瀝青再生劑老化性能分析

2020-03-16 03:13:42謝世平

四川建材 2020年2期

謝世平

(重慶通力高速公路養護工程有限公司，重慶 401120)

0 前言

瀝青路面在長期服務過程中，受光、氧、雨水等自然因素及交通荷載的作用而發生一系列物理化學變化，造成路面的破壞[1-2]。根據2018年交通部公布的高速公路車道里程，估算我國每年產生至少1.5億t的廢舊瀝青混合料(RAP)。RAP的回收利用具有較好的環境與經濟效益，RAP摻量在20%～50%時能節約建設成本14%～34%，同時減少瀝青與石料的開采[3]。在RAP摻量較高時，再生瀝青混合料的使用性能會有下降。W.Mogawer等[4]發現隨著RAP摻量的提高，再生瀝青混合料的硬度增加，損害了再生瀝青混合料的壓實性能，進而造成路面易產生低溫與疲勞開裂。RAP摻量越高，相應的經濟與環境效益越明顯，為了保證再生瀝青混合料的使用性能，需要摻加瀝青再生劑[5]。倪富健[6]將再生劑加入RAP摻量為50%的再生混合料中，發現再生混合料路用性能可以滿足高等級公路上面層的路用技術要求。曹榮吉等[7]研究表明，再生劑可以綜合提高和改善老化瀝青銑刨料的路用性能，與單純摻加新鮮瀝青混合料的再生方式相比，摻加瀝青再生劑的再生混合料體系更加均勻，各項性能指標明顯改善。

綜上所述，瀝青再生劑可以較好地改善再生瀝青混合料的路用性能，但再生劑存在耐老化性差的缺點。研究通過對自制再生劑A和商用再生劑B不同老化程度的物理與流變性能測試，分析自制再生劑A的耐老化性能。

1 實驗材料與方法

1.1 瀝青

基質瀝青為70#瀝青，老化瀝青通過壓力老化容器(PAV)進行老化獲得，老化過程參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(T0630—2011)。瀝青性能指標見表1。

表1 基質瀝青、老化瀝青物理指標

1.2 再生劑

自制再生劑A以高溫蒸餾油腳為基礎油，10%環己烷二羧酸二烷基酯增塑劑，2%光穩定劑受阻胺HS-944，5%高溫穩定劑TPS。再生劑B從江蘇購買。再生劑物化指標見表2。

表2 再生劑物化指標

1.3 實驗方法

首先將A、B兩種再生劑以3%、6%、9%、12%四種摻量加入老化瀝青，以再生瀝青針入度恢復至71.9時的再生劑摻量為最佳摻量。測試A、B兩種再生瀝青在短期老化(RTFOT)與長期老化(PAV)后的針入度、延度和流變指標，流變指標通過DSR溫度掃描獲得，掃描溫度為40 ℃～85 ℃，應變控制12%，頻率10 rad/s。最后通過熱重測試分析再生劑A/B的分解特性，進而闡述再生劑耐老化性存在差異的原因。

2 測試結果與分析

2.1 確定再生劑A/B最佳摻量

圖1 A/B再生劑不同摻量下瀝青針入度

如圖1所示，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的針入度不斷提高。再生劑A比B對老化瀝青針入度提高效果更加顯著。以再生瀝青針入度恢復至基質瀝青水平為標準，再生劑A的最佳摻量約為6%，再生劑B的最佳摻量為9%。在最佳摻量下三種瀝青的針入度較為相近，原樣瀝青為71.9，A再生瀝青為68.9，B再生瀝青為74.1。

2.2 老化對針入度與延度的影響

如圖2所示，三種瀝青在短期老化(RTFOT)后針入度略有下降，長期老化(PAV)后顯著下降。在同一老化程度下，不同瀝青老化后的針入度存在差異，且老化程度越嚴重，不同瀝青的針入度差異越顯著。

圖2 不同老化程度瀝青針入度

如圖3所示，三種瀝青在短期老化(RTFOT)后延度略有下降，長期老化(PAV)后延度顯著下降，原樣瀝青與B再生瀝青長期老化后延度測試發生脆斷。在同一老化程度下，不同瀝青老化后的延度存在差異，且老化程度越嚴重，不同瀝青的延度差異越顯著。

圖3 不同老化程度瀝青延度

老化前后指標的變化率常用于表征瀝青的抗老化性能，如表3所示，針入度與延度變化率均為，老化后與老化前的指標差值。A再生瀝青的針入度與延度在不同老化程度的變化率均最小，其次為原有瀝青，B再生瀝青最大，因此A再生瀝青的耐老化性能最優。

表3 不同老化程度瀝青針入度與延度變化率

2.3 老化對流變指標的影響

通過DSR溫度掃描獲得40 ℃、55 ℃、70 ℃和85 ℃下，基質瀝青、A再生瀝青和B再生瀝青在不同老化狀態下的復數模量。如表4所示，通過老化前后復數模量的變化率表征瀝青的老化性能，在不同老化程度下，A再生瀝青均有較小的復數模量變化率，因而A再生瀝青老化性能較為優異。

表4 不同老化程度瀝青復數模量變化率

2.4 再生劑A/B受熱分解特性

以上研究表明A再生瀝青相比B再生瀝青具有較好的老化性能，造成老化性能的差異是再生A、B引起的。瀝青發生老化的原因是瀝青中的輕質組分在受熱過程中發生揮發，進而使得瀝青物理與流變性能下降。熱重測試可以表征再生劑在不同溫度下的分解狀態，進而分析再生劑的耐老化性質。如圖4所示，在240 ℃左右時，A與B均開始分解；在430 ℃左右時，B完全分解；在480 ℃左右時，A完全分解。B受熱分解溫度相對A更低，因而A再生瀝青具有更好的抗老化性能。