对于再生沥青性能的研究通常是探讨再生剂对于老化沥青性能的改善，但是由于温拌再生剂的设计作用范围不仅限于RAP中的老化沥青，其中表面活性组分对新沥青同样起到改性作用，且新-旧沥青共同存在并相互滲透的情况更符合沥青路面再生工程中的实际情况，因此模拟实际条件下老化沥青与新沥青的接触融合条件将新沥青与老化沥青以6：4的比例混合搅拌，采用再生沥青的延度、针入度、软化点评价胶结料的基本力学性能;通过测定再生沥青95 ℃及135 ℃的布氏黏度，对两种再生剂的黏度恢复效果及温拌效果进行评价;为对各条件下再生沥青的流变性能进行探究，采用DSR试验，PG分级模式，测定沥青复数模量及相位角;此外，为全面对比评价各条件下再生沥青混合料路用性能，分别采用了马歇尔残留稳定度、 动稳定度以及破坏弯拉应变对其水稳定性、高温稳定性及低温性能进行了评价。

2 再生沥青性能分析

2.1 再生沥青基本力学性能分析

为研究温拌再生剂对再生沥青基本力学性能的影响，测定各状态下沥青的三大指标，测定结果如表3所示。

70#基质沥青经过老化后，针入度及延度下降，软化点升高，新沥青的掺入使得老化沥青性能得到一定程度的恢复;继续添加再生剂，针入度和软化点的恢复进一步提升，基本恢复至沥青老化前的水平;热拌再生剂对延度的恢复程度仅有58.9%，温拌再生剂则可以使该比例提高至71.0%。

分析认为，老化沥青与新沥青组分差异性较大，难以相互渗透，厂拌热再生拌和工艺为非剪切式，新老沥青难以混溶，旧沥青表面的吸收沥青及表层有效沥青较少，多为表层无效沥青[6]，导致混合沥青性能较基质沥青大幅降低;热拌再生剂与温拌再生剂均可通过对旧沥青组分调节还原，使针入度与软化点恢复;温拌再生剂中的表面活性组分作用于新旧沥青表面，降低老化沥青极性，促进新、旧沥青相互渗透，性能上表现为沥青延度恢复比例提高，温拌再生剂对混合沥青延度恢复的作用优于热拌再生剂。

2.2 再生沥青黏度分析

使用Brookfield DV-Ⅱ旋转黏度仪，以50 dr/min的速度测试在95 ℃及135 ℃沥青的黏度，结果见表4。

实验结果显示，70#基质沥青老化后，95 ℃及135 ℃黏度分别上升了457.5%和82%，老化沥青中掺入新沥青混合搅拌后，其黏度得到一定程度的恢复，但仍大幅高于老化前，这是因为新沥青中含有部分胶质与沥青质，芳香分含量有限，对老化沥青的组分调节能力受到限制;温拌再生剂与热拌再生剂均使混合沥青黏度大幅降低，热拌再生剂掺入后，轻质油分稀释了混合料沥青，导致沥青黏度大幅下降，热拌再生剂降黏效果主要由于沥青被轻质油分稀释。温拌再生剂含有较多的表面活性剂，表面活性组分充分作用于新-老沥青，在沥青质分子间起到了润滑作用，增大了沥青质的流动能力，因此温拌再生混合沥青的黏度低于新沥青的，起到了良好的温拌效果。

2.3 流变特性

沥青流变特性的测定采用动态剪切流变仪，模式为温度扫描，温度为40 ℃～64 ℃，温度梯度为6 ℃，应力控制大小为0.12 Pa·s，实验频率为10 Hz，试样厚度为1 mm，直径为25 mm，测定沥青样品复数剪切模量G*、相位角δ，各沥青样品实验结果如表5所示。

由表5可知，各沥青样品相位角δ均随温度升高而增大，复数剪切模量G*随温度升高而降低，沥青黏性提升、弹性减小，抗变形能力减弱;基质沥青、老化沥青及混合沥青在40 ℃下的黏弹性比分别为0.238、0.311、0.265;64 ℃下分别为0.168、0.175、0.136;各温度下老化沥青复数模量G*及抗车辙因子G*/sinδ均为最高，抗变形能力最强，其后依次为混合沥青、掺入热拌再生剂的混合沥青、基质沥青、掺入温拌再生剂的混合沥青;混合沥青掺入热拌再生剂后，40 ℃时黏弹性比例为0.281，64 ℃时黏弹性比例0.129，掺入温拌再生剂后，40 ℃时黏弹性比例为0.201，64 ℃时黏弹性比例0.047;随着温度升高，老化沥青弹性模量下降速率慢于基质沥青，黏性模量下降速率快于基质沥青。

分析认为，沥青老化后，弹性增加，黏性降低，沥青剪切变形中，因变形产生的机械能所占比例上升，内部摩擦产生的热能占比降低，抗变形能力增加，由黏弹性体向弹性体转变。温拌再生剂的掺入使老化沥青力学性能向老化前还原，复数剪切模量减小，较高温度下再生沥青的弹性占比降低，是因为温拌再生剂加速了混合沥青在升温时沥青黏弹性性能损失;混合沥青中添加热拌再生剂，沥青弹性模量、黏性模量降低幅度虽少于温拌再生剂，但未出现高温下的黏弹性比例失调，测试所有温度下，黏弹性比例更加接近新沥青，由此可见热拌再生剂对沥青的黏弹性起到了较好的恢复作用，表明再生过程中，热拌再生剂对沥青流变性能的总体影响优于温拌再生剂。

