再生沥青PAV老化后性能评价分析

张利民

（甘肃顺达路桥建设有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

提高路面废弃材料再生利用水平是实现“绿色交通”的具体要求和重要途径。我国沥青路面正处于改扩建和维修加铺的周期性阶段，废旧沥青的回收再利用对材料循环利用有关键作用。国内外针对废旧沥青的再生方法和技术性能开展了大量研究。在沥青再生工艺方面，借助动态剪切流变试验和斯托克斯-爱因斯坦方程，研究了再生剂向老化沥青的渗透行为，提出了再生沥青的适宜再生条件；采用阿布森法和旋转蒸发器，对回收沥青进行性能指标测试，结果表明，阿布森法对沥青的老化影响程度小，但是操作工艺复杂。结合国内外沥青再生剂种类，研发了Z型沥青再生剂，并分析了再生剂对沥青和沥青混合料性能的影响。但是，再生沥青在应用中必然面临再老化现象，而针对再生沥青再老化后的性能研究尚不多见[1]。

为此，本文选用三种再生剂对回收沥青再生，通过压力老化试验（PAV）模拟沥青长期老化，通过针入度、软化点、延度、车辙因子、低温弯曲蠕变劲度模量等性能指标测试，对比老化前后再生沥青的性能指标变化，分析再老化对再生沥青性能的影响。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

试验优选了三种沥青再生剂，再生剂A为辽宁交通科研所开发的JY型再生剂、再生剂B为日本JSR株式会社研制的RF再生剂、再生剂C为重庆交通大学研发的RA-2型再生剂，已有研究成果的推荐用量分别为7%、9%和7%。回收沥青采用抽提法从废旧沥青沥青混合料中提取[2]，废旧沥青混合料取自铜仁S305 沥青面层材料，面层材料为AC-13沥青混合料，所用沥青为SK AH-90基质沥青。在回收沥青中加入三种再生剂配制再生沥青A、B和C，并以SK AH-90基质沥青作为基准。本文共采用五种沥青样品，分别是SK AH-90基质沥青、回收沥青、再生沥青A、再生沥青B和再生沥青C。

1.2 试验方法

为了探究再生沥青再老化后的性能，采用压力老化试验(PAV)对五种沥青样品进行长期老化，试验条件为老化温度100℃、老化时间48h、老化压力2.1MPa。老化前后样品的试验内容包括：采用沥青组份全自动分析仪进行组分分析，进行沥青的三大指标测试试验，采用动态剪切流变试验(DSR)测试沥青的复数剪切模量G*和相位角δ，采用沥青弯曲小梁试验(BBR)测试沥青的弯曲蠕变劲度S和m值。试验流程均按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》及AASHTO的规范要求进行。通过上述试验对五种沥青样品老化前后的测试指标进行对比，分析长期老化对再生沥青的性能影响。五种沥青的技术指标见表1。

表1 五种沥青的技术指标

2 试验结果及分析

2.1 沥青组分

采用全自动沥青组分分析仪对老化后的五种沥青样品进行分析试验，试验结果见表2。

表2 老化后沥青的四组分组成

从表2可以看出，在回收沥青中加入再生剂后，再生沥青的组分能恢复到AH-90基质沥青的组分水平；再生剂A和再生剂C对提高回收沥青中的饱和分和芳香分含量效果优于再生剂B，再生剂B对降低回收沥青中的胶质含量效果次于再生剂A和再生剂C；再生剂C能够显著降低沥青质含量，优于其他两种再生剂[3]。从老化后沥青组分来看，相比基质沥青，三种再生沥青老化后饱和分和芳香分含量升高，沥青质含量近似，胶质含量降低，表明三种再生剂在不同程度上提高了回收沥青的抗老化性能，这与再生剂的组成成分有关。经老化后，五种沥青样品组分的变化增减幅度见图1。

图1 老化后沥青组份变化幅度

由图1可以看出，经老化后，五种样品的沥青质含量均增大；芳香分含量均减小，降低幅度相近；而饱和分和胶质含量的变化有增有减，变化相对复杂。经老化后，回收沥青的沥青质和胶质含量比其他四种样品的变化幅度小，而饱和分含量比其他四种样品的变化幅度大，表明老化时间越长、温度越高时，沥青中的轻质成分损失越严重[4]。再生沥青B和再生沥青C老化后饱和分含量略有增加或不变，说明再生剂B和再生剂C能控制或减少沥青中饱和分的损失。再生沥青B经老化后与再生沥青A和再生沥青C不同，其饱和分含量增长了5%、胶质含量降低了10%左右，说明再生剂B抑制了回收沥青中轻质组分损失。

