再生瀝青PAV老化后性能評價分析

張利民

（甘肅順達路橋建設有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

提高路面廢棄材料再生利用水平是實現“綠色交通”的具體要求和重要途徑。我國瀝青路面正處于改擴建和維修加鋪的周期性階段，廢舊瀝青的回收再利用對材料循環利用有關鍵作用。國內外針對廢舊瀝青的再生方法和技術性能開展了大量研究。在瀝青再生工藝方面，借助動態剪切流變試驗和斯托克斯-愛因斯坦方程，研究了再生劑向老化瀝青的滲透行為，提出了再生瀝青的適宜再生條件；采用阿布森法和旋轉蒸發器，對回收瀝青進行性能指標測試，結果表明，阿布森法對瀝青的老化影響程度小，但是操作工藝復雜。結合國內外瀝青再生劑種類，研發了Z型瀝青再生劑，并分析了再生劑對瀝青和瀝青混合料性能的影響。但是，再生瀝青在應用中必然面臨再老化現象，而針對再生瀝青再老化后的性能研究尚不多見[1]。

為此，本文選用三種再生劑對回收瀝青再生，通過壓力老化試驗（PAV）模擬瀝青長期老化，通過針入度、軟化點、延度、車轍因子、低溫彎曲蠕變勁度模量等性能指標測試，對比老化前后再生瀝青的性能指標變化，分析再老化對再生瀝青性能的影響。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗優選了三種瀝青再生劑，再生劑A為遼寧交通科研所開發的JY型再生劑、再生劑B為日本JSR株式會社研制的RF再生劑、再生劑C為重慶交通大學研發的RA-2型再生劑，已有研究成果的推薦用量分別為7%、9%和7%?；厥諡r青采用抽提法從廢舊瀝青瀝青混合料中提取[2]，廢舊瀝青混合料取自銅仁S305 瀝青面層材料，面層材料為AC-13瀝青混合料，所用瀝青為SK AH-90基質瀝青。在回收瀝青中加入三種再生劑配制再生瀝青A、B和C，并以SK AH-90基質瀝青作為基準。本文共采用五種瀝青樣品，分別是SK AH-90基質瀝青、回收瀝青、再生瀝青A、再生瀝青B和再生瀝青C。

1.2 試驗方法

為了探究再生瀝青再老化后的性能，采用壓力老化試驗(PAV)對五種瀝青樣品進行長期老化，試驗條件為老化溫度100℃、老化時間48h、老化壓力2.1MPa。老化前后樣品的試驗內容包括：采用瀝青組份全自動分析儀進行組分分析，進行瀝青的三大指標測試試驗，采用動態剪切流變試驗(DSR)測試瀝青的復數剪切模量G*和相位角δ，采用瀝青彎曲小梁試驗(BBR)測試瀝青的彎曲蠕變勁度S和m值。試驗流程均按照JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》及AASHTO的規范要求進行。通過上述試驗對五種瀝青樣品老化前后的測試指標進行對比，分析長期老化對再生瀝青的性能影響。五種瀝青的技術指標見表1。

表1 五種瀝青的技術指標

2 試驗結果及分析

2.1 瀝青組分

采用全自動瀝青組分分析儀對老化后的五種瀝青樣品進行分析試驗，試驗結果見表2。

表2 老化后瀝青的四組分組成

從表2可以看出，在回收瀝青中加入再生劑后，再生瀝青的組分能恢復到AH-90基質瀝青的組分水平；再生劑A和再生劑C對提高回收瀝青中的飽和分和芳香分含量效果優于再生劑B，再生劑B對降低回收瀝青中的膠質含量效果次于再生劑A和再生劑C；再生劑C能夠顯著降低瀝青質含量，優于其他兩種再生劑[3]。從老化后瀝青組分來看，相比基質瀝青，三種再生瀝青老化后飽和分和芳香分含量升高，瀝青質含量近似，膠質含量降低，表明三種再生劑在不同程度上提高了回收瀝青的抗老化性能，這與再生劑的組成成分有關。經老化后，五種瀝青樣品組分的變化增減幅度見圖1。

圖1 老化后瀝青組份變化幅度

由圖1可以看出，經老化后，五種樣品的瀝青質含量均增大；芳香分含量均減小，降低幅度相近；而飽和分和膠質含量的變化有增有減，變化相對復雜。經老化后，回收瀝青的瀝青質和膠質含量比其他四種樣品的變化幅度小，而飽和分含量比其他四種樣品的變化幅度大，表明老化時間越長、溫度越高時，瀝青中的輕質成分損失越嚴重[4]。再生瀝青B和再生瀝青C老化后飽和分含量略有增加或不變，說明再生劑B和再生劑C能控制或減少瀝青中飽和分的損失。再生瀝青B經老化后與再生瀝青A和再生瀝青C不同，其飽和分含量增長了5%、膠質含量降低了10%左右，說明再生劑B抑制了回收瀝青中輕質組分損失。

