瀝青老化再生的實驗路徑研究

張振德，張廣闊，張海濤

(東北林業大學 土木工程學院，哈爾濱 150040)

瀝青混合料在拌合攤鋪以及瀝青路面在使用過程中，由于受到高溫、氧化、光照、水和行車荷載的作用而產生老化現象。老化后瀝青的針入度、軟化點、延度等各種指標全部變化，老化后瀝青的高溫抗變形能力有所提升，但其低溫性能及耐久性都會降低[1]，嚴重影響了瀝青路面的使用性能。為模擬瀝青路面在現實過程中的老化，先后有很多試驗方法被提出，其中有控制溫度和時間的普通烘箱老化試驗、瀝青薄膜烘箱試驗法(TFOT)、瀝青旋轉薄膜烘箱試驗法(RTFOT)和壓力老化(PAV)試驗等。由于瀝青的老化使其路用性能下降所以路面的再生技術由此產生，瀝青路面的再生主要有熱再生和冷再生。實驗室中一般用熱再生方法對老化的瀝青進行再生以模擬現實情況。本文主要是通過對比各種實驗室老化方法與再生方法尋找一條近似于現實的老化再生路徑。

瀝青材料由于受到外界因素的影響而發生老化，老化后的瀝青其路用性能明顯下降，為提高瀝青抗老化的性能人們做了大量的研究，而研究的目的就在于研究結果的應用。為了使試驗過程更接近于實際，就需要一條接近于實際的瀝青路面在使用過程中老化和老化以后回收再利用的實驗室路徑。

1 老化方法的對比

瀝青路面的老化過程可分為短期老化和長期老化[1]。短期老化指瀝青混合料在拌合、運輸、攤鋪過程中由于高溫發生的熱氧化反應。由于短期老化時瀝青所在的溫度較高，故瀝青輕質油分的揮發主要集中在短期老化階段。長期老化指瀝青路面在使用過程中受到高溫、氧化、光照、水、行車荷載的作用是路面的使用性和耐久性降低。瀝青薄膜烘箱(TFOT)老化與瀝青旋轉薄膜烘箱(RTFOT)老化都是為了模擬瀝青的短期老化。壓力老化(PAV)是為了模擬瀝青的長期老化。瀝青路面的老化主要的影響因素是溫度、氧氣含量、交通荷載、光照，而這幾個影響因素中溫度、氧氣含量、交通荷載是追主要的。無論是瀝青薄膜烘箱(TFOT)老化還是瀝青旋轉薄膜烘箱(RTFOT)老化或者壓力老化(PAV)都是提高這幾個因素中某一個或某幾個因素的強度。其中TFOT與RTFOT無論是試驗原理還是實驗結果都有很大的相似度。在瀝青老化過程中氧氣含量和溫度是兩個最重要的方面，溫度低、氧含量少時，發生反應的速度就慢，反之發生反應的速度就快。RTFOT在163℃ 條件下，常壓吹入熱空氣老化，溫度較高，氧濃度較小；PAV是90～110℃溫度下，空氣壓力2.1 MPa下進行老化，溫度較低，氧濃度較大[2]；而60℃ 烘箱老化的溫度和氧濃度都最低，因此老化最緩慢。

SHRP計劃研究者經過研究認為，瀝青在施過程中的短期老化可以通過旋轉薄膜烘箱老化來進行模擬；而瀝青在使用過程中的老化即長期老化可以通過對經過旋轉薄膜老化后的瀝青進行壓力老化來進行模擬。栗培龍等[3]通過對旋轉薄膜烘箱老化試驗85 min、延時360 min、180 min的旋轉薄膜烘箱老化試驗和R+P和R+20d(先 RTFOT老化試驗然后進行20天的60℃烘箱老化)與真實的廢舊瀝青路面提取的老化瀝青的各個指標進行對比，見表1[3]。

表1 瀝青模擬老化與路面抽提回收瀝青指標比較

通過對比發現R360min與使用6 a、7 a的瀝青路面提取物的指標較為接近，R+P與使用3 a的較為接近，R180min、R+O20d與使用3 a的較為接近。從此數據可以看出無論是R360min還是R180 min或者R+O20d都能與不同使用年份的路面抽提回收瀝青的指標較好的對應上，只有R+P與路面抽提回收瀝青的指標對應不是很好，另外壓力老化要用經過旋轉薄膜老化后的瀝青進行試驗，試驗條件苛刻，實驗過程復雜，耗時長，儀器不普及等缺點[3]。60℃烘箱老化雖然設備單，但試驗周期較長，給試驗研究帶來較大的困難。

