不同类型再生剂对老化沥青再生效果对比研究*

张 宇，李 宁，詹 贺，邹晓勇，唐 伟，王中原，于 新

（1河海大学 土木与交通学院，江苏南京 210098；2 金华市公路管理局，浙江金华 321013）

在我国，资源短缺以及过度开采引发的环境问题已日益凸显，经济、社会的发展必须谋求与自然资源和生态环境的和谐发展［1-3］。沥青路面养护面临着基础建设原材料紧缺与产生大量的废旧路面材料（Recycled Asphalt Pavement，RAP）的多重矛盾，RAP的高效再生利用已成为道路交通发展的必然趋势［4-5］。作为有机大分子材料，沥青在储存、拌和、摊铺和长期服役过程中受到热、氧及紫外照射等自然老化作用，化学组分之间的配伍性发生变化，路用性能不断劣化，难以满足使用要求。因此老化沥青的性能恢复成为了RAP料高效再生利用的关键要素，老化沥青性能恢复主要依靠再生剂对其化学组分和胶体结构进行调整，从而达到改善其性能的目的。

研究人员对老化沥青的再生方法展开了大量研究。鄢然［6］采用普通再生剂对老化沥青进行多次再生，结果表明普通再生剂只能补充沥青中轻质组分，无法补充失效的SBS改性剂，再生沥青的性能达不到新沥青的水平。丁其宇［7］对比了H、S、G三种不同类型的再生剂，采用荧光显微镜对再生前后SBS改性沥青的微观相态进行分析，研究表明SBS改性沥青有较好的抗老化能力，合适掺量的再生剂可以使再生沥青性能满足规范要求。然而，现行的《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）对再生剂的要求较为模糊，市售再生剂均可以满足其基本要求［8］。研究表明［9］，再生剂类型及掺量对再生沥青混合料的路用性能具有较大的影响。如何评价与优选再生剂一直是道路养护单位面临的难题。本研究选取4种不用类型的再生剂，从宏观性能试验和微观分析的角度评价再生剂对老化沥青的再生效果，并进行再生沥青混合料路用性能验证，最终形成再生剂评价体系。

1 试验部分

1.1 原材料

1.1.1 新沥青与老化沥青

新SBS改性沥青来自于南通通沙沥青厂，沥青等级为PG76-22。相关研究［10-11］表明沥青在长时间服役过程中主要发生热氧老化，延时旋转薄膜烘箱热氧老化（RTFOT）能较好的模拟路面沥青的老化情况。采取RTFOT延时老化6 h［12-13］（R6）的方法制备老化沥青，与原路面回收沥青性能相近，以解决原路面回收老化沥青质量偏少，沥青质量不稳定的问题。新沥青、模拟老化沥青和现场回收沥青的性能见表1。

表1 三种沥青的三大指标和布氏黏度Table 1 Three indexes and brinell viscosity of asphalts

1.1.2 再生剂

选用四种不同厂家生产的再生剂，分别为A、B、C、D，再生剂的常规技术指标见表2。

表2 不同类型再生剂的常规技术指标Table 2 Conventional technical indicators for different types of regeneration agents

1.1.3 再生沥青

结合实际工程中再生剂的应用掺量，在R6老化沥青中分别加入质量分数为5%的A、B、C、D再生剂，在130 ℃的烘箱中保温发育1 h后制得再生沥青。

1.2 试验方法

1.2.1 再生剂的抗老化试验

再生剂的抗老化性能试验依照《公路沥青路面再生技术规范》（JTG/T 5521-2019）进行，主要包括再生剂老化前后的60 ℃旋转布氏黏度和质量损失。

综上所述，糖尿病并发肺结核诊断实行CT检查的效果显著，能充分发挥CT检查多样性的作用，大大提高干酪样病变及空洞形成的诊断检出率，值得在临床领域中使用及推广。

1.2.2 再生沥青及混合料性能试验

再生沥青的三大指标、布氏旋转黏度试验，再生沥青混合料的低温和水稳定性依照JTG E20-2011规范进行。

1.2.3 红外光谱试验

采用岛津IRTracer-100傅里叶变换红外光谱仪对再生剂、再生沥青进行红外光谱扫描。

2 结果与讨论

2.1 再生剂的耐老化性能

目前市面上的再生剂产品质量良莠不齐，部分再生剂的耐老化性能较差。美国、日本和我国的再生剂质量评价标准中，均采用了RFTOT或TFOT之后的残留物质量变化、黏度比来评价再生剂的耐短期老化性质。短期老化前后再生剂的60 ℃布氏旋转黏度试验、残留物质量变化试验结果如图1所示。

