新旧混融沥青中再生剂与温拌剂的相互作用

陈锐浩，吕建兵，谢晓冬，李梓焜

(广东工业大学土木与交通工程学院，广州 510006)

0 概述

我国在上世纪八、九十年代开始修建了大规模的沥青道路。现如今三十几年过去了，这些沥青道路相继到达了寿命期限，各省高速公路与国省道开始进行大修、中修及改扩建工程。如此一来便会产生大量的废旧沥青路面材料(RAP)。如何更好地利用这些材料引发了国内外众多学者进行了再生沥青路面技术的研究，并相继取得了一系列的成果和实际工程应用经验。目前热再生技术已经愈发成熟，但由于其在拌和过程中需要进行高温加热，并伴随大量有毒气体的排放，不仅会造成大量能源消耗而且也会对周围环境进行污染[1-2]。因此随着我国可持续发展战略的推进以及对环保理念的不断加深，更环保的温拌再生技术逐渐步入研究展开阶段。

再生技术就是通过采用掺入再生剂的方式，来达到恢复老化沥青的性能的目的。很多文献均以再生剂对老化沥青性能影响进行了研究[3-6]。温拌再生技术就是在原有再生技术的基础上引入了温拌剂，使得混合料得以在更低的温度下进行拌和以及摊铺，这也有效地避免老化沥青在高温施工下发生二次老化作用[7-8]。另外，更低的施工温度使得路面铺筑过程中可以消耗更少的能量，而且也有研究表明，这一过程中有害气体排行大幅下降[9]。

目前，国内对于温拌再生技术多以评价温拌剂性能或是温拌再生混合料的路用性能的角度进行研究。柳捷[10]用加德士70#沥青进行老化实验后发现，沥青的针入度和延度大幅下降，软化点和动力黏度有所增加；接着通过添加15%(质量比)的DAT温拌剂之后发现新旧沥青比为5:1的混合沥青指标明显地改善，黏度大幅下降。陈静云[11]采用降黏型和表面活性型两种温拌剂，对不同老化沥青掺量下(30%、40%、50%、60%和70%)的两种温拌再生沥青进行了旋转黏度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验，结果表明随老化沥青掺量的增加，沥青的旋转黏度、车辙因子及疲劳因子升高，低温蠕变速率下降；降黏型温拌再生沥青 A 与普通再生沥青相比，黏度下降 20% ～ 30%，高温性能和抗车辙能力降低，其抗疲劳性能和低温性能均有不同程度的提高；表面活性型温拌再生沥青 B 与普通再生沥青相比，其黏度、高温性能和抗车辙能力基本不变，抗疲劳性能和低温性能略有提高。娄禹岚[12]使用壳牌生产的Thiopave颗粒温拌剂研究了不同温拌剂掺量下再生沥青混合料的路用性能，结果表明改性剂掺量的增加能够提高温拌再生沥青混合料的高温稳定性和抗老化性能。但随着 Thiopave 掺量的增加，温拌再生沥青混合料的低温性能、水稳定性能和抗疲劳性能都有逐渐下降的趋势。以上研究多从温拌剂性能评价以及温拌再生混合料路用性能方面进行研究，并没有涉及到再生剂与温拌剂的单独作用和协同作用下的相互影响，即从温拌剂与再生剂的配伍性角度来进行研究。本文将从这一角度进行研究，采用沥青三大指标和135℃的运动黏度，研究探讨新旧混融沥青中再生剂与温拌剂这两种掺加剂间相互的影响关系。

1 试验材料及试验方案

1.1 试验材料

本文采用的新沥青是改性沥青I-D，旧沥青是通过从回收的RAP材料中利用全自动沥青抽提仪抽提得到抽提液，再将抽提液进行阿布森法实验去除三氯乙烯得到的。回收的旧沥青与改性沥青的性能见表1和表2。再生剂采用上海范威森倍克的FBK型再生剂，温拌剂选用英杰维特公司的益路 3G温拌剂。

