於亞輝，丁澤民，余暉

（揚州市公路管理處，江蘇 揚州 225002）

溫拌再生瀝青混凝土舊瀝青再生性能研究

於亞輝，丁澤民，余暉

（揚州市公路管理處，江蘇 揚州 225002）

文章對溫拌劑的作用機(jī)理進(jìn)行分析，為減小溫拌劑對瀝青低溫性能的影響，建議溫拌劑和集料同時添加；通過溫拌劑、再生劑的適宜摻量試驗分析，得出溫拌劑的最佳摻量為瀝青用量的3%，一般RAP用量小于30%時，可以不摻加再生劑，用量大于40%時，再生劑摻量為3%時，再生瀝青混合料能夠滿足路面使用性能和相關(guān)規(guī)范的要求。

溫拌再生瀝青；低溫性能；最佳摻量分析

1 溫拌添加劑的作用機(jī)理

1.1 能譜分析原理

當(dāng)用一定能量的電子束、X射線或紫外光作用于試樣，其表面原子不同能級的電子將激發(fā)成自由電子。這些電子帶有試樣表面的信息，也具有特征能量。收集這些電子并整理和記錄它們的能量分布，就是電子能譜分析。以X射線為激發(fā)源時稱為X光電子能譜（XPS）。XPS對化學(xué)分析最為有用，故又叫做化學(xué)分析用電子能譜法（ESCA），可用于鑒別試樣表面的組成與結(jié)構(gòu)。若以紫外光作為激發(fā)源時只能激發(fā)原子、分子的價電子，所獲得的能譜稱為紫外光電子能譜（UPS），可用來研究試樣表面的成分、結(jié)構(gòu)及其化學(xué)價態(tài)［1-5］。

1.2 溫拌劑的能譜分析

為全面分析溫拌劑的改性機(jī)理，本文采用X射線光電子能譜（XPS）方法對溫拌劑進(jìn)行電鏡掃描及能譜分析。試驗儀器為美國PE公司的PHI5400 ESCASYSTEM X射線光電子能譜儀。采用Mg靶，Ka=1 253.6 eV，功率250 W，電壓15 kV。采用XPS分析是基于法賽溫拌劑在瀝青中的分布必須是均勻的這一假設(shè)，這樣表面分析的結(jié)果才能代表溫拌瀝青的整體性質(zhì)。由于本儀器不適于做液體樣品，故本次分析樣品為法賽溫拌劑原樣、SBS改性瀝青+3%法賽，其掃描結(jié)果如圖1、圖2所示，2種樣品元素組成分別如表1、表2所示。

從圖1、圖2和表1、表2可以看出，法賽溫拌劑中含有極性較高的—C＝O鍵，和瀝青反應(yīng)后—C＝O鍵變化不大，其降低瀝青黏度的作用機(jī)理如下：

（1）溫拌劑分子中含有的部分基團(tuán)—C＝O，其極性高于芳香烴的苯基，可以借助較強的形成氫鍵的能力和滲透、分散作用進(jìn)入膠質(zhì)和瀝青質(zhì)片狀分子之間，部分拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，形成片狀分子無規(guī)堆砌、結(jié)構(gòu)比較松散、有序程度較低、空間延伸度不大、有溫拌劑分子參與（形成新的氫鍵）的聚集體，剩余的平面重疊堆砌聚集體包含的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子數(shù)目減少。瀝青的膠團(tuán)體系中因氫鍵締合及配位絡(luò)合物形成等作用使膠質(zhì)、瀝青質(zhì)分子間的芳香片相互重疊聚集在一起，形成瀝青質(zhì)“粒子”。在這種粒子中，以瀝青質(zhì)大分子為核心，膠質(zhì)小分子“吸附”于其上，形成瀝青質(zhì)粒子的包覆層或溶劑化層。

圖1 法賽溫拌劑原樣顯微鏡掃描結(jié)果及能譜分析圖

圖2 SBS改性瀝青+3%法賽溫拌劑的顯微鏡掃描結(jié)果及能譜分析圖

表1 法賽原樣的元素組成

表2 SBS+3%法賽樣品中元素組成

（2）溫拌劑分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)—C＝O與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)之間形成更強的氫鍵，從而拆散平面重疊堆砌而成的聚集體，使瀝青中的大分子結(jié)構(gòu)由較高層次向較低層次轉(zhuǎn)化，同時釋放出膠團(tuán)結(jié)構(gòu)中所包裹的飽和成分。這就會引起瀝青膠團(tuán)體系的分散度增加，結(jié)構(gòu)尺寸減小，分散相體積減少，連續(xù)相體積增加，從而降低瀝青的黏度。

