馮 鐸

（甘肅省交通科學研究院集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

路面在長期交通荷載及環(huán)境因素的交互作用下使用性能逐漸下降，造成路面服務質(zhì)量低下，每年有大量的路面需要養(yǎng)護維修。截至2019年底，甘肅省公路總里程達到15.14萬km，其中，高速公路達到4 453 km，一級公路達到763 km，二級公路達到1.05萬km。隨著甘肅省高速公路通車里程的快速增長、道路服務年限的增加，高速公路已進入建設與養(yǎng)護并重的時期。2008年以前建成的高速公路普遍進入正常維修養(yǎng)護期，路面養(yǎng)護將產(chǎn)生大量的廢舊路面材料，將廢舊路面材料再生循環(huán)應用于公路基礎設施建設和養(yǎng)護，一方面可以減少環(huán)境污染，另一方面對于砂石資源匱乏的甘肅則是變綠色節(jié)能建筑材料利用，降低筑養(yǎng)路成本，有助于實現(xiàn)公路交通可持續(xù)發(fā)展[1]。

廢舊瀝青混合料中廢舊瀝青的性能及老化程度對再生混合料的設計與路用性能起重要作用[2]。從工程實際出發(fā)，再生瀝青混合料中摻入的新瀝青和礦料性能基本可以保證，但是廢舊瀝青混合料的性能難以準確評價，這就容易導致再生瀝青混合料的設計脫離工程實際。

因此，本研究依托甘肅省高速公路不同維修改造段面層銑刨料，分析回收瀝青的基本組分，探討瀝青再生機理，在此基礎上研究不同新瀝青摻量的再生瀝青膠結(jié)料基本性能，為再生瀝青混合料設計提供參考依據(jù)。

1 回收瀝青基本性能研究

瀝青材料在運送、加工、施工及使用過程中，因長時間暴露在空氣中，受到風吹雨淋、日照、溫度變化等自然環(huán)境及車輛碾壓交互作用下會產(chǎn)生一系列的物理及化學變化。因此，有必要對廢舊瀝青混合料中的廢舊瀝青性質(zhì)進行研究。本研究采用甘肅不同維修改造段面層銑刨料，使用離心分離法得到含有舊瀝青的三氯乙烯溶液，用阿布森法回收溶液中的舊瀝青，然后分別對回收瀝青和90#克拉瑪依新瀝青進行組分試驗，分析瀝青老化前后化學組分的變化，新舊瀝青4組分變化如圖1所示。

圖1 新舊瀝青四組分對比分析圖

瀝青4大組分中，瀝青質(zhì)為瀝青強度的來源；膠質(zhì)呈多環(huán)結(jié)構(gòu)，溫度敏感性大，能與油性成分兼容，產(chǎn)生良好的黏附力，作為瀝青質(zhì)與油性成分間的助溶劑，膠質(zhì)含量多，瀝青延度大，韌性高；飽和分、芳香分作為瀝青質(zhì)與膠質(zhì)的稀釋劑，飽和分可增加瀝青低溫延展性和抗老化能力，但含量過多時，容易導致疲勞破壞[3]。由圖1可知新瀝青中瀝青質(zhì)含量較低，膠質(zhì)含量高。回收廢舊混合料中的瀝青組分與新瀝青相比較：瀝青質(zhì)增加了9.84%，膠質(zhì)減小了13.18%。瀝青老化過程中是芳香分轉(zhuǎn)化為膠質(zhì)，膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)。在長期老化后產(chǎn)生了高比例的瀝青質(zhì)、飽和分和低比例的芳香分及膠質(zhì)，使得舊瀝青變硬，流動性和可塑性變差[4]。

