摘 要：【目的】分析老化和路面銑刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP）摻量對(duì)瀝青再生劑有效性的影響?！痉椒ā窟x擇環(huán)烷油、芳烴提取物、石蠟油、妥爾油和油酸等5種再生劑，制備RAP摻量分別為25%和45%的多種瀝青混合料，對(duì)不同瀝青混合料分別老化2 h和6 h后提取瀝青，通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變和彎曲梁流變?cè)囼?yàn)測(cè)試不同瀝青的高低溫性能?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明：含不同再生劑的再生瀝青與對(duì)照瀝青相比，高溫和低溫失效溫度差值均小于6 ℃，高低和溫性能分級(jí)一致。含石蠟油的再生瀝青性能分級(jí)優(yōu)于含其他再生劑的再生瀝青性能分級(jí)，石蠟油對(duì)瀝青再生效果較好。再生瀝青在不同頻率下剪切模量值均低于對(duì)照瀝青，含再生劑的混合料抗疲勞開(kāi)裂性能增加?！窘Y(jié)論】RAP摻量和老化對(duì)瀝青再生劑有效性影響不顯著。

關(guān)鍵詞：道路材料；老化；RAP摻量；瀝青；再生劑；有效性

中圖分類號(hào)：U414" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1003-5168（2024）20-0087-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.20.017

The Influence of Aging and RAP Content on the Effectiveness of Asphalt Rejuvenators

Abstract： [Purposes] This paper aims to analyze the effects of aging and reclaimed asphalt pavement （RAP） content on the effectiveness of asphalt rejuvenators. [Methods] Five rejuvenators， namely naphthenic oil， aromatic hydrocarbon extract， paraffin oil， tall oil， and oleic acid， were selected to prepare various asphalt mixtures with RAP content of 25% and 45%， respectively. Asphalt was extracted from different asphalt mixtures after aging for 2 and 6 hours， respectively. The high and low temperature performance of different asphalt was tested by dynamic shear rheology and bending beam rheology tests. [Findings] The results show that compared with the control asphalt， the difference in high and low temperature failure temperatures between the regenerated asphalt containing different rejuvenators was less than 6 ℃， and the performance grading of high and low temperatures was consistent. The performance grading of regenerated asphalt containing paraffin oil is superior to that of regenerated asphalt containing other rejuvenators， and paraffin oil has a better effect on asphalt regeneration. The shear modulus values of regenerated asphalt are lower than those of control asphalt at different frequencies， and the anti fatigue cracking performance of the mixture containing rejuvenators is increased. [Conclusions] RAP content and aging have no significant effect on the effectiveness of asphalt rejuvenators.

Keywords： road materials; aging; RAP content; asphalt; rejuvenator; effectiveness

0 引言

在我國(guó)高速公路和干線公路大中修工程中產(chǎn)生了大量路面銑刨料（Reclaimed Asphalt Pavement，RAP），將這些路面銑刨料再生利用于新拌和的瀝青混合料具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益［1］。由于RAP中瀝青使用多年后會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化，老化瀝青脆性提高且韌性降低［2］，摻加RAP會(huì)對(duì)再生混合料疲勞和低溫抗裂等性能產(chǎn)生不利影響［3］，這限制了RAP的再生應(yīng)用范圍。近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，不同學(xué)者對(duì)使用瀝青再生劑來(lái)促進(jìn)RAP在瀝青混合料中再生利用進(jìn)行了研究［4-5］。瀝青再生劑通過(guò)增加瀝青中輕質(zhì)組分降低老化瀝青的黏度和剛度［6］，增加其延展性，恢復(fù)RAP中老化瀝青性能［7-8］，從而降低RAP對(duì)瀝青混合料的不利影響，提高RAP再生利用摻量。目前，關(guān)于再生劑對(duì)含RAP瀝青混合料性能的研究大多采用單一再生劑或針對(duì)單一RAP摻量，且普遍未考慮不同老化條件對(duì)再生劑再生效果的影響。因此，有必要采用不同的瀝青再生劑，結(jié)合不同的RAP摻量和老化條件，研究不同老化條件和RAP摻量時(shí)，含不同瀝青再生劑的瀝青性能，分析老化條件和RAP摻量對(duì)不同瀝青再生劑有效性影響。