2.2 瀝青的三大指標

經老化后，瀝青組分發生了較大變化，瀝青的三大指標也發生了相應改變。五種樣品老化后三大指標的試驗結果如表3所示。

表3 五種瀝青老化后的三大指標

由表1和表3可知，經老化后，五種瀝青樣品的針入度和延度降低，軟化點升高，回收瀝青的各項指標均最差。五種瀝青樣品的三大指標老化前后的變化幅度如圖2所示。由圖2可知，老化后五種瀝青樣品的針入度下降了50%～80%，三種再生瀝青的針入度變化幅度均小于基質瀝青；回收瀝青經過老化后針入度下降了近80%；再生瀝青A的針入度下降幅度最小，約降低了50%；再生瀝青C的針入度下降幅度與再生瀝青A近似；再生瀝青B的針入度的下降幅度是三種再生瀝青中變化最大的，約65%?；厥諡r青的軟化點增幅最小，為24%，老化前后其軟化點均是五種瀝青樣品中最高的；再生瀝青A的軟化點增幅最大，為37%；再生瀝青B和再生瀝青C的軟化點變化幅度相近。五種瀝青樣品的延度變化狀況與針入度的變化趨勢相同，變化范圍為70%～90%。

圖2 老化后瀝青三大指標變化

從老化前后再生瀝青的三大指標變化幅度來看，再生瀝青A的再生效果最佳，針入度和延度降低幅度最小，軟化點升高幅度最大。

2.3 DSR結果及分析

通過DSR試驗對五種瀝青老化前后的復數剪切模量G*和相位角δ進行測試，采用抗車轍因子G**sin-1δ值反映瀝青的高溫抗變形能力，老化前后的結果分別如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可知，經老化后，五種瀝青樣品的抗車轍因子均增大，其中回收瀝青的抗車轍因子在老化前后均最大，說明老化時間直接影響車轍因子的大小，老化時間越長，抗車轍因子越大，抗變形能力越強。老化前，基質瀝青和再生瀝青C的抗車轍因子基本相同，再生瀝青A的抗車轍因子高于再生瀝青C；老化后再生瀝青B的抗車轍因子高于再生瀝青A和再生瀝青C，基質瀝青的抗車轍因子最小。

圖3 老化前抗車轍因子

圖4 老化后抗車轍因子

從抗車轍因子隨溫度的變化增量來看，在58～70℃時，五種瀝青樣品的抗車轍因子變化幅度較大；在70～82℃時，五種瀝青樣品的抗車轍因子變化相對較小。這表明在溫度低于70℃時，無論是否老化，隨著溫度變化，五種瀝青的抗變形能力變化顯著，對溫度變化敏感，而當溫度高于70℃后，五種瀝青的抗變形能力相近。

2.4 BBR結果及分析

在溫度為-10℃、加載時間為1min條件下對五種瀝青樣品進行BBR試驗，采用蠕變勁度S與m表征瀝青的低溫抗開裂性能，結果見圖5。

由圖5可知，經老化后，五種瀝青樣品的蠕變勁度都產生了不同程度的增加，基質瀝青的蠕變勁度增長比例最大，為35%；回收瀝青的蠕變勁度在老化前后均是最大，老化后增長了20%。與基質瀝青相比，老化前回收瀝青的蠕變勁度增長了104%；老化后回收瀝青的蠕變勁度增長了81%，表明實際老化情況對瀝青低溫蠕變勁度的影響要強于PAV試驗老化對瀝青勁度模量的老化，原因可能是由于PAV模擬了熱氧老化對瀝青的影響，而實際的老化原因是多樣的，如水分、光照、行車、瀝青膜厚度、混合料空隙率等因素均會導致瀝青老化，故回收瀝青的蠕變勁度要遠高于基質瀝青。老化前后三種再生瀝青的蠕變勁度變化情況大體相近，蠕變勁度均增長約20%；與回收瀝青相比，再生瀝青的蠕變勁度均明顯降低，表明再生瀝青的低溫抗開裂性能得到了改善，且三種再生劑對回收瀝青的蠕變勁度影響程度一致，沒有明顯差異性。

圖5 老化前后瀝青的勁度S和m值

BBR試驗中的m值表征蠕變勁度隨時間變化的速率，m值越大，說明瀝青對溫度應力的消散能力越強。從圖5中可以看出，經老化后，五種瀝青樣品的m值明顯減??；回收瀝青的m值減小程度最大，降低了25%，其他幾種瀝青的m值降低了10%左右。五種瀝青的蠕變勁度和m值在老化前后的變化情況表明，加入再生劑后可將回收瀝青的低溫抗開裂性能恢復到與基質瀝青相近的水平，且三種再生劑的改善效果沒有明顯差異。

3 結論

1）從瀝青組分分析來看，再生劑改變了回收瀝青的組成成分，不同再生劑對再生瀝青不同組分的影響程度不同，再生瀝青B經老化后飽和分含量增加、膠質含量降低，與其他瀝青老化后組分變化不同。

2）經老化后，瀝青的三大指標發生明顯變化，再生瀝青的針入度和延度變化幅度均小于基質瀝青，而再生瀝青A的軟化點增長幅度最大，針入度和延度的降低幅度最小。

3）老化前后回收瀝青的抗車轍因子均最大，再生瀝青C的抗車轍因子小于其他兩種再生瀝青；當溫度低于70℃時，抗車轍因子對溫度變化敏感。

4）經老化后，三種再生瀝青的蠕變勁度與基質瀝青的水平相當，回收瀝青的蠕變勁度明顯高于其他瀝青；老化對基質瀝青的蠕變勁度影響最大，對其他四種瀝青的蠕變勁度影響程度相近。再生瀝青的低溫抗開裂性能與基質瀝青相近，能顯著改善回收瀝青的低溫抗開裂性能，且改善效果差異不大。