图1 再生剂耐老化性能试验结果Fig. 1 Test results of aging resistance of regeneration agent

从图1可以看出，所选用的4种再生剂的残留物质量变化和黏度比均能满足规范对再生剂的技术要求，耐老化性能良好。相比于其他再生剂，D老化前的黏度最低，经短期老化后性能变化小，耐短期老化性能最好；A再生剂经短期老化后黏度变化较为明显，表明抗短期老化能力较弱，但老化后的黏度仍较低，施工和易性良好；B、C再生剂的黏度比和质量变化基本一致，耐老化性能良好，但是C的黏度较大，施工和易性不佳。从再生剂的施工和易性和耐老化角度，推荐B、D再生剂。

由图1也可以看出，再生剂的质量变化和黏度比具有相同的变化趋势，质量变化较低的再生剂黏度比也较小。为了进一步量化两者之间的关系，以质量变化为横坐标，黏度比为纵坐标进行线性拟合，拟合结果如图2所示。再生剂的质量变化与黏度比具有较好的线性相关性，R2可以达到0.96以上。这个规律可以由再生剂的组成来解释，再生剂的主要成分为轻质油分，黏度越低的再生剂含有的轻质组分越多。然而轻质组分的抗老化性能较差，在热氧短期老化作用下，轻质组分易挥发降解，导致再生剂的整体质量降低；大分子占比增加，最终引起再生剂体系的黏度和黏度比增加。质量比和黏度比在一定程度上可以反映再生剂的抗老化性能，然而随着各种新材料应用于沥青行业，再生剂的抗老化性能仍需与再生性能相挂钩。

图2 再生剂老化前后质量变化-黏度比关系图Fig 2 Relationship between mass change and viscosity ratio of regeneration agent before and after aging

2.2 再生剂对老化沥青的再生效果

新SBS改性沥青、R6及相应再生沥青的三大指标、布氏黏度试验结果见表3。

表3 不同类型再生沥青测试结果Table 3 Test results of different types of recycled asphalt

再生剂可以看作老化沥青的软化增塑剂，可以起到增大老化沥青分子链之间的间距，稀释并屏蔽大分子中的极性基团，减少分子间相互作用力的作用，使再生沥青体系的黏度得以降低。从表3可知，加入等量再生剂后沥青的针入度、5℃延度均显著增加，软化点和135 ℃黏度减低，表明再生沥青的高温性能降低，低温性能有所改善。

四种再生沥青中，A再生沥青的针入度最低，软化点下降幅度最小，再生剂A对提升5 ℃延度和降黏效果显著，有效补充了老化沥青缺失的轻质组分，增强沥青的低温延展性。D再生剂提升沥青的针入度最为显著，对提升5 ℃延度和降黏效果不明显，不利于改善老化沥青的低温性能，且加入再生剂后软化点下降较快。B、C对老化沥青性能的恢复效果与A较为一致。根据再生剂对老化沥青性能的提升效果，结果表明B再生剂性能较优，再生剂D性能处于中等水平。

2.3 红外光谱结果分析

2.3.1 不同类型再生剂红外光谱分析

为了分析不同类型再生剂存在的组分差异，参照文献［14］中的相关分析方法，分别对四种不同再生剂进行红外光谱扫描，红外光谱图如图3所示。

图3 不同再生剂红外光谱图Fig. 3 Infrared spectra of different regenerators

由图3可以看出，4种再生剂中均含有芳环或杂环C-H原子吸收振动峰(3043.70cm-1)，CH2反对称和对称伸缩振动峰(2920.14cm-1及2851.75cm-1)，芳烃C=C键产生的峰位(1602.16cm-1)、烷烃CH3链的C-H弯曲振动(1453.16cm-1、1375.26cm-1)、氧上带脂肪链的脂肪醚C-O伸缩振动峰(1157.67cm-1)、亚砜基(1032.32cm-1)、苯环上的-CH面外弯曲振动吸收峰(872.75cm-1、808.04cm-1、746.44cm-1、530.18cm-1)。