3 再生沥青混合料性能

RAP取自G60高速贵州麻江至凯里段，RAP中沥青含量为4.1%，为防止RAP结团、确保RAP均匀性，对其进行破碎筛分，分档抽提确定级配[7]，再生沥青混合料目标级配为AC-16，RAP掺量为40%，新料分为0～10 mm、10～20 mm石灰岩及石灰岩矿粉，使用马歇尔设计方法，确定最佳油石比为4.9%，新添沥青含量为3.26%。

3.1 再生沥青混合料高温稳定性

为评价再生沥青混合料的高温条件下抵抗永久变形的能力，进行室内车辙实验，分别对掺入情况不同的再生沥青混合料进行测定，轮压为0.7 MPa，实验温度为60 ℃，碾压速度为42次/min，碾压时间为60 min，结果见表6。

由表6可知，加入RAP后的沥青混合料动稳定度较高，即沥青老化后，抗变形能力提高，与动态剪切流变实验结论相符，热拌与温拌再生剂作用于沥青混合料，使动稳定度分别降低11%及25.2%，仍高于规范的要求。相比热拌再生剂，温拌再生剂使再生沥青在60 ℃下表现出更明显的弹塑性特征，受到荷载后产生了部分不可恢复变形，变形叠加形成車辙，同时温拌再生沥青黏度较低，根据库伦公式τ=tanφ+c，60 ℃下黏度较小的再生沥青其粘聚力较小，降低了混合料的抗剪切能力，胶结料易向两侧移动，加剧了荷载作用下车辙深度的扩大;温拌再生剂的掺入使沥青动稳定度损失较大，这与动态剪切流变实验所得结果一致。

3.2 再生沥青混合料水稳定性

本文通过测定再生沥青混合料在60 ℃下浸水30 min及48 h的马歇尔稳定度，评价沥青混合料的水稳定性，实验结果如表7所示。

由表7可知，采用各再生方式混合料浸水30 min及48 h后，稳定性大小均为添加温拌再生剂的最高，之后分别为添加热拌再生剂、不添加再生剂，三组稳定性在浸水30 min时差异较小，但在浸水48 h后则出现一定区别，添加再生剂的沥青混合料残留稳定度较高，其中，添加温拌再生剂的略高于添加热拌再生剂的。结合前文的分析结果认为，新旧沥青中存在的性质差异，影响了两者的互相渗透与溶解，未添加再生剂的沥青混合料，新旧沥青混溶程度较低，结合薄弱，老化沥青弹性模量高，黏性模量低，与集料的粘附强度低，在长时间的高温与水浸泡耦合作用下，再生沥青混合料中存在的液-液、固-液薄弱结合面失稳，导致了沥青混合料水稳定性下降[8]，添加热拌再生剂后，部分恢复了老化沥青性能，因而残留稳定度上升，添加温拌再生剂后，既作用于老化沥青，起到了恢复老化沥青性能的作用，也作用于旧沥青与新集料的结合面，降低了集料表面吸附能，促进了结合面的稳定[9-11]，宏观表现为添加温拌再生剂的再生混合料水稳定性更好。

3.3 再生沥青混合料低温性能

本文通过低温小梁弯曲试验方法，研究再生沥青混合料低温抗裂性能，试件为250 mm×30 mm×35 mm棱柱型小梁试件，跨径为200 mm，试验温度为-10 ℃，实验结果如表8所示。

由实验结果可知，三种再生沥青混合料均可以满足规范要求，最大破坏弯拉应变由大到小为热拌再生剂、温拌再生剂、不添加再生剂;破坏弯曲劲度模量由大到小为不添加再生剂、温拌再生剂、热拌再生剂。

分析认为，温拌和热拌再生剂掺入再生沥青混合料，可以改善低温性能，一些研究显示，在较高掺量水平下，温拌再生沥青混合料低温性能通常较差[12]，实际结果表明，温拌再生剂虽对沥青低温延度改善明显，但导致沥青抗变形能力降低，热拌再生剂对低温性能的改善优于温拌再生剂;两种再生剂的掺入均降低了再生沥青混合料的弯曲劲度模量，这是由于再生剂使老化沥青软化，提高了沥青在低温状态下的应力松弛能力。

4 结语

（1）在温拌再生剂的性能研究中，采用新-旧混合沥青实验模型与再生沥青在混合料中的工作情况较接近。

（2）相同掺量的温拌再生剂与热拌再生剂对老化沥青针入度及软化点的恢复能力相近，但温拌再生剂延度恢复能力较好;随着温度升高，温拌再生剂大幅降低了再生沥青黏度，起到良好的温拌效果;温拌再生剂、热拌再生剂均可恢复老化沥青复数模量及沥青黏弹性模量比例，而高温条件下温拌再生沥青黏弹性严重损失且比例失调。

（3）热拌、温拌再生沥青混合料的高温、低温及水稳定性能均满足规范要求，温拌再生剂掺入再生沥青混合料较大程度降低了动稳定度，热拌再生剂对再生沥青混合料的高温、低温性能影响较好，温拌再生剂对混合料的水稳定性能作用效果相近，在性能要求较高的高等级路面再生工程中，推荐使用热拌再生技术。

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