萬民晶

（山西交投高新高速公路管理有限公司，山西 晉城 048300）

我國公路里程巨大，居世界首位，其中最早建成的路面使用期限已達到20～30年，亟待維修養(yǎng)護，以實現提升使用性能和延長服役壽命的目的。廢舊瀝青混合料再生利用技術可以100%利用舊瀝青混合料，節(jié)約能源和資源，大幅降低瀝青路面服役周期成本，其中再生劑是決定再生路面施工效果的關鍵材料。良好的瀝青路面再生劑能夠充分滲透到舊瀝青內部，補充舊瀝青中輕組分，起到激發(fā)舊瀝青性能的效果。目前，市面上再生劑產品大多以輕質油為主，輔以少量抗老化劑、增塑劑等材料復配而成，達到補充老化瀝青中揮發(fā)流失的輕質組分的目的[1-2]。本文以再生劑性能及其對老化瀝青恢復效果為評價指標，不斷調節(jié)各組分比例，自主研發(fā)出一種以廢棄植物油為主要原料的瀝青熱再生劑，與市面上兩種不同類型再生劑相比，自主研發(fā)再生劑對老化瀝青具有恢復效果更優(yōu)，自身抗老化性能良好的特點，而且黏度適宜，方便施工噴灑，應用前景廣闊。

1 試驗

1.1 試驗原料

中海AH-70（用于制備老化瀝青）和AH-90號基質瀝青，再生劑P1，再生劑P2，廢棄植物油，芳烴油，增塑劑，抗老化劑。

1.2 再生劑制備

將AH-90基質瀝青加熱到80℃～90℃，加入相應比例的廢棄植物油和芳烴油，充分攪拌均勻，然后加入增塑劑和抗老化劑，冷卻到室溫即得再生劑。

1.3 再生瀝青制備

制備工藝：對中海AH-70基質瀝青依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）的方法制備老化瀝青；將制得的老化瀝青加熱到130℃，倒入相應摻量的再生劑，攪拌均勻，即得再生瀝青。

1.4 性能測試

再生劑性能指標測試：30℃布氏黏度、薄膜烘箱試驗前后質量損失和黏度比。

基質瀝青和再生瀝青指標測試：針入度、延度和軟化點。上述測試方法依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）進行。

車轍因子測試：采用美國TA公司生產的DSR（DHR-1），平板直徑為25 mm，板間間距設置為1 100 μm。所有樣品安放后在待測溫度下保持20～30 min后開始測試。所有樣品車轍因子溫度和加載頻率范圍分別為30℃～80℃和0.1～100 rad/s。

2 結果與討論

2.1 不同配方再生劑性能指標測評及配方確定

本文考察了廢棄植物油摻量、基質瀝青與芳烴油質量比這兩因素對再生劑性能的影響。不同植物油摻量和基質瀝青/芳烴油質量比制備的再生劑樣品編號如下：

植物油摻量40%：1號-40∶40∶20；2號-40∶30∶30；3號-40∶20∶40。

植物油摻量50%：1號-50∶33∶17；2號-50∶25∶25；3號-50∶17∶33。

植物油摻量60%：1號-60∶26∶14；2號-60∶20∶20；3號-60∶14∶26。

上述樣品配方中增塑劑和抗老化劑分別占其余3種成分總質量的2%和1%.相應配方再生劑性能指標情況如表1所示。

表1 不同配方再生劑的性能指標

熱瀝青再生劑作為一種廢舊瀝青路面輔助添加材料，其黏度指標能夠同時展示產品自身流動性、對廢舊瀝青路面銑刨料滲透浸潤性能以及施工噴灑便捷性等多重特性，是實現其與舊瀝青融合良好效果、保證瀝青黏結料與集料均勻裹覆、集料之間黏合良好的重要指標。另一方面，再生劑的閃點也是衡量材料在儲運以及施工過程安全與否的重要指標[3]。實驗室閃點試驗結果顯示，所選配方再生劑的閃點值均滿足大于等于220℃的技術要求，說明該類型再生劑安全性能較好。

