植物油/石化油基再生剂对RAP力学性能的影响研究

王 淼，岳亚军 ，刘永光，严攀登 ，魏红强

（1.亳州机场开发投资有限责任公司，安徽 亳州 236800；2.中机空港（北京）建设有限公司，北京 100001）

0 引言

就地热再生是沥青路面再生利用的一种重要方式，其施工不需要铣刨，通过加热、耙松、添加再生剂以及视情况添加少部分新料，在治愈路面病害的同时，还可实现路面材料100%循环利用[1-2]，得到了道路专家学者的广泛关注。

原本就地热再生凭借其循环链最短、施工效率高、质量优异、绿色环保等优势，在国内应当具有广阔的发展前景，但是其实际应用率却远低于预期，主要原因之一在于传统石化油基再生剂价格昂贵且性能不稳定[3]。随着近年来的研究探索，植物油基再生剂逐渐得到开发与应用[4]，目前已有的研究成果使道路领域工作者对再生剂有了初步的认识，但不同种类的再生剂对老化沥青的还原效果不尽相同，如何针对沥青路面不同病害情况选择合理的再生剂则成为了关键。基于此，本文采用植物油基与石化油基两种再生剂对就地热再生沥青混合料的力学性能进行对比研究，通过沥青针入度、延度以及软化点试验确定再生剂最佳掺量，并在此基础上采用车辙试验、弯曲破坏试验、冻融劈裂试验及动态模量试验分别评价再生沥青混合料的力学性能，以期为就地热再生的推广应用提供借鉴与参考。

1 原材料

1.1 沥青混合料回收料（RAP）

从某高速公路维修养护路段上面层热耙松回收料中抽提老化沥青，并对其相关技术指标进行检测，结果如表1所示。

表1 RAP技术指标

1.2 再生剂

就地热再生中RAP的含量较高，通常需要添加再生剂以软化调和RAP中的老化沥青，该研究用植物油基与石化油基两种再生剂技术指标列于表2。

表2 再生剂技术指标

1.3 SBS改性沥青

该研究中新加沥青为SBS改性沥青，其技术指标列于表3。

表3 SBS改性沥青技术指标

2 试验方案

2.1 再生沥青性能试验

在沥青混合料回收料（RAP）抽提得到的老化沥青中分别加入植物油基与石化油基再生剂，并对比分析两种再生剂在掺量为 8%、10%、12%、14%下沥青25℃针入度、10℃延度及软化点，研究再生剂种类及含量对老化沥青的影响。

2.2 再生混合料性能试验

2.2.1 配合比设计

沥青路面在长期运营及就地热耙松的过程中不可避免地造成集料级配细化，因而再生沥青混合料需添加新集料对级配进行优化，该研究用就地热再生混合料合成级配为90%RAP+10%新料，其各筛孔通过率如表4所示。就地再生沥青混合料配合比设计中沥青胶结量总量包含旧沥青混合料部分、再生剂部分以及新加沥青部分，该研究以总油石比4.6%、4.9%、5.2%、5.5%、5.8%进行马歇尔试验确定其最佳掺量，并通过路用性能试验进行验证。

表4 就地热再生混合料设计级配

2.2.2 力学性能试验

以最佳再生剂掺量、最佳油石比成型两种就地热再生混合料试件，以原沥青路面混合料为参照，采用车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验及动态模量试验来分别评价两种再生沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性及动态力学特性。

3 结果与讨论

3.1 再生剂最佳掺量确定

不同再生剂掺量下沥青三大指标结果如图1所示，从图中可以看到，随着再生剂掺量的增加，沥青的针入度、延度升高，软化点下降，这是因为再生剂作为轻质油分调整了沥青四组分比例，降低了沥青黏度从而改善其流变特性。在相同再生剂掺量下，植物油基再生沥青针入度、延度高于石化油基再生沥青而软化点较低，这从侧面反映出植物油基再生剂在恢复沥青低温抗裂性方面更具优势。当再生剂掺量达到14%时，两种再生沥青三大指标均能满足70号道路石油沥青技术指标要求，综合考虑再生剂经济性与功能性，建议两种再生剂的最佳掺量为14%，并进行下述沥青混合料力学性能研究。

图1 再生沥青三大指标试验结果

3.2 再生混合料力学性能分析

3.2.1 高温稳定性

从图2可以看出，3种沥青混合料动稳定度大小依次为：原路面＞石化油基＞植物油基，这是由于再生剂补充了沥青老化过程中丢失的芳香分，沥青轻质油分增加而沥青质比例降低，沥青抗变形能力出现一定削弱。植物油基再生混合料动稳定度约为石化油基的85%，但依然达到13 000次/mm以上，完全满足重载交通路面的抗车辙需求。

图2 再生混合料车辙试验结果

3.2.2 低温抗裂性

根据目前研究进展，低温开裂依然是就地热再生在实际应用过程中面临的重要问题之一[5]。图3显示了3种沥青混合料的弯曲破坏试验结果，从中可以看出原路面的低温弯拉应变已不满足规范要求。加入再生剂后，沥青混合料最大弯拉应变得到显著提高。同时可以观察到，植物油基再生混合料最大弯拉应变比石化油基高出约21%左右，这与再生沥青的延度试验相吻合，再次表明植物油基再生剂对于恢复老化沥青的低温抗裂性优势突出。

图3 再生混合料弯曲破坏试验结果

3.2.3 水稳定性

沥青老化致使沥青变硬变脆，削弱沥青与集料的黏附性，进一步加剧沥青混合料对水分侵入的敏感性，因而抗水损坏能力也是就地热再生沥青混合料需重点关注的性能。图4显示了3种沥青混合料的浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验结果，从中可以看到，原路面沥青混合料的残留稳定度及冻融劈裂强度比最差，而植物油基与石化油基再生沥青混合料基本相同，且均达到90%以上，再生剂的掺入使得沥青混合料的残留稳定度及冻融劈裂强度均有10%左右的提升。

图4 再生混合料水稳定性试验结果

3.2.4 动态特性

沥青路面实际处于动态荷载作用下，因而其力学表现必然受到加载频率的影响，我国路面设计规范采用20℃、10 Hz条件下的动态模量作为路面结构设计中的力学参数取值[6]。该研究在5℃、20℃、50℃及10 Hz试验条件下进行动态模量试验以反映其在低、中、高温范围内动态力学特性，结果如图5所示。可以看到，随着温度升高，3种沥青混合料的动态模量减小；在相同温度下，3种沥青混合料模量的大小为：原路面＞石化油基＞植物油基。在低温时，植物油基再生混合料动态模量较低，这对于沥青路面低温抗开裂性能是有利的；在20℃、10 Hz标准设计条件下，植物油基、石化油基再生混合料的动态模量分别为8 002 MPa、8 215 MPa，与我国路面设计规范中SMA类沥青混合料动态模量相当；随着温度升高，两种再生沥青混合料动态模量逐渐接近，意味着植物油基再生混合料温度敏感性要优于石化油基再生混合料。

图5 再生混合料动态模量试验结果

4 结语

a）随着再生剂掺量的增加，沥青的针入度、延度升高，软化点下降；在相同掺量下，植物油基再生沥青针入度、延度高于石化油基再生沥青，综合考虑经济性与功能性要求，推荐该植物油再生剂的最佳掺量为老化沥青的14%.

b）植物油基再生混合料的高温动稳定度约为石化油基再生混合料的85%，而低温最大弯拉应变高出其21%，残留稳定度及冻融劈裂强度比两者均达到90%以上，在标准设计条件下动态模量与SMA类沥青混合料相当，综合力学性能优秀。