（3）在瀝青膠體體系中，瀝青質(zhì)分子形成的大分子結(jié)構(gòu)處在膠束中心，其表面吸附有大量的分子量較大、芳香性較強的分散介質(zhì)。溫拌劑分子結(jié)構(gòu)中含有一定長度的烷基長鏈，當(dāng)溫拌劑分子中的極性基團(tuán)—C＝O與膠質(zhì)或瀝青質(zhì)芳香片側(cè)面的—OH、—NH2等極性基團(tuán)形成氫鍵時，溫拌劑的長鏈烷基舒展地露類在芳香片外側(cè)，形成溫拌劑溶劑化層，起屏蔽作用，使瀝青質(zhì)聚集體的外圍形成一個非極性的環(huán)境，防止膠質(zhì)或瀝青質(zhì)芳香片重新聚集。瀝青中其它的芳香分物質(zhì)也將在瀝青中均勻分布，而不會在瀝青質(zhì)聚集體周圍堆積，粒子的空間延展度大大減小?？梢?，瀝青質(zhì)芳香片的溶劑化層由膠質(zhì)分子轉(zhuǎn)化為溫拌劑分子時，可以防止芳香片的重新聚集，減小聚集體的尺寸，從而起到降黏的作用。

2 溫拌劑的適宜摻量分析

溫拌瀝青混合料的拌和及碾壓溫度介于熱拌瀝青混合料和冷拌瀝青混合料之間，與熱拌瀝青混合料相比較，溫拌瀝青混合料的拌和溫度及攤鋪溫度可顯著降低，同時其性能又可得到很好的保持［6-10］。

2.1 溫拌添加劑的適宜摻量

有機(jī)添加劑法賽主要是通過降低瀝青在高溫時黏度，降低瀝青混合料攤鋪和碾壓溫度，其適宜摻量可以用不同摻量有機(jī)添加劑的瀝青膠結(jié)料的技術(shù)性質(zhì)進(jìn)行比較獲得。法賽溫拌劑的室內(nèi)試驗摻量為2%～6%（摻量為瀝青用量的百分比，外摻法，下同），溫拌劑的技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 溫拌劑技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)江蘇地區(qū)多年來的使用情況，結(jié)合以后的發(fā)展，本次試驗主要選取有代表性的2種瀝青，70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青的性能指標(biāo)見表4。

摻量為2%～6%法賽的70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青的性能指標(biāo)見表5。

由表5可知，針入度、延度曲線在法賽溫拌劑3%摻量時有明顯的拐點，老化后瀝青的15 ℃延度在3%摻量達(dá)到最大值，表明瀝青耐久性在3%摻量的情況下達(dá)到最好；在法賽溫拌劑摻量3%時的軟化點比基質(zhì)瀝青增加46.3%，大幅度提高瀝青的軟化點，達(dá)到規(guī)范對改性瀝青的軟化點要求。綜合以上因素，針對70#瀝青法賽溫拌劑的最佳摻量確定為3%。SBS改性瀝青法賽溫拌劑的最佳摻量也有相似結(jié)果。

表4 70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青性能指標(biāo)

表5 70#道路瀝青和SBS改性瀝青摻加法賽瀝青膠結(jié)料試驗結(jié)果

2.2 添加方式的影響

溫拌添加劑施工時的添加方式總體上可分為預(yù)先投到瀝青罐中和生產(chǎn)時投到混合料拌缸中2種方式，為比較這2種添加方式對瀝青膠結(jié)料性能的影響，對溫拌添加劑添加方式進(jìn)行了室內(nèi)模擬試驗。試驗方法是比較溫拌添加劑添加到SBS改性瀝青在170 ℃保溫1 h和24 h后主要技術(shù)指標(biāo)變化情況，試驗結(jié)果見表6。

表6 添加溫拌劑后不同貯存時間對瀝青膠結(jié)料技術(shù)指標(biāo)影響

從表6可以看出，添加法賽溫拌劑后改性瀝青針入度較原樣瀝青減小，軟化點增加，黏度降低，延度降低。隨著170 ℃下保溫時間的延長，瀝青延度有了顯著的下降，其它指標(biāo)變化則相對較小。由此可以看出，法賽溫拌劑會降低瀝青的低溫性能，這種情況會隨著瀝青高溫保存時間的延長而逐漸明顯，經(jīng)過分析，溫拌劑的添加方式不能在使用前投放到改性瀝青中，否則會對瀝青混合料的低溫性能產(chǎn)生不利影響。