旋轉薄膜烘箱試驗前后質量損失率、老化后與老化前60℃動力黏度比是衡量再生劑自身抗老化性能的重要指標，質量損失率和老化后與老化前黏度比值越大，表明在高溫條件下再生劑產品分解和輕組分揮發(fā)現象越嚴重，相應產品抗老化性能也越差[4-5]。所有再生劑樣品老化前后質量損失率和黏度比均滿足技術要求，且隨植物油摻量的增加，抗老化性能越好，尤其是當植物油摻量達到60%以上時，樣品老化前后質量損失率極低，數值從40%時損失1.06%（1號）降低為0.08%（1號），且其黏度比最小，數值均在1左右，說明在高溫條件下該再生劑性能較為穩(wěn)定，相應樣品抗老化性能最好。

鑒于再生施工大多在常溫及以上條件進行，故本文選取30℃布氏黏度作為評價指標。可見，隨植物油摻量的增加，樣品黏度呈顯著下降趨勢，當其摻量從40%上升為60%時，其余成分比例相同相應的樣品黏度從1.38 Pa·s下降到0.35 Pa·s，同時，植物油摻量確定時，基質瀝青質量比例越大，相應樣品黏度越大；如當植物油摻量為50%時，1號～3號樣品中基質瀝青從33%降低到17%，相應黏度值從0.77 Pa·s下降到0.42 Pa·s，即植物油和芳烴油兩種輕質油組分對再生劑體系的黏度影響較為明顯。相關文獻顯示，再生劑產品黏度保持在0.42～0.7 Pa·s范圍內時，相應的施工效果較好，黏度太大或者太小均會對再生效果產生不利影響[6]，當施工溫度為30℃左右時，植物油摻量為50%時相應的再生劑樣品黏度較為適宜，故對老化瀝青的再生效果評價選用植物油摻量為50%時相應的再生劑樣品。

2.2 不同再生劑制備再生瀝青性能指標測評

表2為不同再生劑對老化瀝青的再生效果比較。表2中以基質瀝青性能指標為基準，同時考察了市購兩種不同類型再生劑對老化瀝青的恢復效果，上述再生瀝青中再生劑摻量均占瀝青質量的10%.瀝青在高溫條件下的老化，伴隨著輕組分的揮發(fā)及油分向膠質和瀝青質轉變，體系內部組分發(fā)生漸變過程，表現為瀝青針入度和延度降低，軟化點升高[7]。

表2 不同再生劑對老化瀝青的再生效果比較

表2數據顯示，再生劑加入到老化瀝青中，伴隨著瀝青針入度和延度的上升，軟化點下降，即所有再生劑樣品均能極大地恢復老化瀝青的性能。廢棄植物油和芳烴油總量越多，相應再生劑對老化瀝青的恢復效果越好。市購再生劑P1在相同條件下，對老化瀝青的針入度恢復效果最為明顯，達到99（0.1 mm），另外實驗室測試其30℃布氏黏度數值僅為0.29 Pa·s，并未處于施工噴灑的最佳黏度范圍內。

自制再生劑相應再生瀝青10℃延度較基質瀝青有明顯的提升，2號和3號試樣再生瀝青10℃延度均可達100 cm以上，表明該再生劑能夠極大地提升瀝青的延展性能，再生瀝青軟化點與基質瀝青老化前數值基本一致。同時，針入度數值高達80（0.1mm）以上，表明此摻量條件下再生瀝青偏軟，即再生劑摻量可以適當降低，以達到降本增效的施工目的。較之于自制再生劑和對比樣P1，市購再生劑P2對老化瀝青的恢復效果較差，10℃延度數值僅為58 cm。

2.3 再生劑摻量對再生瀝青性能的影響測評

綜合分析再生劑性能試驗數據和對老化瀝青的恢復效果，初步篩選當廢棄植物油摻量50%，2號和3號再生劑為較好再生劑產品配方。分析不同摻量條件下，再生劑對老化瀝青性能的恢復效果，如圖1和圖2，其中再生劑摻量分別為4%、6%、8%和10%。從圖中曲線變化趨勢可見，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的針入度顯著上升，同時軟化點大幅下降，說明再生劑能夠有效補充老化瀝青輕質油分的損失，降低老化瀝青的硬度。且數據顯示，再生劑摻量達到6%時，兩種配方再生劑相應再生瀝青的針入度已經達到69（0.1 mm）以上，而此時再生瀝青軟化點高于49℃，較基質瀝青高1℃以上。若增加再生劑用量，相應再生瀝青質持續(xù)變軟。因而，為實現再生瀝青輕質組分補充和老化瀝青性能恢復的效果，將再生劑摻量初步選定為6%～8%，可根據施工現場環(huán)境狀況、施工成本以及廢舊瀝青路面實際情況等多方面因素選擇適當的再生劑摻量。

