高渗透性沥青再生剂的制备及其性能研究

谢泽华 韦万峰

摘要：为了增强再生剂对老化沥青的渗透能力，提高老化沥青的再生效果，文章基于老化沥青再生机理，通过正交试验分析了渗透性再生剂的组分搭配对老化沥青性能的影响，测试了再生剂的基本性能，研究了再生剂掺量对老化沥青性能的影响及再生剂在老化沥青中的渗透扩散过程。结果表明：高渗透性再生剂的基本性能符合规范要求，渗透性再生剂对老化沥青的渗透能力比普通再生剂更强，温度和时间对再生剂在老化沥青中的渗透进程具有重要影响。

关键词：渗透性;再生剂;沥青;性能研究

0 引言

沥青路面在大中修过程中会产生大量的废旧沥青混合料，如何恢复包裹在集料表层的老化沥青性能是废旧沥青混合料再利用的关键问题[1]。再生剂与老化沥青的充分混溶在实验室得以实现，但实际过程中沥青再生剂与RAP拌和时间较短，RAP表层的老化沥青再生程度较低[2]。具有高渗透性的再生剂可加快其在老化沥青中的扩散速率，有利于提高老化沥青的再生程度，并可促进新沥青与老化沥青的混溶，最终改善再生沥青混合料的路用性能[3-4]。

本文將介绍高渗透性沥青再生剂所采用的基本组分、制备方法，检测渗透性再生剂的基本性能指标，并研究再生剂掺量对老化沥青性能的影响、渗透性再生剂在老化沥青中的渗透进程。

1 基质沥青及老化沥青的基本性能

本文所用70#基质沥青和采用烘箱加热进行长期老化所获得的老化沥青，其基本性能指标如表1所示。

2 高渗透性沥青再生剂的制备

2.1 再生剂基本组分的选择

根据老化沥青再生基本理论——组分调节理论、橡胶增塑理论及相容性理论，将采用以下物质制备高渗透性沥青再生剂，以改善老化沥青的组成成分及胶体结构[5]，达到沥青再生的目的。

（1）芳烃油：主要是为了溶解老化沥青中的沥青质，增加沥青中的芳香分，提高老化沥青中轻质油分的含量。

（2）重油：主要成分是碳氢化合物，含有多芳烃和高级链烃，分子量较大，不易挥发。

（3）增塑剂（DOP，邻苯二甲酸二辛酯）：增塑剂有利于分散老化沥青中的沥青质，可以达到软化老化沥青的效果[6]。

（4）渗透剂：渗透剂是一种表面活性剂，由易溶于水的极性亲水基和易溶于有机溶剂的非极性亲油基两部分组成，可以和基础油分相互作用，进而更有效地把基础油分引入到老化沥青中，降低沥青质之间的接触点，有利于沥青质之间的移动，恢复沥青的化学组分和结构。

2.2 再生剂的配方及制备方法

本文中芳烃油和重油统称为基础油分，增塑剂和渗透剂统称为改性剂。以沥青的三大指标评价高渗透性沥青再生剂对老化沥青的再生效果。经过前期研究，得到高渗透性沥青再生剂的最佳配方，此配方中芳香油、重油、增塑剂、渗透剂分别占再生剂总量的17.5%、52.5%、15%、15%，组分混合温度为100℃。在老化沥青中掺入8%的再生剂，得到再生沥青。再生沥青的性能指标如表2所示。

再生剂的制备方法：将定量的基础油分和改性剂加入容器中，将容器放入到设定温度的烘箱中保温30min，确保试样的温度，再将容器连同试样放入已经设置好温度的油浴锅中，开动剪切机，剪切速度为3000rmp，剪切15min后得到再生剂。

3 再生剂性能研究

根据上文中相关工艺及最佳配方制备高渗透性沥青再生剂。再生剂的基本性能指标如表3所示。

制备的高渗透性再生剂满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008）中对沥青再生剂的相关要求。

3.1 再生剂掺量对老化沥青性能的影响

再生剂掺量对老化沥青组分及结构的恢复有较大影响。试验中再生剂的掺量分别为6%、8%、10%、12%，具体实验结果如图1所示。

随着再生剂掺量的增大，沥青的针入度逐渐增大，软化点也有一定程度降低，这说明老化沥青中的轻质油分在增加，沥青质得到有效分散，老化沥青逐渐发生软化。沥青的胶体结构对15℃延度指标具有重要影响。随着再生剂掺量的增大，再生沥青的15℃延度值逐渐增大。当再生剂掺量达到12%时，15℃延度值超过100cm，再生沥青的性能基本能达到70#基质沥青水平。低温延度取决于沥青的延展性和粘弹特性。再生剂中的油分能达到软化沥青的效果，增塑剂、表面活性剂可将油分快速引导进入老化沥青的沥青质中，加快沥青胶体结构的恢复，并增加沥青的柔韧性。