選取3種不同的銑刨料進行基本性能測試，結(jié)果見表1。舊瀝青混合料中的瀝青由于老化導致其組成發(fā)生變化，軟化點有一定程度的提高，這可以從宏觀上說明老化瀝青的高溫性能得到改善，針入度和延度不同程度下降，說明瀝青經(jīng)過老化，彈性喪失嚴重，力學性衰減。美國工程經(jīng)驗表明回收瀝青的針入度在15（0.1 mm）以上就具有可再生性[5]，日本《長拌再生技術指南》中要求回收瀝青針入度在20（0.1 mm）以上時可進行再生[6]，中國《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》要求熱再生時回收瀝青的25 ℃針入度在20（0.1 mm）以上[7]，因此，本研究采用的回收瀝青具備可再生性。

表1 新舊瀝青基本性能試驗結(jié)果

2 回收瀝青流變性能研究

SHRP（Strategic Highway Research Program）瀝青PG系統(tǒng)分級可以從流變性能方面說明瀝青的高低溫特性。文章分別對新瀝青和回收瀝青進行動態(tài)剪切流變（DSR）試驗，測得不同溫度（58 ℃，64 ℃和70 ℃）狀態(tài)下瀝青的復合模量（G*）和相位角（δ），評價瀝青老化性能。試驗結(jié)果見表2。

表2 新舊瀝青動態(tài)剪切試驗結(jié)果

由表2可知，回收瀝青的復合模量比新瀝青高出很多，特別是低溫部分。隨著溫度的升高，這個差距逐漸縮小。同時，老化瀝青的復合模量隨溫度升高而降低的斜率要遠大于新瀝青，相位角隨溫度的變化表現(xiàn)為低于普通瀝青。綜合復合模量和相位角的變化，可以認為瀝青材料的老化引起了彈性組分的明顯增加，這使瀝青的流變性能從偏黏性轉(zhuǎn)化為偏彈性。

3 回收瀝青再生機理及再生膠結(jié)料性能研究

3.1 回收瀝青再生機理

瀝青混合料再生指在廢舊瀝青混合料中摻入新的瀝青膠結(jié)料（或軟化劑、再生劑）發(fā)生物理化學反應形成新的膠結(jié)料，與集料進行裹附后形成具有良好路用性能的再生瀝青混合料[8]。瀝青材料隨著使用時間的增加，各組分的比例及化學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，瀝青質(zhì)成分逐漸增加，瀝青組分中作為溶劑的部分較新鮮瀝青減少很多，導致瀝青路用性能變差，瀝青變硬變脆且與礦料間的黏附性變差。老化瀝青的再生，主要在于恢復老化瀝青的力學性能及黏附性能，通過提高廢舊瀝青中溶劑的含量，縮小老化瀝青與新鮮瀝青中溶劑的差值，就能恢復老化瀝青的路用性能[9]。

作以下假設：（1）采用新鮮瀝青作為基底瀝青，新舊瀝青能產(chǎn)生膠合現(xiàn)象；（2）若給予充分的反應時間，新舊瀝青可以均勻拌和在一起。在此假設的基礎上，瀝青再生的原理就是在老化瀝青材料中添加新瀝青、軟化劑或再生劑，重新調(diào)整瀝青內(nèi)部化學成分的比例，分散瀝青質(zhì)，補充芳香分，降低瀝青黏度，改善低溫流動性，使老化瀝青恢復其基本性能，讓再生瀝青混合料的抗車轍、穩(wěn)定性、耐久性能達到路用性能要求[10]。

3.2 再生瀝青膠結(jié)料基本性能研究

本研究采用克拉瑪依90#新瀝青作為軟化劑進行復配，將不同比例新瀝青分別加入三種不同回收瀝青中，依次添加10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%，在135 ℃加熱混合后形成新的瀝青膠結(jié)料，分別測定各膠結(jié)料的針入度、軟化點、延度基本性能指標及黏度和復合模量，分析不同添加比例的瀝青性能指標變化規(guī)律。

