舊瀝青再生及霧封層預防護技術應用研究

袁　偉

(山西省交通科學研究院　太原　030006)

舊瀝青再生及霧封層預防護技術應用研究

袁偉

(山西省交通科學研究院太原030006)

摘要為了研究不同再生劑的再生效果，采用瀝再生與TL2000兩種再生劑進行對比分析；通過繪制“再生劑摻量-粘度”曲線，確定瀝再生與TL2000摻量分別為10%和4%,此摻量再生劑能將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。耐久性研究表明，再生瀝青粘度隨時間呈對數形態增大；實體工程表明，霧封層雖會降低路表構造與抗滑性能，但仍能滿足規范要求,且能夠填充路面微裂縫，防止路面水下滲，避免發生水損害。

關鍵詞瀝青路面預防性養護霧封層

隨著我國公路建設的迅速發展，公路技術等級和路面等級也不斷提高，截止到2013年底，我國高速公路通車里程已成為世界第一，而其中絕大部分是瀝青混凝土路面[1]。瀝青路面在交通荷載與氣候環境的綜合作用下，隨著路面服務年限的增加，其使用性能會逐步衰減，因此，在合適的時間，必需對瀝青路面采取及時的養護措施以恢復到一定的使用水準[2]。

霧封層是一種成本較低的有效的道路預防性養護技術。它是直接在道路表面噴灑霧封層材料，為道路迅速地提供一個黑色的表面；它可以封閉道路表面的孔隙以及微裂縫，防止水分和空氣進入路面結構中而引起路面結構的破壞，對3 mm以下的裂縫有自動愈合的作用；此外，霧封層還能穩住道路表面松散的骨料以防止其進一步松散，可以保護或修復路面因老化所損失的粘結料，減少路面的老化和風化作用[3]。

本文通過理論分析闡述瀝青老化及再生機理，采用室內對比，分析不同再生劑的再生效果，并結合試驗段對霧封層預防性養護技術進行評價分析。

1瀝青老化及再生方法

1.1　瀝青老化機理

瀝青是一種粘彈性材料，隨著環境溫度、時間的變化及車輛荷載的作用，瀝青材料具有材質變硬、疲勞老化的特性，且這種現象隨時都在發生。瀝青混凝土在拌和樓進行高溫拌和時，瀝青在高溫條件下會迅速老化；當瀝青混凝土鋪筑完成開放交通使用后，在環境及車輛荷載作用下瀝青材料的老化仍然在進行中。瀝青材料的老化作用主要包括：氧化作用、揮發作用、聚合作用、自然硬化以及滲流硬化。

瀝青老化實質上是化學組成與物理形式的變化。老化反應即為瀝青材料在氧化作用下，芳香成分減少，瀝青質與膠質含量增多，稠度增加的一個不可逆的過程。采用老化指數AI表征瀝青老化程度，即為老化后瀝青的粘度與未用過的瀝青粘度的比值，見式(1)[4]。實際瀝青路面施工及運營過程中瀝青老化指數的變化規律見圖1。

(1)

式中：ηa為老化后瀝青的粘度；ηο為未用過的瀝青的粘度。

圖1　瀝青老化指數變化規律

由圖1可見，在瀝青與集料加熱拌和過程中，瀝青的老化最為嚴重；施工過程中瀝青老化速度也比較快，但相對于拌和中的老化顯得較為輕微；在路面的使用過程中，受環境和荷載的作用，瀝青仍然在不斷老化，但老化的速度比較平緩。

1.2　瀝青再生方法

舊瀝青的再生是瀝青老化的逆過程，即在舊瀝青中，加入某種組分的低粘度油料(即再生劑)，或者加入適當稠度的瀝青材料，經過調配，使得調配后的再生瀝青具有適當的粘度和所需要的路用性質，以滿足路用要求。通過對瀝青老化過程以及流變行為的分析，可以通過一定的措施使得舊瀝青反向恢復到一定的流變狀態，從而獲得合適的性能。

可以采用如下2種方法對舊瀝青進行再生。

(1) 將舊瀝青的粘度調節到所需要的粘度范圍之內。

(2) 將舊瀝青的復合流動度予以提高，使舊瀝青重新獲得良好的流變性質。

2再生劑摻量的確定

通過室內試驗模擬瀝青老化過程，從而確定實際再生劑摻量，為再生瀝青的性能研究及實體工程應用打下基礎。

2.1　原材料

(1) 瀝青。由于目前高速公路瀝青路面大多采用改性瀝青，以改善瀝青路面使用性能，延長使用壽命。因此本次試驗采用的瀝青為SBS改性瀝青，并在163 ℃條件下，對其進行10 h薄膜烘箱老化，模擬瀝青老化性能。并根據《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)[5]中的試驗方法測試SBS改性瀝青老化前后的基本性能，測試結果見表1。