3.2 再生剂渗透性能研究

实际工程中，再生剂的渗透性能对再生沥青混合料最终的路用性能有着重要意义[7]。文中通过25℃针入度差值对再生剂的渗透性能进行评价，研究温度和时间对再生剂渗透进程的影响。最初，再生剂均匀分布在老化沥青的表面，如图2（a）所示，此时沥青的25℃针入度值为T1。经过一定温度和时间的作用，再生剂逐渐渗透进入老化沥青中，形成一个混合区域，如图2（b）所示，老化沥青的针入度逐渐增大，此时沥青的25℃针入度值为T2。T2-T1即为25℃针入度差值（T），T越大，说明再生剂的渗透效果越好。

3.2.1 温度对再生剂渗透性的影响

为了与自制再生剂的渗透性形成对比，试验中引入了普通再生剂。温度是影响再生剂渗透性能的一个重要因素，温度升高有利于加快再生剂分子的运动，再生剂更容易扩散进入老化沥青。试验中表层再生剂的掺量为老化沥青的8%，将再生剂均匀分布在沥青表层，如图2（a）所示，测得相应的25℃针入度值，然后将图2（a）分别在100℃、120℃、140℃、160℃、180℃环境下保温3h后，再测量沥青的25℃针入度值，最后计算沥青的25℃针入度差值。两种再生剂在不同温度作用3h下的25℃针入度差值，如图3所示。

随着温度的升高，两种再生剂在老化沥青中的扩散深度逐渐增大，但是当温度达到180℃时，25℃针入度值差值却变小了。这可能是由于温度太高使再生剂中的轻质油分减小，且沥青进一步老化，导致再生剂及再生剂与沥青的混合区域粘稠度增大。在相同时间和温度作用下，高渗透性再生剂25℃针入度差值比普通再生剂大，这说明高渗透性再生剂在老化沥青中的扩散程度更深，对老化沥青的渗透能力更强。高渗透性再生剂中的渗透剂可以有效溶解分散老化沥青中的沥青质，且其中的极性基团可削弱沥青质分子之间的吸引力，促使老化沥青中凝聚的沥青质重新分散在沥青胶体体系中，减小了老化沥青中的大分子网状结构对再生剂的阻碍作用，有利于再生剂的渗透。

3.2.2 时间对再生剂渗透性的影响

试验中表层再生剂的掺量为老化沥青的8%，将再生剂均匀分布在沥青表层，如图2（a）所示，测得相应的25℃针入度值，然后将图2（a）在160℃的环境下分别保温30min、60min、120min、180min、240min后，測量沥青的25℃针入度值，计算得到25℃针入度差值。两种再生剂在150℃的环境不同时间作用下的25℃针入度差值，如图4所示。

从图4可以看到，在相同的温度下，随着时间的延长，两种再生剂作用下的沥青25℃针入度差值越大，说明时间的延长有利于再生剂对老化沥青的扩散渗透。在相同保温时间作用下，高渗透性再生剂25℃针入度差值比普通再生剂更大，表明渗透剂的掺入提高了再生剂的渗透能力。30～120min时，两种再生剂作用下的沥青25℃针入度差值增长幅度较大;当保温时间为40～180min时，两种再生剂作用下的沥青25℃针入度差值增长幅度放缓。由于表层老化沥青处于硬脆状态，缺少油分，含有大量轻质油分的再生剂初期比较容易进入老化沥青中，随着表层老化沥青的油分逐渐增多，再生剂与老化沥青中的油分含量差异性逐渐减小，再生剂后期渗透至老化沥青的速率会逐渐降低。其次，再生剂长时间处于160℃环境下，其轻质油分会挥发，这也是造成再生剂在老化沥青中扩散进程放缓的原因。

4 结语

（1）通过沥青三大指标评价高渗透再生剂的性能，得到的最优配方为：芳香油、重油、增塑剂、渗透剂分别占再生剂总量的17.5%、52.5%、15%、15%，混合温度为100℃。

（2）高渗透性再生剂性能满足《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008）中对沥青再生剂的相关要求。

（3）当高渗透性再生剂掺量为12%时，再生沥青的性质与70#基质沥青相当。

（4）通过25℃针入度差值评价再生剂渗透能力，表明时间的延长可以增大再生剂在老化沥青中的扩散深度;在一定范围内升高温度，有利于增强再生剂分子向老化沥青的渗透作用;同普通再生剂相比，添加了渗透剂的再生剂对老化沥青具有更强的渗透能力。

参考文献：

[1]韦万峰，郭 鹏，唐伯明.再生沥青混合料新-旧沥青扩散混合效率研究综述[J].材料导报，2016，31（6）：109-114.

[2]况栋梁.渗透型再生剂的制备及其对再生沥青及混合料性能的影响[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[3]李 进.沥青再生剂扩散行为及其影响因素研究[D].青岛：中国石油大学，2010.

[4]徐 萌.再生剂在老化沥青中扩散的研究[D].青岛：中国石油大学，2010.

[5]季 节，徐世法，罗晓辉.重复再生沥青混合料及温拌沥青混合料性能评价[M].北京：人民交通出版社，2011.

[6]姚家鑫.沥青再生剂的研制[D].重庆：重庆交通大学，2008.

[7]王凤楼，王奕鹏，张 强，等.沥青再生剂的再生效果与扩散性能研究[J].石化技术与应用，2012（1）：13-18.