（1）再生瀝青針入度試驗結(jié)果分析。根據(jù)相關規(guī)范，針入度試驗（25 ℃，100 g，5 s）結(jié)果可作為瀝青軟硬程度的判定并且可用來進行瀝青等級分級。針入度可用來評估回收瀝青添加量的比例，如圖2所示，添加新瀝青對回收老化瀝青的硬化程度有著顯著的影響，針入度值隨著新瀝青添加量的增加而相增加。

圖2 不同比例新瀝青添加量與針入度的關系

對針入度值與不同新瀝青含量的關系進行分析可知，針入度為25左右的回收瀝青加入40%的新瀝青進行軟化后，其針入度可提高2.5～3倍。當新瀝青摻量達到50%以上時，再生瀝青膠結(jié)料的針入度性能與新瀝青短期老化后的指標值相當[10]，且摻量在50%以內(nèi)時，針入度恢復速率較快，超過50%后，針入度增長率減慢。

（2）再生瀝青軟化點試驗結(jié)果分析。軟化點試驗的目的在于觀察瀝青到達流動狀態(tài)時所對應的溫度，可作為路面高溫變形指標。不同種類回收瀝青與軟化點溫度關系如圖3所示，作為軟化劑的新瀝青軟化點為44 ℃，并隨新瀝青摻量增加而減少，當新瀝青摻量為0時，3種回收瀝青的軟化點值分別為65℃、66 ℃及67.5 ℃，由此分析，每增加10%新瀝青，軟化點降低2.22 ℃左右。

圖3 不同比例新瀝青添加量與軟化點的關系

（3）再生瀝青延度試驗結(jié)果分析。摻加不同比例新瀝青的延度變化見圖4。隨著新瀝青摻量的增加，再生瀝青膠結(jié)料15 ℃延度隨著新瀝青摻量的增大而增大。即隨著新瀝青摻量的增加，再生瀝青膠結(jié)料的低溫延展性逐漸恢復。當新瀝青摻量達到40%時，再生瀝青膠結(jié)料的延度性能與新瀝青短期老化后的指標值相當。

圖4 不同比例新瀝青添加量與延度的關系

綜上，當新瀝青摻量在40%～50%時，再生瀝青膠漿的指標性能與新瀝青短期老化后的指標相近。當摻量持續(xù)增大時，有助于提高低溫性能，對高溫性能不利。從性能指標恢復程度要求及經(jīng)濟性考量，新瀝青摻量宜控制在50%左右。摻量過小，再生瀝青膠結(jié)料路用性能得不到保證，路面使用性能較難控制；摻量過大，再生瀝青利用率不高，造成資源浪費，經(jīng)濟效益不顯著。

根據(jù)再生混合料設計文件的瀝青性能指標要求，結(jié)合回收瀝青的性能試驗結(jié)果，可確定廢舊瀝青混合料的最佳添加比例。廢舊瀝青混合料摻量在滿足性能指標要求前提下，充分利用廢舊瀝青混合料，更達到環(huán)保及資源再生的目的。實際應用過程中根據(jù)不同回收瀝青老化程度不同、采用的新鮮瀝青、再生劑、軟化劑等不同，應結(jié)合實際情況進行試驗確定。

4 結(jié)論

本研究針對回收瀝青的組分進行了檢測與分析，在此基礎上進行了不同回收瀝青摻量的再生瀝青膠結(jié)料性能研究，主要得到以下結(jié)論：

（1）回收瀝青的組分中瀝青質(zhì)、飽和分增加，膠質(zhì)、芳香分減少，使得舊瀝青變硬，流動性和可塑性變差。

（2）回收瀝青的針入度和15 ℃延度不同程度的下降，軟化點有一定程度的提高，流變參數(shù)復合模量G*值增大，相位角降低，這可以從宏觀上說明老化使瀝青的高溫性能得到改善。

（3）再生瀝青膠結(jié)料針入度、延度隨新瀝青摻量增加而增加，軟化點隨新瀝青摻量提高而降低，從瀝青性能恢復角度和經(jīng)濟性角度考慮，新瀝青摻量宜控制在50%左右。