表1　SBS改性瀝青老化前后基本性能指標

通過表1可知，在163 ℃條件下，經過10 h薄膜烘箱老化，SBS改性瀝青的各項指標均發生變化：軟化點、針入度升高，5 ℃延度降低，135 ℃的粘度升高。說明瀝青發生了硬化及脆化，尤其是低溫性能顯著降低。

(2) 再生劑。本試驗研究擬采用TL2000路面強化劑及瀝再生2種再生劑進行對比分析，研究不同再生劑的再生效果；其中瀝再生是由經特別提煉的石油蒸餾液、改質瀝青、再生劑三者合成的一種瀝青路面再生密封劑。TL2000為一種黑色溶液型再生劑，密度一般在1.53～1.67 g/cm3，25 ℃運動粘度為200～400 mm2/s。瀝再生的技術指標檢測結果見表2。

表2　瀝青再生技術指標檢測結果

2.2　再生劑摻量的確定

由于瀝青的常規性能指標(針入度、軟化點以及延度等)與瀝青的流變指標(如粘度等)有密切的關系，因此應用流變參數來分析瀝青再生的機理容易被人們所理解。現在歐美國家也都應用粘度指標來控制再生瀝青的性能。SHRP新的試驗方法提供了流變測量計算瀝青膠結料性質的方法。Brookfield旋轉粘度計通過計算剪切速率和剪應力能又快又方便地測量瀝青高溫粘度。

本文針對2種不同的瀝青再生劑，選擇不同的摻量加入老化瀝青中，并在165 ℃溫度條件下攪拌0.5 h，然后靜置24 h，測定135 ℃的布氏粘度，粘度測試結果見表3，并繪制“再生劑摻量-粘度”曲線見圖2。

表3　再生瀝青粘度測試結果

圖2　再生劑摻量-粘度關系曲線

由圖2可見，不同摻量再生劑的再生效果是不一樣的。其中TL2000路面強化劑的再生效果要優于瀝再生。對上述曲線進行線性擬合，見式(2)與式(3)。

y=2 447.9x3-403.12x2+5.208 3x+2.97

(2)

y=-1 354.2x3+367.86x2-41.637x+2.967 3

(3)

式中：x為再生劑摻量，%；y為粘度，Pa·s。

根據上述結果確定出TL2000的摻量為4%，為達到4%TL2000摻量的再生效果，最終根據式(3)計算得出瀝再生的摻量為10%。采用上述再生劑摻量，拌制瀝青，測試再生瀝青的粘度，測試結果見表4。

表4　再生劑摻量

根據確定的再生劑摻量進行粘度測試，其結果相差小于0.1 Pa·s，說明這2種再生瀝青已達到相近的流變狀態，從而進行橫向的對比試驗。

3再生瀝青性能分析

3.1　基本性能

分別將10%的瀝再生與4%的TL2000路面強化劑摻入到老化SBS改性瀝青中，按照《公路瀝青及瀝青混合料試驗規范》(JTG E20-2011)，測定2種再生瀝青的針入度(25 ℃)、軟化點、延度(5 ℃)，并與SBS改性瀝青及未添加再生劑的老化瀝青進行對比，測試結果見表5。

表5　再生瀝青基本性能測試結果

通過表5可知，不同的再生劑以不同的摻量摻入到老化SBS改性瀝青中，在確保流變性質相同的條件下，都能夠起到降低老化瀝青的軟化點，提高針入度(25 ℃)、延度(5 ℃)的作用；通過再生劑與老化瀝青的短時反應，可以將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm。與未老化的SBS改性瀝青對比可知，10%瀝再生的再生效果較好。

3.2　耐久性能

本文在此利用瀝青粘度為參考指標來評價2種再生瀝青的耐久性，并通過“時間-粘度”曲線來分析2種瀝青材料的性能隨時間的變化規律。把瀝再生與TL2000分別以各自確定的摻量加入老化瀝青中，分別以摻后0.2,1,2,4,8,16,30 d為時間點測定2種不同再生瀝青的粘度，試驗結果見表6，并繪制“時間-粘度”曲線見圖3。