表1 RAP中沥青性质

表2 改性沥青性质

1.2 试验方案

首先采用旧沥青与新沥青按质量比2:8和3:7这两种比例进行混合，得到两种混融沥青。例如在20%旧沥青掺量的混融沥青中，旧沥青:新沥青=20:80。并采用高速剪切机对两种沥青进行混合操作，以保证旧沥青和新沥青混融。接着按照规范JTG E20-2011[13]，进行沥青针入度、5℃延度、25℃软化点以及135℃的旋转黏度试验，研究混融沥青在FBK型再生剂、益路 3G温拌剂单独作用下与协同作用下沥青性能指标的变化。其中研究单独作用时，温拌剂的掺量按照相对于旧沥青质量的0‰、3‰、6‰和9‰进行掺入，再生剂的掺量按照相对于旧沥青质量的0%、3%、5%和7%进行添加。研究协同作用时再生剂统一采用5%的掺量加入混融沥青中，研究不同掺量下(0‰、0.3%、0.6%和0.9%)的益路3G温拌剂对其的影响。

2 沥青性能试验

2.1 针入度

本文采用标准沥青针入度试验，参照规范[13]T 0604-2011中的方法进行试验，试验结果如图1～图3所示。

图1 再生剂单独作用下混融沥青的针入度变化

图2 温拌剂单独作用下混融沥青的针入度变化

图3 再生剂与不同掺量温拌剂协同作用下混融沥青的针入度变化

由图1可以看到，当FBK再生剂单独作用于两种不同旧沥青比例的混融沥青时，针入度的变化趋势相同，均随着再生剂掺量的增加而升高。但含30%旧沥青的混融沥青针入度增长得更快，每增加2%再生剂后，针入度的平均增长率达到14.8%，而另一种混融沥青的针入度平均增长率仅有7.3%左右。另外也可以看到当再生剂掺量达到7%时，两种混融沥青的针入度接近甚至高于新沥青。由图2可以看到，在3G温拌剂单独作用下，混融沥青的针入度变化不大，表明温拌剂对混融沥青的针入度影响不大。由图3所示，在5%再生剂与不同掺量温拌剂作用下，却呈现两种变化趋势，含20%旧沥青的混融沥青随温拌剂的增加，针入度逐渐下降；而含30%旧沥青的混融沥青随温拌剂的增加，针入度逐渐上升。这可能是由于5%再生剂作用于20%旧沥青后还有剩余，在温拌剂加入后与多余的再生剂直接作用导致了沥青针入度下降。

2.2 软化点

本文采用环球法进行沥青软化点试验，具体试验操作参照规范[13]T 0606-2011，试验结果如图4～图6所示。

由图4可以看到，再生剂对混融沥青软化点的影响趋势大体一致，加入再生剂会使混融沥青的软化点降低。另外由图4两条曲线变化的幅度来看，含30%旧沥青的混融沥青在再生剂的作用下，软化点下降幅度较为明显，因此旧沥青掺量的多少也会影响再生剂对于旧沥青的作用。而在3%的再生剂掺量以上时，两种混融沥青的软化点变化幅度都不大，最大只有2.9℃的变化。图5也表明了温拌剂单独作用下，会使混融沥青的软化点下降。不同的是，在含30%旧沥请的混融沥青中加入0.9%的温拌剂后，会使软化点升高，甚至高于基准沥青1.3℃，原因可能是过量的温拌剂可以令混融沥青软化点升高。图6表明在5%再生剂与不同掺量的温拌剂协同作用时，两个混融沥青也表现出了不同的变化规律。含20%旧沥青的混融沥青的软化点随温拌剂增加先下降后升高，不过最终相对于基准沥青软化点还是降低了。而含30%旧沥青的混融沥青的软化点随温拌剂掺量的增加却有明显升高，并且在温拌剂掺量为0.6%时，配合5%的再生剂可以使软化点达到70.7℃。

