瀝青老化及再生劑摻量對混合料性能的影響研究

肖 燕，譚 俊

湖南文理學院，湖南 常德 415000

瀝青路面的常見病害按照病害的主要形成原因大致分為以下幾類：（1）配合比（油石比）設計不合理，如油包、擁包；（2）由于施工不當，如啃邊、層間推移；（3）溫縮性能差，容易受到行車荷載與內布荷載共同的破壞作用，如裂縫、車轍、龜裂；（4）受溫度、水環境等外部條件的影響，唧漿、路基翻漿；（5）對于小型病害處理不及時（如路面磨損、裂縫、龜裂），如坑槽、沉降、塌陷。這些病害逐個修復的成本極高，排除施工不規范的影響后，其產生的根本原因在于混合料性能不過關，因此再生時考慮以此著手減少病害的發生。

乳化瀝青混合料老化主要體現在隨著使用年限的增加，其流變性能的削弱，在力的累計作用下，發生不可逆變形。因此本文從瀝青老化、通過調節再生劑摻量增加疲勞次數來增強混合料疲勞性能，為乳化瀝青冷再生提供參考價值。

1 瀝青的老化

1.1 瀝青老化的實質

從微觀上看，乳化瀝青分子間發生連鎖反應。老化過程中內部分子發生光聚合反應和氧化反應，在這個過程中極性分子的內部相互縮合、大分子化合物轉化為小分子化合物，同時低分子有機物結合相互結合形成高分子有機物。在老化過程中，生成含有羥基、亞礬基等極性基團的分子，極性分子瀝青分子的締合起到了促進作用，同時引起瀝青內部的分子間作用力、分子間排布方式發生改變；從宏觀上看，即在光照、水分、溫度等環境因素的影響下，瀝青發生化學反應，具體表現為輕質油分、芳香分等輕質組分含量降低，產生結晶蠟等物質，即膠體膠質含量降低、瀝青質含量升高。混合料的勁度大大增強、變硬變脆，同時顏色改變，在性能方面表現為由于粘結力和內摩阻力、密實度減小、軟化點升高，延度、針入度降低，混合料變硬變脆。最終結果表現為乳化瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性、疲勞性能下降，根據瀝青的老化原理可知，必須通過添加提高膠質相容性的再生劑對混合料進行再生。

1.2 三大指標的檢測

對從不同年限的RAP 中分離出來的瀝青的主要指標進行檢測（考慮到乳化瀝青冷再生混合料中瀝青的老化，只對15℃時的延度進行檢測），試驗結果如圖1 所示：

圖1 三大指標與使用年限的關系

通過分析發現，隨著乳化瀝青混合料使用年限的增加，針入度與延度逐漸減小、軟化點逐漸升高。結合《公路工程瀝青及瀝青合料試驗規程》（GTT052—2001），發現針入度、延度、軟化點分別在第7 年、第7 年、第5 年時接近最低再生合格標準。

1.3 混合料整體性能與使用年限的聯系

圖2 綜合性能與使用年限的關系

將新的乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能看做100%，結合圖2 發現：在混合料投入使用的前面6 年，綜合性能緩慢降低，約降低15%；在第7 年時混合料整體性能的改變速率發生突變，從第7 年到第10 年綜合性能迅速下降至接近初始值的40%，此時可視作由于混合料內部結構嚴重破壞從而導致瀝青路面不得不進行翻修。

結合瀝青老化情況、混合料綜合性能與使用年限的關系、冷再生的難度進行綜合分析，建議在第8 年時對瀝青路面進行冷再生。

2 疲勞性能

考慮到混合料的疲勞破壞次數是混合料性能最直觀的闡述，取摻量如下：水泥1.5%、乳化劑0.2%、水2%，并分別取再生劑摻量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%在應變分別為100、150、200 時進行試驗，用疲勞破壞次數的多少反映再生混合料的耐久性的好壞，試驗結果顯示分別對應變為100、150、200時不同摻量時的疲勞破壞次數進行分析發現：再生劑摻量為1.5%和2.0%時疲勞破壞次數總是高于其他摻量，且再生劑摻量從0.5%到1.0%再到1.5%，疲勞破壞次數一直處于增長狀態，從2.0%變為2.5%時疲勞破壞次數下降；當應變為100 和200 時，再生劑摻量為1.5%時對應的疲勞破壞次數少于2%的次數，當應變為150 時，再生劑摻量為1.5%時對應的疲勞破壞次數多于2%的次數，即此時乳化瀝青冷再生混合料的疲勞性能最好，服役壽命最長。據此可知，再生劑的最佳摻量為1.5%～2.0%

3 結語

（1）RAP 不能繼續服役的根本原因是其內部瀝青發生物理反應和化學反應而導致針入度和延度的降低以及軟化點的升高。

（2）通過研究發現：針入度、延度、軟化點分別在第7 年、第7 年、第5 年時接近最低再生合格標準。

（3）疲勞破壞次數（疲勞性能）能反映再生瀝青的服役壽命，在乳化瀝青冷再生中建議再生劑摻量為1.5%～2.0%。

（4）對于瀝青路面的病害要及時修復，避免路面病害的進一步惡化。綜合各因素進行分析，建議在第8 年時對瀝青路面進行乳化瀝青冷再生。