圖1 老化瀝青軟化點和針入度隨再生劑摻量增加的變化規(guī)律

圖2 老化瀝青延度（10℃）隨再生劑摻量增加的變化規(guī)律

為了更加顯著地反映再生劑產品對老化瀝青延展性能的恢復效果，文中選取再生瀝青10℃延度作為評價指標。圖2可見，再生劑產品的加入可以顯著提升老化瀝青的延展性能，且隨著再生劑摻量的增加再生瀝青延度提高幅值更加明顯，說明再生劑可以較好地恢復老化瀝青的性能。另一方面，兩種配方再生劑對老化瀝青延度的恢復效果基本相同，均在摻量8%時達到100 cm以上，且當摻量為6%時，能夠達到60 cm以上，顯著高于基質瀝青延度35 cm的數值，說明摻量6%～8%的再生劑對老化瀝青中的大分子結構具有較好的溶解效果，同時顯著提升老化瀝青的韌性和延展性能，這一結論與再生瀝青針入度與軟化點指標恢復效果保持一致。

2.4 再生瀝青車轍因子測評

美國SHRP計劃為了能夠更加精確地表征瀝青混合料路面受外力作用和環(huán)境溫度的影響規(guī)律引入了車轍因子G*/sinδ。G*/sinδ表示瀝青路面的抗永久變形能力，其值越大，表明相應瀝青路面的抗車轍能力越強。圖3和圖4分別為基質瀝青、老化瀝青以及再生劑摻量6%和8%條件下再生瀝青的車轍因子隨溫度和頻率的變化關系曲線。

圖3 不同瀝青樣品車轍因子隨溫度的變化規(guī)律

圖4 60℃不同瀝青樣品車轍因子隨頻率的變化規(guī)律

圖中顯示，所有瀝青樣品的G*/sinδ均在高溫和低頻區(qū)值最小，這一規(guī)律與實際瀝青路面在服役過程中應用性能一致，即溫度越高，加載頻率越大，瀝青的抗變形能力越差?；|瀝青老化過程中，伴隨著輕質組分的揮發(fā)以及部分輕質組分轉變成瀝青質，致使體系變硬，因而在相同溫度和頻率條件下，老化瀝青的G*/sinδ較基質瀝青數值更高。瀝青再生劑的加入能夠有效補充老化瀝青的輕質組分并恢復基質瀝青的性能，且再生劑摻量越高，其G*/sinδ值恢復越明顯，當摻量達到8%時，再生瀝青的G*/sinδ曲線位于基質瀝青下方，即此時再生瀝青體系中再生劑含量略高于最佳摻量，相應再生瀝青體系質軟，在高溫條件下路面易產生車轍，這也再一次印證了對于本文所述老化瀝青而言，自制再生劑摻量最佳摻量范圍為6%～8%。

3 結語

a）以廢棄植物油為主要成分，與基質瀝青、芳烴油復配，輔之以少量增塑劑和抗老化劑，可制得一類再生效果較好的植物油基熱瀝青再生劑。

b）以30℃布氏黏度、薄膜烘箱試驗質量損失率和黏度比等指標評價了不同再生劑的性能，確定當植物油摻量為50%時，相應再生劑具有較好的抗老化性能和黏度。

c）對比分析了植物油摻量為50%的再生劑與市購兩種再生劑對老化瀝青性能的恢復效果，結合黏度指標結果顯示，自制再生劑對老化瀝青恢復效果更好且黏度適宜。

d）通過測定不同再生劑摻量相應再生瀝青的指標恢復情況，明確了再生劑在路面再生施工中適宜的摻量范圍為6%～8%，最后通過再生瀝青的車轍因子變化規(guī)律驗證了這一結論。