再生剂对再生沥青及沥青混合料性能影响

■李 松

（河北瑞志交通技术咨询有限公司，石家庄 050091）

随着我国公路尤其是高等级公路建设逐渐由建设为主、建养为主向养护为主转变，原路面材料的处治已成为目前关注的热点问题。 相应地，再生沥青混凝土（RAC）的使用已成为路面工程领域的一个普遍趋势。 RAC 不仅可有效节约资源、解决建筑材料短缺问题，也与我国提倡的绿色公路理念相一致[1-2]。

调节RAC 的质量是实现再生沥青路面材料使用量最大化的关键步骤，当再生沥青路面材料中含有坚硬老化的沥青时，老化后的沥青很难回收。 再生剂又称回收剂，其适用于高氧化材料或含有大量再生沥青路面材料的混合物，使用再生剂通常是回收沥青最有效的方法。 采用合适的再生剂类型和掺量，对提高沥青混凝土再生利用的效率具有极其重要的意义。 此外，再生剂掺量对调节老化沥青的性能也至关重要[3-5]。 再生剂或沥青的化学成分包括饱和芬、芳香芬、胶质及沥青质。 在回收的老化沥青中引入再生剂，可以弥补小分子组分的减少。 由于再生剂具有比普通沥青更高的饱和芬含量和更低的黏度，可有效改善老化沥青的流变特性。 目前对于再生剂对沥青及沥青混合料性能的影响进行了一定研究， 但相关研究对再生剂机理性分析较多，对特定项目实际运用指导性还有待加强。 本试验以某高速实体工程为依托， 选取3 种再生剂 （RA-25、RA-75 和RA-250） 不同掺量 （0、10%、20%、30%、40%） 对老化沥青的物理性能及混合料的力学性能进行分析，以期为类似沥青路面的再生应用工程提供借鉴与参考。

1 原材料及测试方法

1.1 沥青与集料

选取某高速公路AC-20 型再生沥青路面材料为分析对象， 采用离心抽提法提取得到老化沥青，再生沥青混合料所用新沥青技术指标见表1。

表1 新沥青（70#）技术指标

再生沥青混凝土由再生沥青混合料（RAP）、再生粗细集料及新集料组成， 根据相关研究及现有工程运用经验，RAP 一般掺入比例不超过40%～50%。为研究不同再生剂对再生沥青及沥青混合料性能影响，本试验统一选用35%RAP 掺量进行后续分析[6-7]。再生沥青混合料合成级配见表2。

表2 再生沥青混合料合成级配（AC-20）

1.2 再生剂

再生剂由不同比例的芳香油、矿物油、合成树脂及聚酰胺等制备而成。 加入再生剂可降低沥青低温稠度，改善沥青流动性能，恢复老化沥青的渗透性和稠度。 本研究采用3 种国内某企业生产的再生剂，分别为：RA-25、RA-75 和RA-250，相关指标符合《热拌用沥青再生剂(NB/SH/T 0819-2010)》技术要求。

1.3 测试方法

1.3.1 再生沥青的物理性能分析

沥青物理性能一般采用针入度、延度、软化点及黏度等进行表征。 试验选用上述指标测定不同再生剂种类、 不同掺量 （占沥青总质量百分比：0、10%、20%、30%、40%） 下再生沥青物理性能变化。其中针入度试验参数选用25℃，延度试验参数选用5 cm/min、25℃，黏度测定60℃布氏黏度。

1.3.2 再生混合料的力学性能分析

为研究再生剂对再生沥青混合料力学性能影响，选取稳定度、劈裂抗拉强度两项主要力学性能指标进行对比研究。 由于集料级配、沥青黏度等性能指标均可影响混合料性能， 为避免其他因素影响，研究采用前述单一合成级配进行分析。

为确定再生剂对混合料稳定度的影响，首先分别按10%、20%、30%、40%的不同比例加入RA-25、RA-75 和RA-250 这3 种再生剂，对马歇尔试样进行稳定度试验。 为分析再生剂对混合料性能影响，进行混合料性能试验分析前保证沥青黏度一致。 通过前期试验， 当RA-25、RA-75 和RA-250 掺量分别为10%、18%和36%时沥青黏度指标一致， 因此选用上述掺量进行后续混合料试验。 其中，再生剂添加上述掺量后再生沥青黏度为200 Pa·s。

2 结果与分析

2.1 再生剂对再生沥青物理性能的影响

2.1.1 针入度

从图1 可知，未添加再生剂时，老化沥青针入度为20（0.01 mm）。 加入不同掺量的再生剂提高了沥青的针入度，说明再生剂对老化沥青的稠度有促进作用，表明再生剂能有效软化老化沥青。 分别加入3 种再生剂后，RA-25 可显著提高针入度，这是由于RA-25 黏度较低更有助于针入度的提高。 根据70#基质沥青针入度要求，要求针入度应满足60～80（0.01 mm）。 为此， 根据试验结果RA-25、RA-75 和RA-250 掺加量应分别为：24%、37%及＞40%。

