瀝青路面養護劑在老化瀝青還原中的試驗研究

嚴 偉

1． 引言

瀝青作為一種復雜的高分子碳氫化合物，在一定溫度與荷載作用下表現為典型的彈-粘-塑性，是一種熱塑性的樹脂材料，它在熱、光、水、氧的作用及車輛的碾壓下會發生老化現象，瀝青老化的過程就是瀝青組成成分發生轉化的過程，瀝青中的輕質組分逐漸揮發,并不斷發生氧化反應，使瀝青中的油份、樹脂逐漸減少，瀝青質相對增多，瀝青變稠、黏度降低、柔軟度變差,且因為瀝青質部分轉化為瀝青炭，致使瀝青路面粘塑性降低，路面相繼出現干澀、開裂,即發生瀝青路面的老化。隨著老化現象的發展，瀝青變脆，瀝青路面的抗變形能力降低，路面的使用性能也隨之逐漸降低，在行車荷載和冰凍的作用下，極易產生裂縫使瀝青與礦料脫離，最終形成龜裂和松散而導致路面的破壞。

在瀝青發生初期老化時，如果在路面表面涂刷或噴灑一種防老化劑或再生劑之類的材料，以補充瀝青中的輕質成分，使瀝青變軟，增加它的柔韌性和彈性，則能夠提高瀝青的黏結性和使用壽命，延緩瀝青老化現象的發生。瀝青路面養護劑或還原劑正是這樣的材料。

2．瀝青養護劑的性能

前蘇聯早在上世紀60 年代，美國、德國在70 年代，就開始從事瀝青路面養護還原劑的研制。這類材料一般由芳烴類溶劑、輕質油分、樹脂與膠質等成分組成，能滲入瀝青層,有效補充瀝青組分中的油份，恢復老化瀝青的活性。施工后可以在路面形成一個密封層，有效抵御水、紫外線、化學品對瀝青路面的侵蝕，與原來路面材料融合，不會造成原有路面的摩擦系數下降，能夠達到很好的防滲水作用，是針對早期瀝青面層損壞的一種較好預防性養護方法。現在這些類型材料我國已有引進，如瀝再生、魁道瀝青復原劑等產品。

瀝青路面養護劑具有輕微揮發性氣味，一般為黑色油狀液體，其主要成分為稀釋劑、石油蒸餾液和再生劑。

瀝青路面養護劑對老化瀝青性能改善的一般體現在幾個方面：

1）調節瀝青的粘度，增加其樹脂質；

2）調節瀝青的流變性，補充油份， 使舊瀝青變軟，增加柔韌性和彈性；

3）填加的聚合物改性劑，使瀝青具有更加良好的穩定性和抗老化性；

4）能夠有效滲透至舊瀝青層 ，使其形成一層保護膜。

具體表現為對舊瀝青的針入度、延度、軟化點等性能的改善提高。

3．老化模擬試驗

在瀝青路面長期使用的過程中，受日照時間和氣溫的影響，溫度反復升降導致溫度應力疲勞，混合料的極限拉伸應力變小，應力松弛性能降低，將會出現不同程度的裂縫損壞，特別是路面表層，老化速度最快。瀝青的老化過程是長期而且復雜的。瀝青老化過程在瀝青熱拌和過程就已經開始，在道路的使用壽命周期中，隨著時間、天氣、陽光等外在因素的影響，老化一直在發生。因此，瀝青路面養護劑在瀝青老化到何種程度仍能有效的發揮其作用是必須研究一個重要指標。

本研究采用RTFOT和PAV試驗分別模擬瀝青短期和長期老化情況制備試件，以此分析瀝青路面養護劑對老化瀝青的性能改善和適用范圍。

試驗原樣基質瀝青采用70號瀝青。老化瀝青通過旋轉薄膜烘箱試驗以及壓力老化試驗分別模擬短期老化和長期老化制取試樣。試驗方法《瀝青及瀝青混合料試驗規程》( JTJ 052 - 2000)中的T0604，T0605，T0606，T0620。試驗數據整理如表1：

表1 基質瀝青老化試驗結果

單位 原樣瀝青 RTFOT瀝青 PAV瀝青

針入度（25℃,5s,100g） 0.1mm 72 60 39

針入度比 % 83 54

軟化點（R&B;） ℃ 47.0 48.0 55.0

軟化點增值 △℃ 1.0 8.0

延度（15℃,5cm/s） cm 〉200 38 4

黏度（60℃） Pa.s 233（S27） 341（S27） 1240（S29）

黏度比 % 1.5 5.3

由試驗結果分析，瀝青老化后，其性能下降，軟化點提高，針入度、延度降低，呈現硬化狀態，PAV瀝青性能下降尤為顯著。試驗結果表明，老化后瀝青延度急劇下降，瀝青變得脆硬，瀝青的柔性降低。

