公路瀝青再生劑摻量確定方法研究現狀

朱繼飛

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

瀝青路面再生技術充分利用養護工程中產生的廢舊路面材料，可減少對資源的過渡攫取，促進資源節約集約利用，推動碳達峰和碳中和目標的實現，支撐生態文明建設以及交通強國等政策的實施。

瀝青在長期服役過程中發生老化，性能發生衰減，摻入再生劑可以使老化的瀝青性能得以恢復。一般情況下，隨著瀝青再生劑摻量的增加，老化瀝青的流變特性恢復效果逐漸改善，混合料抗裂性能逐漸增加；但是，再生劑摻量過高時，不僅增加了工程成本，還對混合料的高溫性能產生不利影響。因此，通常需要確定再生劑摻量的合理上下限，通過設置下限以保證混合料具有足夠的抗疲勞特性和低溫抗裂特性，通過設置上限以保證混合料具有足夠的抗車轍性能。

本文擬通過調研國內外文獻中再生劑摻量確定方法研究現狀，以期為再生劑的應用提供相關支撐，從而實現在保證再生瀝青具有優異的流變性的同時，再生瀝青混合料具有優良的抗裂及抗車轍性能[1]。

1 再生劑摻量確定方法

根據材料生產廠商的建議目前的研究主要，確定再生劑摻量。但是實際情況下，由于混合料種類、RAP料的特性和RAP料摻量的不確定性等諸多因素，該方法的有效性、合理性值得商榷。此外，再生劑的合理摻量還與膠結料種類、膠結料流變特性以及集料種類等因素有關。

目前有很多確定再生劑摻量的試驗方法，但是尚無標準的試驗方法。《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG T5521-2019）等規范主要是基于針入度體系確定再生劑摻量，即研究黏度、針入度等指標隨再生劑摻量的變化趨勢，從而確定合適的再生劑摻量。韓森[2]等提出了通過動態剪切流變試驗確定再生劑最佳摻量的方法，該方法不同于針入度等經驗性指標，關鍵在于根據再生瀝青的流變特性確定再生劑摻量。

Zaumanis[3]、Yan[4]等根據再生瀝青的黏度或針入度編制調和圖表，在此基礎上確定最佳再生劑摻量。AASHTO M323《Super?pave體積配合比設計標準規范》中根據公式1通過調和表確定調和瀝青的PGH（高溫性能等級）：

a.分別做出RAP摻量（再生瀝青混合料中銑刨料摻量）與連續PGH（高溫性能等級）的關系（圖1），結合新瀝青和回收瀝青的連續PGH（高溫性能等級），確定任一RAP 摻量下的PGH（高溫性能等級）。研究表明，通過該方法確定的PGH（高溫性能等級）實測值與計算值具有較高的相關性（圖2），相關系數R2=0.938。

圖1 調和瀝青表示例

圖2 計算PGH與實測PGH相關性

b.根據調和瀝青PGH（高溫性能等級）與再生劑摻量的關系，得到PGH（高溫性能等級）恢復至目標PGH（高溫性能等級）所需的再生劑摻量。研究表明，對于某種再生劑，對應不同目標PGH（高溫性能等級）的再生劑摻量與調和瀝青的PGH（高溫性能等級）的關系曲線斜率一定，故再生劑摻量=（PGH調和-PGH目標）/斜率，其中斜率可通過不同摻量再生劑的回收瀝青PGH（高溫性能等級）確定。

Tran[1]等人通過評價再生劑摻量對再生瀝青PG 等級的影響，確定最佳再生劑摻量。Shen 和Ohne[5]提出了一種綜合評價方法，即通過研究再生劑在AASHTO M320《瀝青膠結料性能分級》規范中的三個特征溫度條件下的流變性能恢復情況，確定再生劑摻量，其中特征溫度為PG高溫、中溫和PG低溫。其制備了不同再生劑摻量（老化瀝青質量的6%、9%和14%）的再生瀝青，并通過DSR 試驗和BBR 試驗評價不同老化條件下（原樣瀝青、RTFO 老化和RTFO+PAV 老化）的再生瀝青流變特性。結果表明：高溫條件下，再生劑顯著降低了老化瀝青的車轍因子G*/sinδ，且隨著再生劑摻量的增加，指標恢復速率呈非線性變化，并且在低摻量區間變化更為顯著；中溫條件下，隨著再生劑摻量增加，再生瀝青的G*sinδ呈線性下降的趨勢；低溫條件下，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的勁度S線性下降，蠕變斜率m值則線性增加。Zaumanis 等人[3]的結果則與Shen 等的結果呈現出不一樣的趨勢，Zaumanis的研究表明，再生瀝青的高溫指標及低溫指標與再生劑摻量呈線性關系，而中溫疲勞指標則非線性關系。

