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摘要
废旧沥青混合料在利用过程中需加入再生剂以保证其路用性能，将再生剂按不同掺量掺入2种抽提获得的老化沥青中，测试再生剂对老化沥青基本物理性能和流变性能的影响。结果表明：掺入再生剂后，老化沥青的针入度、延度增大，软化点降低，以恢复未老化改性沥青指标为标准，确定再生剂的最佳掺量为4%；再生剂可显著改善老化沥青的施工和易性与低温抗裂性，但降低老化沥青的高温稳定性。
关键词
再生剂
流变性
引言
随着我国交通运输业的迅速发展，交通量与交通荷载不断增加，早期修建的沥青混凝土路面已出现较为严重的车辙、裂缝、松散以及其他变形的路面病害。因此，我国的路面维修养护以及升级改造任务将日趋繁重，对砂石及沥青等资源的消耗也与日俱增，这将是道路工程在材料需求和造价预算方面所面临的难题。
在道路升级和改造过程中会产生大量的废旧沥青混合料(RAP)，其中约5%为老化沥青，95%为集料。为了解决这一问题，国内外对RAP的再生利用进行了大量的研究，通过沥青路面再生技术将一定比例的RAP掺加到新拌沥青混合料中，以实现RAP的再生利用，减少资源的开采，对道路建设的经济性、环保性以及可持续性有着积极的促进作用[1]。
对于沥青路面再生技术，关键是实现RAP中老化沥青的再生，恢复其应有的路用性能。因此，再生剂的使用为解决大量RAP提供了一种有效可行的途径[2]。近年来，国内外研究者对再生剂及再生沥青进行了大量的研究，如重庆交通大学冉龙飞等[3]将自制ZZ再生剂按一定比例掺加到老化改性沥青中，结果表明该再生剂能恢复老化SBS改性沥青的流变性、抗高温车辙及低温开裂性能。李晓民等[4]的研究表明，再生剂能增强老化沥青的低温开裂能力，但会降低其高温稳定性。李章珍等[5]通过掺入17%的再生剂能够将RAP中废旧沥青的三大指标恢复到90#沥青的标准。胡家友[6]研究了再生剂对老化道路石油沥青性能的影响。
本研究利用再生剂对从RAP中抽提得到的老化沥青进行再生研究，通过测试再生沥青胶结料的基本物理性能及流变性，分析再生沥青胶结料的相关路用性能，可为再生剂的使用提供一定的理论参考。
试验
试验材料
(1)老化沥青：由重庆绕城高速沥青路面上面层AC-13和SMA-13抽提获得，其基本物理性能见表1，将从AC-13和SMA-13抽提的老化沥青分别记为老化沥青A、老化沥青B。未老化的沥青A和沥青B均为SBS改性沥青，分别来自于重庆重交沥青砼股份有限公司与重庆通力高速公路养护工程有限公司。
(2)再生剂：沥青再生剂常见类型主要有软沥青、低黏度油分、专用再生剂，近年来也有研究人员对生物油再生剂进行研究[7]。本研究所用再生剂为市售再生剂BJ-1，呈墨绿色，其基本技术性能见表2。
再生沥青的制备
在抽提得到的2种老化沥青中分别掺入4%、6%、8%的再生剂，采用高速剪切机在℃下以r/min的速率剪切15min，即制得再生沥青。
性能测试方法
再生沥青的软化点、延度(5℃)、针入度(25℃)分别按照JTGE20-《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T、T、T-进行测试。
黏度：采用布氏旋转黏度计，按照JTGE20—中T对老化沥青和再生沥青的黏度进行测试，测试温度选择、、、、℃。
温度扫描：采用动态剪切流变仪(DSR)，按照T-对老化沥青和再生沥青进行40~85℃的温度扫描。
蠕变劲度和蠕变速率：采用弯曲梁流变仪(BBR)，按照JTGE20—中T分别对老化沥青、再生沥青的蠕变劲度和蠕变速率进行测试。