本研究選擇環(huán)烷油、芳烴提取物、石蠟油、妥爾油和油酸等5種再生劑，制備RAP摻量分別為25%和45%的瀝青混合料。對(duì)不同瀝青混合料分別老化2 h和6 h后提取瀝青，通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變和彎曲梁流變?cè)囼?yàn)測(cè)試不同瀝青的高低溫性能，并繪制不同瀝青的剪切模量主曲線，以分析不同老化條件和RAP摻量時(shí)含不同再生劑的再生瀝青高低溫性能和力學(xué)性能，綜合確定老化和RAP摻量對(duì)瀝青再生劑有效性影響，為再生瀝青混合料的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與試驗(yàn)方法

1.1 材料

本研究采用的5種不同的瀝青再生劑（三種石油基和兩種非石油基）分別為工程化的環(huán)烷油、石蠟油（用精制的廢潤(rùn)滑油生產(chǎn)）、芳烴抽提物（用極性芳烴油產(chǎn)品精制）、油酸（植物油生產(chǎn)的甘油三酯和脂肪酸）和妥爾油衍生物。使用的基質(zhì)瀝青為70#石油瀝青，用于比較與RAP材料混合后瀝青性能等級(jí)的變化，并評(píng)估再生劑再生RAP中瀝青的效果。

為分析RAP摻量對(duì)再生劑效果影響，在實(shí)驗(yàn)室制備了幾種含RAP材料的瀝青混合料。再生劑首先與瀝青按廠家推薦的摻量進(jìn)行預(yù)拌，其次制備含RAP的瀝青混合料。不同RAP摻量時(shí)最佳瀝青用量和再生劑用量見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

首先將基質(zhì)瀝青混合料和含不同再生劑的瀝青混合料分別在烘箱中老化2 h和6 h，模擬短期老化和長(zhǎng)期老化，其次使用正溴丙烷作為溶劑提取和回收每種混合料中老化后的瀝青。瀝青的提取和回收參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTG E20—2011中從瀝青混合料中回收瀝青的方法。

參照J(rèn)TG E20—2011中T0628—2011和T0627—2011分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)和低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，得到不同瀝青的高低溫的失效溫度，其中低溫彎曲試驗(yàn)恒定荷載980 mN±50 mN施加于試件中部，作用時(shí)間240 s。結(jié)合AASHTO M320中瀝青結(jié)合料性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同瀝青進(jìn)行PG分級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 高低溫性能等級(jí)

不同再生劑類型和老化時(shí)間的再生瀝青高低溫性能失效溫度見(jiàn)表2。老化6 h與老化2 h失效溫度差值如圖1所示，圖1中RAP 25% H表示RAP摻量25%時(shí)老化6 h與老化2 h高溫失效溫度差值，RAP 25% L表示RAP摻量25%時(shí)老化6 h與老化2 h低溫失效溫度差值；RAP 45% H和RAP 45% L同理。下文將根據(jù)表2和圖1分析不同因素對(duì)再生瀝青性能的影響。

2.1.1 不同再生劑類型的影響。當(dāng)在瀝青混合料中摻入25%的RAP時(shí)，添加再生劑的瀝青比未添加再生劑的對(duì)照瀝青具有更低的高溫失效溫度。老化2 h和6 h這兩種程度下，再生瀝青的低溫性能失效溫度均低于對(duì)照瀝青。這是因?yàn)樵偕鷦┯兄诮档屠匣癁r青的黏度和剛度，并能夠增加其延展性。此外，高溫失效溫度越低，再生劑對(duì)RAP中老化瀝青的恢復(fù)效果越好。含石蠟油再生劑的瀝青性能分級(jí)為PG76-28，含其他再生劑的瀝青性能分級(jí)為PG82-22，不含再生劑的瀝青性能分級(jí)為PG88-22，不同瀝青整體PG分級(jí)至少有一個(gè)等級(jí)的差異。此外，石蠟油再生劑在老化2 h的情況下具有更好的再生性能等級(jí)，短期老化時(shí)石蠟油再生劑對(duì)老化瀝青的再生效果最好。在老化6h的情況下，除環(huán)烷油再生劑的高溫等級(jí)為PG88-22外，所有再生劑的整體等級(jí)均為PG82-22。

對(duì)于從RAP含量為45%的混合料中提取的瀝青，其高低溫等級(jí)測(cè)試結(jié)果與從含有25 % RAP的混合料中提取的瀝青類似，再生瀝青的高低溫等級(jí)低于未添加再生劑的對(duì)照瀝青。在所有的再生劑中，石蠟油再生劑在恢復(fù)RAP中老化瀝青方面的性能最好。