2 再生劑摻量方法

Amy Epps Martin[6]等基于再生瀝青的流變特性提出了幾種確定再生劑摻量的方法，主要包括恢復PGL（驗證PGH）、恢復Δ Tc=-5℃以及恢復PGH（匹配連續PGH）。

2.1 恢復PGL（驗證PGH）[6]

研究再生劑摻量與PGL的關系，將PGL恢復至目標PGL（低溫性能等級，根據氣候、交通等條件綜合確定），得到初步再生劑摻量，驗證PGH是否滿足要求，如果PGH不滿足要求，則需要在PGL滿足條件的情況下，調整再生劑摻量。該方法概括如下，如圖3所示。

圖3 再生劑摻量確定方法示例

a.分別做出未老化的膠結料PG高溫等級PGH（高溫性能等級）、短期老化后的膠結料高溫等級PGH（高溫性能等級）、S控制的膠結料PGL、m控制的膠結料PGL與再生劑摻量的關系曲線；

b.建立每條曲線的線性回歸方程；

c.在PGL 值較高的曲線上，以0.5%為增量確定達到目標PGL所需的再生劑摻量；

d.在PGH（高溫性能等級）值較低的曲線下，檢驗初始瀝青用量時的PGH（高溫性能等級）；

e.必要時，增加或降低0.5%再生劑，保證膠結料高溫等級滿足要求，同時使膠結料低溫等級與目標PGL一致。

研究表明，采用該方法確定的再生劑摻量配置再生瀝青，經PAV40h老化后，再生瀝青已經失效，具有開裂傾向（圖4），即該方法得到的再生劑摻量難以保證再生瀝青混合料的耐久性，再生效率不高。

圖4 再生瀝青的G-R參數

2.2 ΔTc=-5℃[6]

Anderson等人的研究建議當瀝青經PAV老化40h后，若ΔTc=-5℃，則可以將老化開裂風險降至最低。但是，如果根據這一理論確定再生劑摻量，一般情況下，再生劑摻量很高，一方面增加了成本，另一方面也降低了混合料的高溫性能。因此，研究建議選取再生瀝青經PAV 老化20h后，ΔTc=-5℃時的再生劑摻量，以提高再生劑的再生效率。

研究表明，對于PGH 在58℃～69℃之間的回收瀝青，采用該方法確定的再生劑摻量往往不能保證混合料的高溫性能，當再生瀝青經過RTFO 老化后，再生瀝青過于軟化，從而產生車轍病害。此外，如果新瀝青品質很高，ΔTc為負值，可以降低再生劑摻量，相位角滿足要求，但是再生效率依舊不高。

2.3 恢復PGH（匹配連續PGH）[6]

該方法即將回收瀝青的PGH（高溫性能等級）恢復至目標PGH（高溫性能等級），一般在車轍滿足要求的情況下，提高再生劑摻量以保證耐久性與抗裂性能。該方法僅需通過DSR試驗來完成，研究表明，當PGH（高溫性能等級）恢復至目標PGH（高溫性能等級）時，PGL 亦可恢復至目標等級，再生瀝青低溫性能甚至更加優越，一般建議采用該方法。需要說明的是，本方法的PGH（高溫性能等級）為連續PGH（高溫性能等級），即根據不同溫度下的車轍因子，通過插值取車轍因子為1.0kPa 時的溫度即為連續PGH（高溫性能等級）。

3 結語

a.目前瀝青再生劑摻量確定的方法主要依據針入度體系和流變體系，但是缺乏統一的標準；

b.鑒于高摻量再生劑對混合料高溫性能的影響，有必要進一步研究再生劑摻量與再生瀝青流變特性之間的關系，明確再生劑在混合料中的作用機制，建立再生瀝青混合料中再生劑摻量的選擇方法。