抽提所得到的老化瀝青中含有三氯乙烯和礦粉，回收瀝青中礦粉的存在對延度的影響很大，造成了再生劑不能使再生瀝青延度達到標準要求的假象；而三氯乙烯對瀝青有溶解作用，回收瀝青中含有的微量三氯乙烯，對其針入度、軟化點、延度三大指標都有很大的影響[4]，故可知路面抽提回收所得到的瀝青會受到三氯乙烯以及礦粉的影響而使得用它所得到的實驗數據失準。相比采用經過修正的旋轉薄膜烘箱(RTFOT)老化或者延時的RTFOT就能夠較好的模擬真實路面瀝青的老化，但是由于不同地理條件、氣候條件、交通量、交通荷載對路

面瀝青的老化影響很大，故不同的地區應根據當地真實路面瀝青老化時間與相應模擬時間對應。

2 瀝青的實驗室再生方法

現階段廢舊瀝青路面的再生方法主要分熱再生和冷再生，熱再生又分為廠拌熱再生和現場熱再生，冷再生分為廠拌冷再生和現場冷再生[5]。廠拌熱再生可處治反射裂縫、養護補丁和基層等問題是目前應用最廣的廢舊瀝青路面再生技術，其他幾種再生方法都有各自的局限性[6]。為模擬廠拌熱再生，將經過實驗室模擬老化所得到的瀝青殘留物，加入瀝青再生劑或加入新瀝青和再生劑然后在加熱的同時用攪拌機攪拌直至混合均勻[7]，加熱的溫度控制在140～160℃之間。

3 再生劑用量確定

在瀝青的各項指標中針入度和5℃延度能夠比較好的反應瀝青的高溫和低溫性質，故本實驗通過控制瀝青的針入度和瀝青的5℃延度來確定再生劑的用量，分別用2%、2.5%、4%的再生劑對經過5 h 163℃烘箱老化后的瀝青進行再生，對比原基質瀝青與再生后的瀝青的兩項指標，見表2。

表2 再生劑劑量對比

根據以上數據得到圖1和圖2。從圖1中可以看出用2.5%的再生劑再生針入度可恢復到與基質瀝青相似的水平，故就針入度而言用2.5%再生劑比較合適。圖2可以看出2%的再生劑可以使經過老化后的瀝青的延度恢復較好，但此時針入度恢復較差，用2.5%的在再生劑時，延度達到了14.7 cm，提高了瀝青的低溫性能。

圖1 針入度對比

圖2 延度對比

試驗用的再生劑具有很強的極性，加入到瀝青后能有效包裹瀝青質，同時發生化學反應，使瀝青的極性化合物增多，阻止和延緩瀝青質的凝聚，再生劑的主要技術指標由再生劑生產廠家提供見表3。

表3 再生劑主要指標

根據表4數據對比可以看出經過再生后的瀝青各項指標都有很好地恢復，針入度變化較大但最后恢復的效果很好，而延度在整個過程中變化最大恢復效果也是最好的甚至達到了基質瀝青的兩倍。基質瀝青與老化后的瀝青和經過再生后的瀝青各項指標見表4。

表4 再生效果對比

由以上數據可以看出，這種實驗室的瀝青熱再生方法能夠很好的對老化的瀝青進行再生。

4 結 論

通過數據分析可知，延時的RTFOT和RTFOT+PAV都能很好地模擬瀝青在實際使用過程的老化，兩者的數據與實際老化的數據都非常接近，并沒有體現出RTFOT+PAV比延時的RTFOT能更好的模擬實際老化，故用延時的RTFOT就能很好的模擬瀝青在實際使用過程中的老化。又因為實際廢舊瀝青在抽提后都含有一定量的三氯乙烯，這樣使得抽提后得到的瀝青殘留物的指標都不是很準確。所以可以根據當地的氣候以及交通情況確定一個延時的時間，使得不同延時時間的RTFOT可以模擬當地不同使用時間瀝青路面的回收瀝青。

根據再生的分析可以得出，將再生劑在140～160℃時加入到老化后的瀝青中并用攪拌機攪拌至再生劑與瀝青完全混合均勻，這個過程可以模擬老化瀝青混合料的廠拌熱再生過程。這樣瀝青路面的老化及熱再生過程就可以用簡單的實驗室瀝青老化再生來模擬。

【參 考 文 獻】

[1]應榮華，鄭健龍，陳 驍.瀝青老化效應的試驗研究[J]，公路交通科技，2007，24(6)：20-23.

[2]栗培龍，張爭奇，王秉綱.瀝青野外熱氧老化模擬試驗研究[J]，河北工業大學學報，2008，37(4)：90-95.

[3]栗培龍，張爭奇，王秉綱.道路瀝青熱氧老化模擬試驗研究[J]，鄭州大學學報(工學版)，2008，29(1)：119-123.

[4]劉金玲.瀝青及瀝青混合料就地熱再生工藝研究[D].大連：大連理工大學，2009.

[5]王 昊.老路廢舊瀝青混合料熱再生技術的試驗研究[D].濟南：山東大學，2012.

[6]王 宇.瀝青路面再生研究[D].西安：長安大學，2011.

[7]劉玉磊，姜 利，王黎明，等.確定瀝青再生劑最佳用量的試驗研究[J].森林工程，2007，23(2)：71-73.