结果与讨论
再生剂掺量对再生沥青物理性能影响
(1)针入度(25℃)
针入度作为测试沥青稠度的一项性能指标，它能反映沥青的软硬程度和一定条件下的相对黏度。再生剂掺量对再生沥青针入度的影响见图1。
由图1可见，随着再生剂掺量的增加，2种再生沥青的针入度均不断增大，在一定程度上均呈正相关，且相关性较高，表明再生剂掺量的增加能够降低老化沥青的黏稠度，且对2种老化沥青的影响效果基本相似。以使沥青恢复至老化前指标为基准，当2种老化沥青中再生剂掺量为4%时，针入度能恢复至未老化时的水平。
(2)软化点
软化点是评价沥青高温稳定性和温度敏感性的一项性能指标，在一定条件下，软化点越高沥青的高温稳定性越好，高温抗车辙能力越强。再生剂掺量对再生沥青软化点的影响见图2。
由图2可见，随着再生剂掺量的增加，2种再生沥青的软化点均降低，再生剂掺量与软化点基本呈线性负相关，表明再生剂的掺入不利于再生沥青的高温稳定性和抗车辙性能。综合考虑再生沥青的路用性能，再生剂掺量不宜过大，在恢复至老化前水平时再生剂的掺量为4%左右。
(1)延度(5℃)
延度作为评价沥青塑性的重要性能指标，能表征在一定的温度下，沥青在外力作用下发生变形而不产生断裂和破坏的能力，延度越大，沥青的塑性越强，低温抗裂性更好[8]。再生剂掺量对再生沥青延度的影响见图3。
由图3可见，随着再生剂掺量的增加，2种老化沥青的延度均随之提高，在一定程度上呈线性正相关，且再生沥青B的延度提高速度快于再生沥青A，表明再生剂的掺入能改善老化沥青的低温抗裂性能，且再生剂对再生沥青B的改善效果略优于再生沥青A。在老化沥青恢复至未老化水平时，再生剂的掺量为4%左右。
再生沥青的流变性
(1)黏度
黏度作为沥青高温和易性的评价指标，在一定程度上能反映沥青混合料的施工和易性。为了避免沥青混合料在施工过程中拌和、压实困难，沥青胶结料的黏度不宜过高，但是过低的黏度也会使得沥青混合料发生离析现象，根据SHRP规范要求，℃下的黏度不大于3Pa·s。测试2种老化沥青和2种再生剂掺量为4%的再生沥青在、、、、℃时布氏黏度，并绘制黏温曲线，结果如图4所示。
由图4可见，4种沥青胶结料的黏度均随着温度的升高而减小，2种老化沥青的黏温曲线基本相似。根据JTGF40-《公路沥青路面施工技术规范》推荐，沥青混合料在拌和时的黏度为mPa·s，压实时的黏度为mPa·s。因此，2种老化沥青A、B在最佳拌和、压实黏度时所对应的温度均分别为、℃左右；再生沥青A在最佳拌和、压实黏度时所对应的温度为、℃；再生沥青B在最佳拌和、压实黏度时所对应的温度为、℃。因此，当掺入4%的再生剂时，可将老化沥青A的压实温度和拌和温度降低17℃和19℃、老化沥青B的压实和拌和温度降低11℃和14℃，从而减少了施工过程中加热升温所需的能量消耗，同时也显著改善了2种老化沥青的施工和易性，在相同再生剂掺量下，再生剂对老化沥青A的改善效果更佳。
(2)温度扫描
沥青作为一种粘弹性材料，美国SHRP计划采用动态剪切流变仪(DSR)测试沥青在规定温度和角速度下的复数模量G*和相位角δ，以此评价沥青胶结料的粘弹性[9]。Superpave规范中采用车辙因子G*/sinδ表征沥青胶结料的高温抗永久变形能力，其值越大高温稳定性越好，高温状态下抗车辙能力越强[10]。本研究采用DSR对2种老化沥青和2种再生剂掺量为4%的再生沥青进行40~85℃的温度扫描，试验采用应变控制模式，频率设置为10rad/s，每5℃采集1次数据，根据测试的复数模量、相位角以及车辙因子参数进行分析。