2.1.2 RAP材料摻量的影響。通過(guò)對(duì)比表1中的高低溫性能失效溫度，可以評(píng)估RAP材料摻量對(duì)不同瀝青再生劑對(duì)RAP中老化瀝青再生效果的影響。從RAP含量25%的混合料中提取的瀝青與從RAP含量45%的混合料中提取的瀝青相比，兩者整體性能等級(jí)基本一致。從RAP含量25%的混合料中提取的未摻再生劑的瀝青的性能等級(jí)和從RAP含量45%的混合料中提取的未摻再生劑的瀝青的性能等級(jí)均為PG88-22，兩者中提取的大部分再生黏結(jié)劑的性能等級(jí)也均為PG82-22。表明當(dāng)RAP材料比例從25%增加到45%時(shí)，再生瀝青性能變化不顯著。增加RAP材料在瀝青混合料中的百分比對(duì)未摻加再生劑或摻加不同再生劑的瀝青都沒(méi)有產(chǎn)生顯著影響。此外，RAP摻量的增加并不影響不同再生劑對(duì)RAP中老化瀝青的再生性能。

2.1.3 老化時(shí)間的影響。從圖1可知，對(duì)照瀝青的高溫失效溫度差異略高于2 ℃，表明老化6 h后整體高溫分級(jí)沒(méi)有顯著變化。在添加不同再生劑時(shí)，不同老化時(shí)間時(shí)含油酸再生劑的高溫失效溫度差異最大為5.6 ℃，該差值仍小于6 ℃，這表明老化6 h與老化2 h相比，所有再生劑在高溫性能分級(jí)上沒(méi)有顯著差異。對(duì)于低溫性能失效溫度，不同老化時(shí)間時(shí)含芳烴提取物再生劑的高溫失效溫度差異最大為3.1℃，該差值亦小于6 ℃，表明老化6 h與老化2 h相比整體低溫性能分級(jí)沒(méi)有顯著變化。以上結(jié)果表明對(duì)照瀝青和含不同再生劑的再生瀝青的性能等級(jí)受不同老化方式的影響較小。這些結(jié)果也可能表明不同再生劑對(duì)RAP中老化瀝青的再生能力受不同老化方式的影響不顯著。

2.2 力學(xué)性能

通過(guò)DSR試驗(yàn)結(jié)果，繪制RAP摻量25%時(shí)對(duì)照瀝青和含再生劑混合料中提取的瀝青的剪切模量主曲線（如圖2所示），評(píng)估使用不同再生劑時(shí)再生瀝青性能。由圖2可知，老化2 h時(shí)，再生瀝青在不同頻率下的剪切模量值均低于未摻加再生劑的對(duì)照瀝青。這表明所有再生劑都不同程度上恢復(fù)了RAP材料中含有的老化瀝青的性能。與基質(zhì)瀝青相比，含不同再生劑時(shí)再生瀝青在較低頻率時(shí)剪切模量低于基質(zhì)瀝青，在較高頻率時(shí)剪切模量與基質(zhì)瀝青差值降低，這表明含再生劑的混合料的抗疲勞開(kāi)裂性能增加，抗車轍性能降低。同時(shí)，前期研究結(jié)果表明，再生瀝青比原基質(zhì)瀝青具有更高的PG等級(jí)。因此，可得出，再生劑的使用對(duì)再生瀝青的抗車轍性能影響程度較小。

此外，含不同再生劑的再生瀝青中，含石蠟油的再生瀝青具有最低的剪切模量值，這表明石蠟油再生劑對(duì)老化瀝青性能具有更好的恢復(fù)效果，含有石蠟油再生劑的瀝青混合物在抗疲勞方面較好。老化6 h時(shí)，所有再生瀝青在較寬的頻率范圍內(nèi)都比對(duì)照瀝青具有更低的剪切模量。這與老化 2 h的測(cè)試結(jié)果規(guī)律類似，表明含再生劑的混合料具有更好的抗疲勞開(kāi)裂性能。

3 結(jié)論

①含不同再生劑的再生瀝青與不含再生劑的對(duì)照瀝青相比，高低溫失效溫度差值均小于6℃，高低溫性能分級(jí)一致。

②含石蠟油再生劑的再生瀝青性能分級(jí)為PG76-28，含其他再生劑的再生瀝青性能分級(jí)均為PG82-22，石蠟油再生劑對(duì)瀝青再生效果較好。

③RAP摻量為25%和45%時(shí)，以及老化時(shí)間2 h和6 h時(shí)，含不同再生劑的再生瀝青性能分級(jí)均為PG82-22，RAP摻量和老化時(shí)間對(duì)再生瀝青性能影響不顯著。

④再生瀝青在不同頻率下的剪切模量值均低于未摻加再生劑的對(duì)照瀝青，含再生劑的混合料的抗疲勞開(kāi)裂性能增加。

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