再生剂A出现了饱和脂肪酸酯的C=O键伸缩振动峰（1743.12cm-1），表明其饱和分含量较高；再生剂B、C、D出现了直链C=C双键特征峰（963.47cm-1），表明再生剂中加入了少量SBS或者SBR胶乳，补充了部分失效的SBS改性剂；B、C再生剂含有明显的烃基N-H伸缩振动峰（3426.30cm-1），再生剂中可能加入了一定的胺类抗剥落剂。根据官能团分析得到4种再生剂的主要组分见表4。

表4 再生剂主要组分Table 4 Main components of regeneration agent

由表4可以看出，4种再生剂的的组分有所差异，但总体上是以芳香分、饱和分和胶质为主。相关研究［15］表明，选择再生剂时不能偏向于芳烃油含量大的再生剂，胶质含量大的低粘度油料具有更好的再生效果和热稳定性。再生剂A则属于此类型，再生效果良好。因此，根据再生剂组分分析推荐A、B再生剂。

2.3.2 不同类型再生沥青红外光谱分析

不同类型再生沥青的红外光谱图如图4所示。

图4 再生沥青与新沥青红外光谱Fig. 4 Infrared spectra of recycled asphalt and new asphalt

再生沥青的红外光谱显示，再生沥青与新沥青的特征峰位置基本一致，再生沥青的特征峰吸收强度趋于新沥青，表明4种再生剂均可以补充老化沥青缺失的轻质组分。再生剂的主要作用是还原老化沥青性能，鉴于再生剂生成条件较为复杂，建议以饱和分、芳香分含量为参考指标，根据再生沥青的三大指标优选再生剂，同时需要保证施工和易性、渗透性好等要求。

2.4 不同类型再生剂对再生混合料性能的影响

将再生剂按照现场施工过程的添加流程，对老化沥青混合料进行再生，并进行低温弯曲小梁和冻融劈裂强度试验，评价不同再生剂对老化沥青混合料低温性能和水稳定性的改善效果。试验结果见表5。

表5 不同再生沥青混合料低温性能、水稳定性试验结果Table 5 Test results of low temperature performance and water stability of different recycled asphalt mixtures

从再生沥青混合料恢复效果来看，与前文再生剂对老化沥青性能恢复的规律基本一致。添加再生剂可以在一定程度上恢复老化沥青玛蹄脂的性能，改善老化沥青混合料的低温性能和水稳定性。但是与新沥青混合料相比，再生料的性能仍有一定的差距，因此后续研究中仍需不断研发高渗透性再生剂，促进老化沥青的有效再生，提升SMA再生沥青混合料的质量。

2.5 再生剂性能综合评价方法

综合考虑再生剂评价因素：热稳定性、施工和易性、对老化沥青的恢复情况、官能团成分分析，得到再生剂的综合性能排序，见表6。

表6 再生剂评价排序Table 6 Ranking of regeneration agents

通过对4种再生剂进行5方面的性能评价，确定再生剂B对老化沥青的综合再生效果最优。再生剂A虽然对老化沥青具有较好的恢复效果，但是考虑到其热稳定性和施工和易性较差，在施工时不易控制质量。因此，在进行再生剂评价时，热稳定性和施工和易性可以作为再生剂初步筛选过程，着重对比对老化沥青和混合料的再生效果，必要时采用红外光谱分析浊定其组分。本评价方法可以为后续再生剂的优选与研发提供理论参考。

3 结论

（1）再生剂宏观性能和微观试验结果表明，含有改性组分的再生剂再生效果较好，再生剂选择时需要同时兼顾再生沥青和再生沥青混合料的性能。

（2）通过对4种不同再生剂的性能多方面分析，形成了一套简单评价再生剂再生性能的方法，然而不同类型再生剂的长期作用效果仍需不断加强应用观浊。