瀝青老化及再生劑摻量對(duì)混合料性能的影響研究

肖 燕，譚 俊

湖南文理學(xué)院，湖南 常德 415000

瀝青路面的常見(jiàn)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(shè)計(jì)不合理，如油包、擁包；（2）由于施工不當(dāng)，如啃邊、層間推移；（3）溫縮性能差，容易受到行車荷載與內(nèi)布荷載共同的破壞作用，如裂縫、車轍、龜裂；（4）受溫度、水環(huán)境等外部條件的影響，唧漿、路基翻漿；（5）對(duì)于小型病害處理不及時(shí)（如路面磨損、裂縫、龜裂），如坑槽、沉降、塌陷。這些病害逐個(gè)修復(fù)的成本極高，排除施工不規(guī)范的影響后，其產(chǎn)生的根本原因在于混合料性能不過(guò)關(guān)，因此再生時(shí)考慮以此著手減少病害的發(fā)生。

乳化瀝青混合料老化主要體現(xiàn)在隨著使用年限的增加，其流變性能的削弱，在力的累計(jì)作用下，發(fā)生不可逆變形。因此本文從瀝青老化、通過(guò)調(diào)節(jié)再生劑摻量增加疲勞次數(shù)來(lái)增強(qiáng)混合料疲勞性能，為乳化瀝青冷再生提供參考價(jià)值。

1 瀝青的老化

1.1 瀝青老化的實(shí)質(zhì)

從微觀上看，乳化瀝青分子間發(fā)生連鎖反應(yīng)。老化過(guò)程中內(nèi)部分子發(fā)生光聚合反應(yīng)和氧化反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中極性分子的內(nèi)部相互縮合、大分子化合物轉(zhuǎn)化為小分子化合物，同時(shí)低分子有機(jī)物結(jié)合相互結(jié)合形成高分子有機(jī)物。在老化過(guò)程中，生成含有羥基、亞礬基等極性基團(tuán)的分子，極性分子瀝青分子的締合起到了促進(jìn)作用，同時(shí)引起瀝青內(nèi)部的分子間作用力、分子間排布方式發(fā)生改變；從宏觀上看，即在光照、水分、溫度等環(huán)境因素的影響下，瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具體表現(xiàn)為輕質(zhì)油分、芳香分等輕質(zhì)組分含量降低，產(chǎn)生結(jié)晶蠟等物質(zhì)，即膠體膠質(zhì)含量降低、瀝青質(zhì)含量升高。混合料的勁度大大增強(qiáng)、變硬變脆，同時(shí)顏色改變，在性能方面表現(xiàn)為由于粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力、密實(shí)度減小、軟化點(diǎn)升高，延度、針入度降低，混合料變硬變脆。最終結(jié)果表現(xiàn)為乳化瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、疲勞性能下降，根據(jù)瀝青的老化原理可知，必須通過(guò)添加提高膠質(zhì)相容性的再生劑對(duì)混合料進(jìn)行再生。

1.2 三大指標(biāo)的檢測(cè)

對(duì)從不同年限的RAP 中分離出來(lái)的瀝青的主要指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)（考慮到乳化瀝青冷再生混合料中瀝青的老化，只對(duì)15℃時(shí)的延度進(jìn)行檢測(cè)），試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示：

圖1 三大指標(biāo)與使用年限的關(guān)系

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，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(diǎn)逐漸升高。結(jié)合《公路工程瀝青及瀝青合料試驗(yàn)規(guī)程》（GTT052—2001），發(fā)現(xiàn)針入度、延度、軟化點(diǎn)分別在第7 年、第7 年、第5 年時(shí)接近最低再生合格標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 混合料整體性能與使用年限的聯(lián)系

圖2 綜合性能與使用年限的關(guān)系

將新的乳化瀝青冷再生混合料的綜合性能看做100%，結(jié)合圖2 發(fā)現(xiàn)：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(shí)混合料整體性能的改變速率發(fā)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(shí)可視作由于混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞從而導(dǎo)致瀝青路面不得不進(jìn)行翻修。

結(jié)合瀝青老化情況、混合料綜合性能與使用年限的關(guān)系、冷再生的難度進(jìn)行綜合分析，建議在第8 年時(shí)對(duì)瀝青路面進(jìn)行冷再生。

2 疲勞性能

考慮到混合料的疲勞破壞次數(shù)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(yīng)變分別為100、150、200 時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，用疲勞破壞次數(shù)的多少反映再生混合料的耐久性的好壞，試驗(yàn)結(jié)果顯示分別對(duì)應(yīng)變?yōu)?00、150、200時(shí)不同摻量時(shí)的疲勞破壞次數(shù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：再生劑摻量為1.5%和2.0%時(shí)疲勞破壞次數(shù)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(shù)一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)，從2.0%變?yōu)?.5%時(shí)疲勞破壞次數(shù)下降；當(dāng)應(yīng)變?yōu)?00 和200 時(shí)，再生劑摻量為1.5%時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞破壞次數(shù)少于2%的次數(shù)，當(dāng)應(yīng)變?yōu)?50 時(shí)，再生劑摻量為1.5%時(shí)對(duì)應(yīng)的疲勞破壞次數(shù)多于2%的次數(shù)，即此時(shí)乳化瀝青冷再生混合料的疲勞性能最好，服役壽命最長(zhǎng)。據(jù)此可知，再生劑的最佳摻量為1.5%～2.0%

3 結(jié)語(yǔ)

（1）RAP 不能繼續(xù)服役的根本原因是其內(nèi)部瀝青發(fā)生物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致針入度和延度的降低以及軟化點(diǎn)的升高。

（2）通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：針入度、延度、軟化點(diǎn)分別在第7 年、第7 年、第5 年時(shí)接近最低再生合格標(biāo)準(zhǔn)。

（3）疲勞破壞次數(shù)（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(duì)于瀝青路面的病害要及時(shí)修復(fù)，避免路面病害的進(jìn)一步惡化。綜合各因素進(jìn)行分析，建議在第8 年時(shí)對(duì)瀝青路面進(jìn)行乳化瀝青冷再生。