①复数模量(G*)
复数模量是最大剪应力与最大剪应变的比值，反映沥青抗变形的劲度模量[9]。图5为复数模量随温度的变化曲线。
由图5可见：①随着温度的升高，老化沥青和再生沥青的复数模量均降低，表明了温度的升高降低了老化沥青和再生沥青的抗变形能力。通过对比老化沥青与再生沥青复数模量的变化趋势，在所测温度区间内老化沥青的复数模量下降速率明显高于再生沥青，表明再生沥青的温度敏感性低于老化沥青。②2种老化沥青和2种再生沥青的复数模量变化曲线基本相近，表明相同掺量的再生剂对2种老化沥青的再生效果基本相同。
②相位角(δ)
相位角(δ)能反映沥青复数模量粘弹性的比例关系，相位角越大，沥青组分中粘性成分所占的比例就越多[10]。图6为相位角δ随温度的变化曲线。
由图6可见，随着温度的升高，2种老化沥青和再生沥青的相位角也随着增大，表明粘性成分所占比例逐渐增加，弹性成分比例逐渐减少，从而不可恢复的变形部分越大，越容易产生永久性变形。对比老化沥青和再生沥青的相位角变化曲线，再生沥青相位角明显高于老化沥青，说明再生剂的掺入使得老化沥青中粘性成分比例增加，弹性成分减少。在所测温度范围内，2种老化沥青的相位角变化曲线基本吻合，但再生沥青的变化曲线有所差异，再生沥青B的相位角从66°增大到90°，增量为24°；再生沥青A的相位角从60°增大到90°，增量为30°，表明再生剂对2种不同老化沥青的再生效果有差异。
③车辙因子
车辙因子(G*/sinδ)可以衡量沥青胶结料的高温抗车辙能力[11]。通过对所测温度区间内老化沥青和再生沥青的复数模量、相位角的测试及计算，绘制出车辙因子随温度变化的曲线，如图7所示。
由图7可见，随着温度的升高，老化沥青和再生沥青的车辙因子均降低，表明在高温状态下抵抗永久变形能力下降。对比老化沥青和再生沥青的车辙因子变化曲线，掺入再生剂后老化沥青的车辙因子明显下降，表明再生剂的掺入降低了老化沥青的高温稳定性。在试验温度区间内，2种老化沥青和2种再生沥青的车辙因子变化曲线基本吻合，表明了再生剂对2种老化沥青的作用效果没有明显差异。
(3)BBR试验
测试了-12℃时老化沥青和再生沥青的蠕变劲度与蠕变速率m值，结果如表3所示。
由表3可见，沥青老化后蠕变劲度增大，蠕变速率减小，表明老化使得沥青强度提高，但也变得更易脆断，同时蠕变速率的降低使得沥青的劲度在温度快速下降时不能及时下降而导致沥青开裂，即老化降低了沥青的低温抗裂性。掺入再生剂后，2种再生沥青的劲度都明显降低，蠕变速率明显增大，表明再生剂能改善老化沥青的低温抗裂性能，且对2种老化沥青都有较显著的改善效果。
结论
(1)将再生剂掺入2种不同的老化沥青中时，沥青的针入度、延度增大，软化点降低，且在一定程度上均与再生剂掺量呈线性关系。以恢复至沥青老化前指标为基准，确定再生剂的最佳掺量为4%。
(2)当掺入4%的再生剂时，可将老化沥青A的压实温度和拌和温度分别降低17℃和19℃，老化沥青B的压实和拌和温度分别降低11℃和14℃，改善了2种老化沥青的施工和易性，且再生剂对老化沥青A的改性效果更佳。
(3)通过温度扫描结果表明，再生剂的掺入降低了老化沥青的温度敏感性；减小了2种老化沥青的车辙因子，表明再生剂对于老化沥青的高温抗车辙性能不利。再生剂对2种老化沥青的作用效果差异不大。
(4)BBR试验结果表明，再生剂能明显改善2种老化沥青的低温抗裂性。
全文完。首发于《新型建筑材料》年9月。作者简介：王志美，男，年生，甘肃会宁人，高级工程师，主要从事路面养护新技术与材料研发。