图4 再生剂单独作用下混融沥青的软化点变化

图5 温拌剂单独作用下混融沥青的软化点变化

图6 再生剂与不同掺量温拌剂协同作用下混融沥青的软化点变化

2.3 延度

本文采用的延度试验的试验温度为5℃，拉伸速度为5cm/min ±0.25cm/min，具体试验操作参照T 0605-2011，试验结果如图7～图9所示。

图7 再生剂单独作用下混融沥青的延度变化

图8 温拌剂单独作用下的混融沥青的延度变化

图9 再生剂与不同掺量温拌剂协同作用下混融沥青的延度变化

再生剂单独作用下混融沥青的延度变化如图7所示，可以明显地看到，在再生剂作用下，两种混融沥青的延度变化规律高度一致，延度均随着再生剂掺量的增加而提高。从图8可以看到，含20%旧沥青的混融沥青在温拌剂单独作用下延度下降幅度的降低，当温拌剂掺量为0.9%时，相对于基准沥青延度下降百分比为23.8%。而含30%旧沥青的混融沥青在温拌剂作用下延度的变化规律则是略有下降，但随温拌剂掺量增加，延度变化不明显。图9所示的曲线表明，在含20%旧沥青的混融沥青中，温拌剂对混融沥青的延度作用较为明显，变化趋势和规律也与其在温拌剂下所表现的相对一致；而含30%旧沥青的混融沥青中则是再生剂对沥青延度的影响较为明显，并且可以看到5%再生剂与0.6%温拌剂协同作用下混融沥青的延度达到最高，相比基准沥青提高22.8%。由此也可以推断，在小比例旧沥青的混融沥青中，再生剂不好与旧沥青发生作用，而在旧沥青较高比例时，再生剂能更明显地起作用。

2.4 135℃旋转黏度

本文采用布洛克菲尔德黏度计，在135℃的条件下，对混融沥青进行试验，具体的试验操作参照T 0625-2011。试验结果如图10～图12所示。

可以看到，在图10和图11中，两种混融沥青不管是单独加入再生剂或是单独加入温拌剂，混融沥青的135℃的旋转黏度均随着再生剂或温拌剂掺量的增加而逐渐减小。不同的是，在再生剂单独作用下，含20%旧沥青的混融沥青中每增加2%的再生剂掺量，135℃下旋转黏度的平均下降百分比为6.7%；而每增加0.3%的温拌剂则平均下降15.4%，由此可以看到3G温拌剂对于混融沥青的降黏效果显著，且好于FBK再生剂对混融沥青的降黏效果。由图12分析可见，两种混融沥青在5%再生剂和不同掺量下温拌剂的协同作用下，黏度下降的速度相较于温拌剂单独作用下有所减低，其中含20%旧沥青的混融沥青的下降百分比达到8.4%，而另一种混融沥青则有12.2%。另外5%再生剂搭配0.9%温拌剂时，135℃的旋转黏度最低。

图10 再生剂单独作用下混融沥青的黏度变化

图11 温拌剂单独作用下混融沥青的黏度变化

图12 再生剂与不同掺量温拌剂协同作用下混融沥青的黏度变化

3 结论

(1)FBK再生剂单独作用下，可以提高混融沥青的针入度和5℃时的延度，而降低混融沥青的软化点和135℃的旋转黏度。而从两种混融沥青各沥青指标的变化幅度来看，在含30%旧沥青的混融沥青中，再生剂的影响作用更加明显。

(2)3G温拌剂单独作用下混融沥青的软化点和135℃的旋转黏度均有明显降低，针入度和延度则变化不大。此外3G温拌剂对混融沥青的旋转黏度影响较为明显，降黏的效果优于再生剂。

(3)从5%再生剂与不同掺量的温拌剂协同作用的效果来看，除了黏度呈现出相同的变化趋势，沥青三大指标均呈现不一样的变化趋势。

(4)综合所有数据来看，含30%旧沥青的混融沥青中，5%FBK再生剂与0.6%3G温拌剂的搭配效果更好，得到的各项沥青性能指标更加优越。