2.2 沥青的三大指标

经老化后，沥青组分发生了较大变化，沥青的三大指标也发生了相应改变。五种样品老化后三大指标的试验结果如表3所示。

表3 五种沥青老化后的三大指标

由表1和表3可知，经老化后，五种沥青样品的针入度和延度降低，软化点升高，回收沥青的各项指标均最差。五种沥青样品的三大指标老化前后的变化幅度如图2所示。由图2可知，老化后五种沥青样品的针入度下降了50%～80%，三种再生沥青的针入度变化幅度均小于基质沥青；回收沥青经过老化后针入度下降了近80%；再生沥青A的针入度下降幅度最小，约降低了50%；再生沥青C的针入度下降幅度与再生沥青A近似；再生沥青B的针入度的下降幅度是三种再生沥青中变化最大的，约65%。回收沥青的软化点增幅最小，为24%，老化前后其软化点均是五种沥青样品中最高的；再生沥青A的软化点增幅最大，为37%；再生沥青B和再生沥青C的软化点变化幅度相近。五种沥青样品的延度变化状况与针入度的变化趋势相同，变化范围为70%～90%。

图2 老化后沥青三大指标变化

从老化前后再生沥青的三大指标变化幅度来看，再生沥青A的再生效果最佳，针入度和延度降低幅度最小，软化点升高幅度最大。

2.3 DSR结果及分析

通过DSR试验对五种沥青老化前后的复数剪切模量G*和相位角δ进行测试，采用抗车辙因子G**sin-1δ值反映沥青的高温抗变形能力，老化前后的结果分别如图3和图4所示。

从图3和图4可知，经老化后，五种沥青样品的抗车辙因子均增大，其中回收沥青的抗车辙因子在老化前后均最大，说明老化时间直接影响车辙因子的大小，老化时间越长，抗车辙因子越大，抗变形能力越强。老化前，基质沥青和再生沥青C的抗车辙因子基本相同，再生沥青A的抗车辙因子高于再生沥青C；老化后再生沥青B的抗车辙因子高于再生沥青A和再生沥青C，基质沥青的抗车辙因子最小。

图3 老化前抗车辙因子

图4 老化后抗车辙因子

从抗车辙因子随温度的变化增量来看，在58～70℃时，五种沥青样品的抗车辙因子变化幅度较大；在70～82℃时，五种沥青样品的抗车辙因子变化相对较小。这表明在温度低于70℃时，无论是否老化，随着温度变化，五种沥青的抗变形能力变化显著，对温度变化敏感，而当温度高于70℃后，五种沥青的抗变形能力相近。

2.4 BBR结果及分析

在温度为-10℃、加载时间为1min条件下对五种沥青样品进行BBR试验，采用蠕变劲度S与m表征沥青的低温抗开裂性能，结果见图5。

由图5可知，经老化后，五种沥青样品的蠕变劲度都产生了不同程度的增加，基质沥青的蠕变劲度增长比例最大，为35%；回收沥青的蠕变劲度在老化前后均是最大，老化后增长了20%。与基质沥青相比，老化前回收沥青的蠕变劲度增长了104%；老化后回收沥青的蠕变劲度增长了81%，表明实际老化情况对沥青低温蠕变劲度的影响要强于PAV试验老化对沥青劲度模量的老化，原因可能是由于PAV模拟了热氧老化对沥青的影响，而实际的老化原因是多样的，如水分、光照、行车、沥青膜厚度、混合料空隙率等因素均会导致沥青老化，故回收沥青的蠕变劲度要远高于基质沥青。老化前后三种再生沥青的蠕变劲度变化情况大体相近，蠕变劲度均增长约20%；与回收沥青相比，再生沥青的蠕变劲度均明显降低，表明再生沥青的低温抗开裂性能得到了改善，且三种再生剂对回收沥青的蠕变劲度影响程度一致，没有明显差异性。

图5 老化前后沥青的劲度S和m值

BBR试验中的m值表征蠕变劲度随时间变化的速率，m值越大，说明沥青对温度应力的消散能力越强。从图5中可以看出，经老化后，五种沥青样品的m值明显减小；回收沥青的m值减小程度最大，降低了25%，其他几种沥青的m值降低了10%左右。五种沥青的蠕变劲度和m值在老化前后的变化情况表明，加入再生剂后可将回收沥青的低温抗开裂性能恢复到与基质沥青相近的水平，且三种再生剂的改善效果没有明显差异。

3 结论

1）从沥青组分分析来看，再生剂改变了回收沥青的组成成分，不同再生剂对再生沥青不同组分的影响程度不同，再生沥青B经老化后饱和分含量增加、胶质含量降低，与其他沥青老化后组分变化不同。

2）经老化后，沥青的三大指标发生明显变化，再生沥青的针入度和延度变化幅度均小于基质沥青，而再生沥青A的软化点增长幅度最大，针入度和延度的降低幅度最小。

3）老化前后回收沥青的抗车辙因子均最大，再生沥青C的抗车辙因子小于其他两种再生沥青；当温度低于70℃时，抗车辙因子对温度变化敏感。

4）经老化后，三种再生沥青的蠕变劲度与基质沥青的水平相当，回收沥青的蠕变劲度明显高于其他沥青；老化对基质沥青的蠕变劲度影响最大，对其他四种沥青的蠕变劲度影响程度相近。再生沥青的低温抗开裂性能与基质沥青相近，能显著改善回收沥青的低温抗开裂性能，且改善效果差异不大。