图1 再生剂对再生沥青针入度的影响

2.1.2 延度

从表3 可知，添加10%的3 种再生剂时即可显著提高老化沥青的延性，当掺量达到20%时，3 种再生剂均可使老化沥青延度大于100 cm。这说明再生剂有效地改善了再生沥青的延性，增加了再生沥青的内聚性。同时也发现，当掺量较小（＜20%）时，RA-25 和RA-75 再生剂比RA-250 再生剂更能提高再生沥青的延性。

表3 再生剂对再生沥青延度的影响

2.1.3 软化点

软化点试验可以确定沥青达到流动状态时的温度，其为反映路面高温变形的一个重要指标。 从图2 可知，回收后的沥青初始软化点为68℃，随着再生剂掺量的增加呈直线下降，相关线性拟合关系如下所示：

图2 再生剂对再生沥青软化点的影响

RA-25 拟合方程为y=-47x+65.4（R2=0.926）；

RA-75 拟合方程为y=-48x+64.8（R2=0.893）；

RA-250 拟合方程为y=-40x+65.9（R2=0.931）。

分析可知，再生剂掺量为10%时，RA-25、RA-75 和RA-250 这3 种再生剂分别使再生沥青软化点增加约4.7℃、4.8℃和4.0℃。 与RA-250 相比，添加RA-25 或RA-75 的再生沥青软化点变化较大，说明RA-25 和RA-75 比RA-250 能更有效地软化再生沥青。同时，再生沥青掺入RA-25 和RA-75 后黏度较RA-250 低，表明RA-25 和RA-75 两种再生剂对再生沥青具有较高的温度敏感性和软化作用。

2.1.4 黏度

黏度是液体抵抗流动的能力，由于组成成分硬化，老化沥青黏度高、流动困难。 添加再生剂后可降低老化沥青黏度， 使其逐渐向牛顿液体状态转化。从图3 可知，老化沥青初始黏度为4 280 Pa·s，再生沥青的黏度随着再生剂掺量的增加而降低，说明再生剂的加入有效降低了再生沥青的黏度。 同时可发现，当再生剂掺量小于10%时，再生沥青黏度呈直线下降， 添加RA-25 再生剂的再生沥青黏度下降幅度最大、RA-250 再生剂使黏度幅度降低最小。这是由于RA-25 的黏度相对较低， 相较其他再生剂更容易软化沥青。

图3 再生剂对再生沥青黏度的影响

2.2 再生剂对沥青混合料性能的影响

2.2.1 稳定度

由图4 可知，由于添加不同比例的再生剂产生不同的黏度，因此每种RA 的稳定性值都有不同的降低。 在相同掺量条件下，采用RA-25 再生剂混合料的稳定度最小，RA-250 最大， 且RA-75 与RA-250 相差不大。这是由于RA-250 具有较高的黏度，其可使沥青与沥青胶浆较具有较大的刚度，变形时具有较大的抗变形能力，因而具有较高的稳定度。

图4 再生剂对沥青混合料稳定度的影响

由于再生剂掺量一般通过再生沥青指标恢复情况进行确定，黏度作为沥青性能与沥青混合料施工性能的关键指标，可将其作为再生剂掺量确定的技术指标。 再生剂不同掺量条件下，使再生沥青具有相同黏度时，3 种沥青混合料的稳定度值如表4所示。

表4 相同黏度条件下混合料稳定度

从表4 可知， 当再生沥青具有相同黏度相同时，3 种混合料稳定度值大小顺序为：RA-75＞RA-250-250＞RA-25，表明当不同再生剂使老化沥青恢复至相同黏度时，RA-75 使沥青混合料力学性能最佳。 但上述研究结果基于再生剂不同掺量，因此进行再生剂种类及掺量选用时，应综合经济性及改善效果进行遴选分析。

2.2.2 劈裂强度分析

劈裂强度试验又称间接抗拉强度试验，其反映了沥青混凝土对拉应力的抵抗能力，可以表征沥青混凝土的抗拉或“开裂”性能。 当再生沥青黏度统一调配为200 Pa·s 时，添加不同类型的再生剂后马歇尔试样劈裂强度的变化见表5。

表5 相同黏度条件下混合料劈裂强度

由表4 可知，在相同黏度条件下，与其他再生剂相比，RA-75 改性后沥青混凝土劈裂强度最大，表明加入RA-75 可以减缓沥青路面的开裂趋势；同时RA-250 与其相当，而RA-25 改性后青混凝土劈裂强度最小，只有两者一半。

3 结论

通过室内试验分析， 评价了黏度为4 280 Pa·s的再生沥青的物理性能， 以及掺入RA-25、RA-75和RA-250 这3 种再生剂后对再生沥青及沥青混合料力学性能的影响，得出以下结论。

（1）添加不同数量和类型的再生剂，会使再生沥青的物理性质产生显著差异。3 种再生剂中，RA-25 对再生沥青物理性能恢复能力最好。

（2）当不同再生剂使老化沥青恢复至相同黏度时，与RA-25 和RA-250 相比，加入RA-75 再生剂后对沥青混合料试件的稳定度与劈裂抗拉强度提高效果更显著。

（3）在进行再生剂种类及掺量选取时，应综合经济性及改善效果进行遴选分析。