表6　再生瀝青隨時間變化的粘度

圖3　“時間-粘度”曲線

由圖3可見，在初始粘度大致相等的情況下，隨著時間的推移，2種再生瀝青的粘度變化的趨勢相同。整體看來，2種再生瀝青的粘度曲線呈對數形態，粘度隨時間的增加而增大，并且趨勢逐漸變緩。其中摻入瀝再生的瀝青具有較好的耐久性能。

4實體工程應用

根據路面調研結果及養護公司的安排，在某高速公路上選擇2個路表磨耗比較嚴重，但路面狀況良好的試驗段，施工結束后進行半年的跟蹤觀測。

4.1　霧封層施工工藝

(1) 施工前清理路表灰塵及裂縫中的雜物，保證路表干燥，且施工溫度不得低于10 ℃。

(2) 對路表破損嚴重的部位進行局部維修，裂縫進行灌縫處理。

(3) 常溫下將瀝再生或TL2000路面強化劑泵入灑鋪車中，然后均勻噴灑霧封層材料；其中TL2000噴灑量控制在1.4±0.1 kg/m2，瀝再生控制在0.9±0.1 kg/m2。

(4) 養生至霧封層材料完全干固后方可開放交通。

施工過程中必須嚴禁煙火，同時施工人員應穿好安全服、戴好口罩等。霧封層施工結束后必須保證路表狀況良好，避免因施工不慎或緊急剎車造成的花白。

4.2　跟蹤觀測

跟蹤觀測內容主要包括滲水系數、抗滑擺值及構造深度。與施工前的路表性能進行對比，評價霧封層的使用效果，測試結果見表7。

表7　霧封層試驗段路表性能跟蹤觀測結果

由表7可見，霧封層施工過后路表抗滑擺值有所降低，但仍能夠滿足規范要求。這主要是因為瀝再生與TL2000噴涂到路表都會導致路表構造深度較低，因此施工過程中必須嚴格控制霧封層材料的噴涂量，避免出現噴涂過厚現象。但隨著使用年限的增長，路表的抗滑性能逐漸恢復，其中瀝再生效果優于TL2000路面強化劑。霧封層施工后路表均不滲水，說明霧封層能夠起到填充路面微裂縫的作用，防止路面水下滲，避免發生水毀病害。

5結語

瀝青老化實質是芳香成份減少，瀝青質與膠質含量增多，稠度增加的一個不可逆的過程；而老化瀝青再生則是老化的逆過程。引起瀝青老化主要包括氧化作用、揮發作用、聚合作用、自然硬化以及滲流硬化。本文通過繪制“再生劑摻量-粘度”曲線，利用曲線擬合最終確定瀝再生與TL2000摻量分別為10%和4%；通過再生劑與老化瀝青的短時反應，可以將瀝青的針入度增大到6.34 mm，軟化點降低至71.3 ℃，延度(5 ℃)增大到42 cm；耐久性研究表明再生瀝青粘度隨時間呈對數形態增大；實體工程表明霧封層雖會降低路表構造與抗滑性能，但仍能滿足規范要求；同時，能夠填充路面微裂縫，防止路面水下滲，避免發生水毀病害。

參考文獻

[1]王娜,胡佳波.瀝青混凝土路面預防性養護綜述[J].山東交通科技,2011(5):75-79.

[2]樊英華,孔繁盛.確定瀝青路面預防性養護時機的方法[J].山西交通科技,2007(4):4-6.

[3]張勇強.瀝再生霧封層技術的研究及應用[J].交通科技,2014(4):130-132.

[4]耿九光.瀝青老化機理及再生技術研究[D].西安：長安大學,2009.

[5]JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

Application Research on Recycling of Aged

Asphalt and Fog Seal Layer Preventive Maintenance

YuanWei

(Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China)

Abstract：To study the regeneration effect of different regenerative agent, the two regeneration agents of RejuvalSealTM and TL2000 were used to conduct the comparison and analysis in the paper. The contents of 10% RejuvalSealTM and 4% TL2000 were determined by drawing the "regeneration agent content-viscosity" curve. This asphalt recycling agent was capable to increase the penetration to 6.34 mm, and reduce softening point to 71.3 ℃, and increase ductility (5 ℃) to 42 cm. The studies on durability show that as the time increases, the viscosity of recycled asphalt increases with logarithmic form. The entity project with fog seal layer shows that although the road surface structure and skid resistance were reduced, it still meets the regulatory requirements; and the fog seal layer is capable to fill the micro-cracks in the pavement and prevent the surface water infiltrating, avoid water damage diseases.

Key words:asphalt pavement; preventive maintenance; fog seal layer

收稿日期：2015-09-25

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.034