近年來有研究表明，瀝青在老化過程中則逐漸變硬變脆，柔韌性降低，粘度由于瀝青中的瀝青質屬于大分子物質，大分子物質的增加必然引起粘度提高，長期老化后的瀝青軟化點要遠高于短期老化后的瀝青軟化點，這是因為其組分中瀝青質含量比短期老化后的瀝青質含量要高的緣故。

4．瀝青還原試驗

試驗目的是確定還原劑的適用條件。試驗樣品采用RTFOT瀝青、PAV瀝青，分別添加相同劑量的還原劑。見表2：

表2 基質瀝青還原試驗結果

單位 RTFOT瀝青 PAV瀝青

RTFOT瀝青 +還原劑 PAV瀝青 +還原劑

針入度（25℃,5s,100g） 0.1mm 60 50 39 30

軟化點（R&B;） ℃ 48 48 55 55

延度（15℃,5cm/s） Mm 38 55 4 8

黏度（60℃） Pa.s 341（S27） 377 1240（S29） 1350（S29）

瀝青經過短期老化過程后，在路面的長期使用過程中輕質油分的揮發損失已不再是瀝青老化的主要原因，而與大氣中氧的反應及分子結構的變化將是瀝青路面長期使用過程中老化的主要原因。由試驗結果分析，添加還原劑后，老化瀝青性能得到部分改善。其中延度值改善顯著，如RTFOT瀝青延度為38mm，添加還原劑后，其延度為55，提高了45%，PAV瀝青則提高了100%。

5．用量試驗

試驗目的是通過還原劑的摻入量與老化瀝青性能改善之間的關系，確定還原劑的合理用量范圍。試驗采用原樣瀝青經老化后，分別摻入4%，5%，6%，7%，8%，9%的瀝青還原劑，測定軟化點、針入度、延度、60℃黏度（S27）等指標。試驗結果見表3所示。

表3不同摻量瀝青性能指標結果

單位 摻量

4% 5% 6% 7% 8% 9%

針入度（25℃,5s,100g） 0.1mm 52 50 48 47 46 46

變化趨勢 -2 -2 -1 -1 0

軟化點（R&B;） ℃ 47 47.5 49 49 49 49.5

變化趨勢 0.5 1.5 0 0 0.5

延度（15℃,5cm/s） Cm 〉200 103 71 63 57 52

變化趨勢 -97 -32 -8 -6 -5

黏度（60℃） Pa.s 365 372 389 395 400 409

變化趨勢 7 17 30 5 9

由試驗結果分析，老化瀝青的性能改善與瀝青還原劑用量有一定的相關性。隨著用量的增加，針入度呈現下降的趨勢，當用量達8%時，針入度變化基本趨于平穩；隨著用量的增加，黏度表現出與針入度較為一致的變化趨勢。試驗結果表明，針入度與黏度之間具有良好的相關性，即針入度下降黏度值增大。這種變化趨勢與還原劑材料的組成有關，由于材料中添加了部分聚合物瀝青材料，補充老化瀝青損失的部分膠質，使得瀝青的粘稠度增大。

用量的增加對軟化點變化不大，變化趨勢較平穩，在用量為4%～6%之間時，軟化點呈現上升趨勢，這是由于還原劑補充了相當的油份，使得瀝青質的含量在組成比例上有所減小。當用量再增加時，變化已不明顯，從經濟上也不合適。

因此，由試驗效果和經濟性綜合分析，瀝青還原劑的用量定在4%是一個比較合適的標準。

6．結語

盡管從室內試驗結果來看，長期老化瀝青在還原劑作用下能夠得到改善，但考慮到瀝青路面建成投入使用開始，瀝青逐漸被氧化、損耗，如果要保持其長期良好的路用性能，應該在路面使用初期就給與良好的養護，即預防性養護，使瀝青恢復彈性及柔韌性， 使路面長期處于較佳的使用狀態，因此對長期老化瀝青的合適時機需要進一步研究分析。

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【文章編號】1627-6868（2013）03-0029-02

【作者簡介】嚴偉，從事公路工程建設管理工作。