沥青再生剂老化性能分析

谢世平

(重庆通力高速公路养护工程有限公司，重庆 401120)

0 前 言

沥青路面在长期服务过程中，受光、氧、雨水等自然因素及交通荷载的作用而发生一系列物理化学变化，造成路面的破坏[1-2]。根据2018年交通部公布的高速公路车道里程，估算我国每年产生至少1.5亿t的废旧沥青混合料(RAP)。RAP的回收利用具有较好的环境与经济效益，RAP掺量在20%～50%时能节约建设成本14%～34%，同时减少沥青与石料的开采[3]。在RAP掺量较高时，再生沥青混合料的使用性能会有下降。W.Mogawer等[4]发现随着RAP掺量的提高，再生沥青混合料的硬度增加，损害了再生沥青混合料的压实性能，进而造成路面易产生低温与疲劳开裂。RAP掺量越高，相应的经济与环境效益越明显，为了保证再生沥青混合料的使用性能，需要掺加沥青再生剂[5]。倪富健[6]将再生剂加入RAP掺量为50%的再生混合料中，发现再生混合料路用性能可以满足高等级公路上面层的路用技术要求。曹荣吉等[7]研究表明，再生剂可以综合提高和改善老化沥青铣刨料的路用性能，与单纯掺加新鲜沥青混合料的再生方式相比，掺加沥青再生剂的再生混合料体系更加均匀，各项性能指标明显改善。

综上所述，沥青再生剂可以较好地改善再生沥青混合料的路用性能，但再生剂存在耐老化性差的缺点。研究通过对自制再生剂A和商用再生剂B不同老化程度的物理与流变性能测试，分析自制再生剂A的耐老化性能。

1 实验材料与方法

1.1 沥 青

基质沥青为70#沥青，老化沥青通过压力老化容器(PAV)进行老化获得，老化过程参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(T0630—2011)。沥青性能指标见表1。

表1 基质沥青、老化沥青物理指标

1.2 再生剂

自制再生剂A以高温蒸馏油脚为基础油，10%环己烷二羧酸二烷基酯增塑剂，2%光稳定剂受阻胺HS-944，5%高温稳定剂TPS。再生剂B从江苏购买。再生剂物化指标见表2。

表2 再生剂物化指标

1.3 实验方法

首先将A、B两种再生剂以3%、6%、9%、12%四种掺量加入老化沥青，以再生沥青针入度恢复至71.9时的再生剂掺量为最佳掺量。测试A、B两种再生沥青在短期老化(RTFOT)与长期老化(PAV)后的针入度、延度和流变指标，流变指标通过DSR温度扫描获得，扫描温度为40 ℃～85 ℃，应变控制12%，频率10 rad/s。最后通过热重测试分析再生剂A/B的分解特性，进而阐述再生剂耐老化性存在差异的原因。

2 测试结果与分析

2.1 确定再生剂A/B最佳掺量

图1 A/B再生剂不同掺量下沥青针入度

如图1所示，随着再生剂掺量的增加，再生沥青的针入度不断提高。再生剂A比B对老化沥青针入度提高效果更加显著。以再生沥青针入度恢复至基质沥青水平为标准，再生剂A的最佳掺量约为6%，再生剂B的最佳掺量为9%。在最佳掺量下三种沥青的针入度较为相近，原样沥青为71.9，A再生沥青为68.9，B再生沥青为74.1。

2.2 老化对针入度与延度的影响

如图2所示，三种沥青在短期老化(RTFOT)后针入度略有下降，长期老化(PAV)后显著下降。在同一老化程度下，不同沥青老化后的针入度存在差异，且老化程度越严重，不同沥青的针入度差异越显著。

图2 不同老化程度沥青针入度

如图3所示，三种沥青在短期老化(RTFOT)后延度略有下降，长期老化(PAV)后延度显著下降，原样沥青与B再生沥青长期老化后延度测试发生脆断。在同一老化程度下，不同沥青老化后的延度存在差异，且老化程度越严重，不同沥青的延度差异越显著。

图3 不同老化程度沥青延度

老化前后指标的变化率常用于表征沥青的抗老化性能，如表3所示，针入度与延度变化率均为，老化后与老化前的指标差值。A再生沥青的针入度与延度在不同老化程度的变化率均最小，其次为原有沥青，B再生沥青最大，因此A再生沥青的耐老化性能最优。

表3 不同老化程度沥青针入度与延度变化率

2.3 老化对流变指标的影响

通过DSR温度扫描获得40 ℃、55 ℃、70 ℃和85 ℃下，基质沥青、A再生沥青和B再生沥青在不同老化状态下的复数模量。如表4所示，通过老化前后复数模量的变化率表征沥青的老化性能，在不同老化程度下，A再生沥青均有较小的复数模量变化率，因而A再生沥青老化性能较为优异。

表4 不同老化程度沥青复数模量变化率

2.4 再生剂A/B受热分解特性

以上研究表明A再生沥青相比B再生沥青具有较好的老化性能，造成老化性能的差异是再生A、B引起的。沥青发生老化的原因是沥青中的轻质组分在受热过程中发生挥发，进而使得沥青物理与流变性能下降。热重测试可以表征再生剂在不同温度下的分解状态，进而分析再生剂的耐老化性质。如图4所示，在240 ℃左右时，A与B均开始分解；在430 ℃左右时，B完全分解；在480 ℃左右时，A完全分解。B受热分解温度相对A更低，因而A再生沥青具有更好的抗老化性能。

图4 A与B再生剂热重曲线

3 结 论

1)以再生沥青针入度恢复至基质沥青水平为标准，再生剂A的最佳掺量约为6%，再生剂B的最佳掺量为9%。

2)沥青老化程度越严重，针入度、延度和复数模量变化越显著。老化后沥青针入度、延度与复数模量变化率表明，A再生沥青具有较好的老化性能。

3)再生剂A受热分解温度显著高于再生剂B，A中含有相对较少的挥发成分，因而具有更好的抗老化性能。

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