綜上，溫拌劑添加方式為：添加集料的同時將固體溫拌劑投入拌鍋攪拌均勻，盡量采用自動稱量添加設(shè)備，也可以采用人工投放方式，但用量必須控制準(zhǔn)確，固體溫拌劑摻量為瀝青用量的3%（外摻法，質(zhì)量比）。

3 再生劑的適宜摻量分析

把不同舊料新料比例轉(zhuǎn)化為舊瀝青和外加新瀝青的比例，進(jìn)行瀝青膠結(jié)料的針入度、軟化點及延度試驗［11］。從舊料1（用于Sup13配合比）提取出的瀝青記為瀝青1，從舊料2（用于Sup20配合比）提取出的瀝青記為瀝青2，試驗結(jié)果見表7。

表7 舊瀝青膠結(jié)料試驗結(jié)果試驗指標(biāo)

分別選用3%、5%和8%的再生劑摻量（占舊瀝青用量），測定舊瀝青+新瀝青和舊瀝青+新瀝青+再生劑的三大技術(shù)指標(biāo)（見表8），從而確定出再生劑最佳摻量。瀝青混合料再生前后DSR和BBR試驗結(jié)果見表9、表10。

表8 瀝青膠結(jié)料再生前后試驗結(jié)果

從表7可以看出，老化后的舊瀝青1和舊瀝青2的針入度均大于20，故2種老化瀝青均可再利用。從表8可看出，不摻加再生劑時，舊料摻量為20%、25% 和30%時的瀝青膠結(jié)料三大指標(biāo)均能滿足要求；舊料摻量為40%時，SBS的延度不滿足要求，而再生劑摻量≥3%時，瀝青膠結(jié)料三大指標(biāo)均能滿足要求；再生劑摻量為8%、舊料摻量為50%時的瀝青膠結(jié)料三大指標(biāo)均能滿足要求。從表9、表10可看出，不摻加再生劑時，舊料摻量為20%、25%和30%時的車轍因子和疲勞因子均能滿足要求；舊料摻量為40%時，70#瀝青勁度模量不滿足要求，而再生劑摻量≥3%時，DSR和BBR指標(biāo)都滿足要求。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，再生劑的摻量需要根據(jù)瀝青的老化程度通過試驗來確定，一般RAP用量為40%時，再生劑摻量為3%。

再生劑添加方式為：待舊料與新集料、溫拌劑干拌后，在主拌缸入口處噴入再生劑，盡量采用自動稱量添加設(shè)備，用量必須控制準(zhǔn)確。

表9 瀝青膠結(jié)料再生前后DSR試驗結(jié)果 kPa

表10 瀝青膠結(jié)料再生前后BBR試驗結(jié)果（Sup20）

4 結(jié)論

（1）法賽溫拌劑與基質(zhì)瀝青70#道路石油瀝青和SBS改性瀝青的配伍性和相容性較好。

（2）通過瀝青軟化點、延度、針入度和黏度值初步確定法賽的最佳摻量為瀝青量的3%。

（3）再生劑的摻量需要根據(jù)瀝青的老化程度通過試驗來確定，一般RAP用量30%時，可以不摻加再生劑；用量為大于40%時，再生劑摻量為3%。

（4）溫拌劑和再生劑在添加集料的同時投入拌鍋攪拌均勻，盡量采用自動稱量添加設(shè)備，也可以采用人工投放方式，但用量必須控制準(zhǔn)確。

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Research on Regeneration Performance of Old Asphalt in Warm-mix Recycled Asphalt Concrete

Yu Yahui， Ding Zemin， Yu Hui
（Yangzhou Highway Management Office， Yangzhou 225007， China）

In this paper， the mechanism of warm-mix additive is analyzed. To reduce the effects of adverse on asphalt low temperature performance， warm-mix additive should be added at the same time with aggregate. By test analysis of appropriate content， it is suggested that the best mixing content of warm-mix additive is 3% of asphalt content， and when the RAP proportion is less than 30%， regenerating additive can not be mixed， when the proportion is more than 40%， best mixing rate of regenerating additive is 3%， asphalt pavement can meet the requirements of road performance and related specifications.

warm mix recycled asphalt； low temperature performance； optimum mixing content

U414

A

1672-9889（2016）01-0008-05

於亞輝（1985-），男，安徽淮南人，工程師，主要從事公路建設(shè)管理工作。

2015-09-16）