表面活性温拌再生剂对再生沥青及其混合料性能影响研究

(1.贵州省凯里公路局 贵州 凯里 556000；2.齐鲁交通发展集团有限公司 山东 济南 250014)

引言

公路交通运输是我国构建综合交通运输体系的重要一环，自上世纪90年代，我国第一条高速公路——沪嘉高速公路通车至今，我国公路总里程已经达到477.35万公里，其中高速公路13.65万公里。沥青路面是我国高速公路的主要路面形式，具有行车舒适、路面噪音低、易于养护和抗滑能力高等优点。

沥青路面的使用寿命一般为15～20年，在环境与荷载的作用下，沥青路面易产生车辙、剥落、裂缝、坑槽等病害，影响公路的服务水平，因此，需要定期对沥青路面进行养护。现阶段我国对沥青路面的养护方式可以分为小修保养、中修、大修和改建，一般的沥青路面病害，如松散、表面磨光、微裂缝等，可以采用雾封层、稀浆封层、微表处、超薄磨耗层等的方式进行处治。当路面发生结构性破坏，如荷载或温度应力导致的大面积开裂或因路面结构承载力不足导致的车辙等病害，为了恢复道路的服务能力，需要对道路进行中修、大修或改建。相关研究表明，我国每年因高速公路养护产生的废旧沥青混合料(RAP)达到400万吨以上，RAP含有大量可再生的旧沥青与集料，如果将这些材料重复使用在道路工程的建设与养护中，每年可节省近30亿的材料费用，同时减少RAP对周围环境的污染[1]。

一、表面活性剂的基本结构

表面活性剂具有润湿、降粘、增溶、分散等作用，能够降低沥青-集料之间的界面张力，本文选择表面活性剂作为温拌剂的原材料。

表面活性剂又被称为界面活性剂，是一种双亲分子，由极性基团与非极性基团组成，一般根据表面活性剂极性基团的结构形式将其划分为：阴离子型表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂。

表面活性剂分子的结构具有不对称性，一端为亲水的极性基团，简称亲水基，另一端为亲油的非极性基团，简称亲油基，由于其两亲性的特点，拥有独特的界面活性作用，常被作为增溶剂、润滑剂、乳化剂、消泡剂使用。表面活性剂的界面活性作用受到亲水亲油平衡值(HLB)的影响，HLB值表征表面活性剂与极性物质的结合能力，HLB值越低，亲水性越弱，亲油性越强，研究表明：当表面活性剂的HLB介于3～9，分子碳链长度为10～18之间时，能够在沥青表面形成稳定的定向排列，降低沥青与集料的接触角，增强沥青在集料表面的分散与浸润能力[2]。

表1 表面活性剂的分类

二、表面活性剂对固-液界面润湿性质的影响

表面活性剂的浓度和吸附层中表面活性剂分子或离子的定向状态决定了固-液界面的润湿性质，通常吸附层通过以下两种方式改变固-液界面的润湿性质[3]。

①表面活性剂的疏水基直接吸附在固体表面，随着表面活性剂浓度的增加，其分子先平躺，之后亲水基翘向液相，最后亲水基指向液相，形成定向排列。

②表面活性剂的亲水基以电性或其他机性作用力直接吸附在固体表面，随着表面活性剂的增加，先形成饱和定向单层，随后在疏水基的相互作用下亲水基向外排列。

根据表面自由能理论，沥青在集料表面的润湿过程分为沾湿、浸湿、铺展。由于沥青具有较高的粘度和内聚功，不能在集料表面自行铺展，为改善沥青-集料体系的润湿性质，可以通过在沥青中加入表面活性剂，利用其润湿作用降低沥青的表面张力，使其能够润湿集料表面。

三、表面活性温拌再生剂的研究内容

对于废旧沥青混合料(RAP)，由于老化沥青的粘度和软化点较高，为保证老化沥青与新沥青充分融合，同时减少沥青的二次老化，在再生沥青混合料生产过程中，一般要求新沥青与新集料具有较高的加热温度。随着RAP掺量的增加，新集料与新沥青的加热温度逐步升高，相关研究表明，当RAP掺量大于40%，含水率高于3%时，新集料的加热温度要求在230℃以上，才能保证再生沥青混合料的出料温度在150～160℃之间[4]。

为解决以上问题，美德维实伟克公司将Evotherm温拌剂使用在厂拌热再生沥青混合料中，结果表明：该温拌剂能够降低集料与沥青的加热温度20～40℃，同时提高RAP的掺量。对再生沥青混合料的路用性能进行实验，结果显示：相比于一般热拌再生沥青混合料，温拌再生沥青混合料具有更高的低温和水稳定性[3]。

丁济同对使用Evotherm温拌剂的再生沥青混合料的压实性能进行了研究，通过变温压实的方法，研究了再生沥青混合料压实温度与空隙率的关系，结果表明：温拌再生沥青混合料的拌和与压实温度比热再生沥青混合料低10～27℃[5]。

王维营使用费托蜡和表面活性剂作为温拌材料，针对大比例的温拌再生沥青混合料(50%、70%)，研究了温拌沥青的流变特性与温拌再生沥青混合料的路用性能及抗疲劳特性，结果表明：两种温拌剂均能提升沥青的低温蠕变及抗疲劳性能，可以有效降低沥青的粘度，提升沥青混合料的低温性能[1]。

季节，奚进等人采用干拌和湿拌两种工艺配置了有机添加剂类的WRMA，与HRMA进行性能对比，结果表明：在RAP掺量一定的条件下，WRMA的路用性能除高温抗变形能力较HRMA有所提高，低温和水稳性能均有不同程度下降；随着RAP掺量增加，高温抗变形性能增加，而低温抗裂性、水稳定性能均下降[6]。

四、温拌再生沥青混合料性能分析

不加再生剂、使用热拌再生剂和温拌再生剂的沥青混合料，动稳定度均满足规范中大于800次/mm的要求，这与再生沥青动态剪切流变实验的结果一致，即沥青老化后，抗变形能力提高。热拌再生剂和温拌再生剂对沥青混合料的高温性能有负面影响，相对于未使用再生剂的再生沥青混合料，动稳定度下降了11%、25.2%。三种再生方式得到的再生沥青混合料都满足规范中≥2000με的要求，试件的破坏弯拉强度差异较小，再生沥青混合料最大破坏弯拉应变由大到小为：加热拌再生剂>加温拌再生剂>不加再生剂，表明，温拌再生剂和热拌再生剂对再生沥青混合料的低温性能均有改善效果，并且热拌再生剂对低温性能的改善优于温拌再生剂。再生沥青混合料破坏弯曲劲度模量由大到小为不加再生剂>加温拌再生剂>加热拌再生剂，热拌再生剂和温拌再生剂都降低了沥青混合料的弯曲劲度模量，这主要是因为再生剂使老化沥青软化，提高了老化沥青在低温状态下的应力松弛能力。

结论

(1)虽然在沥青再生利用和温拌技术两方面，已有大量的成果，但是对于温拌再生沥青混合料的研究尚处于探索阶段,国内外学者对于温拌再生技术的研究主要集中在再生混合料的路用性能方面。

(2)热拌再生剂在高温及低温性能方面对再生沥青及混合料性能的影响效果较好，温拌再生剂对沥青水稳定性具有较好的影响。