張 露

(貴州省臺(tái)江公路管理段)

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瀝青路面再生技術(shù)與再生劑用量探討分析

張 露

(貴州省臺(tái)江公路管理段)

當(dāng)研究了瀝青路面的再生機(jī)理，研究了再生劑的優(yōu)點(diǎn)及其相關(guān)作用；研究了路面再生的技術(shù)要求，給出技術(shù)要求建議性指標(biāo)；給出了再生劑用量的公式確定法和相關(guān)關(guān)系確定法。

瀝青路面；再生機(jī)理；再生技術(shù)；再生劑用量

1 瀝青路面再生機(jī)理的研究

組分遷移理論目前普遍用于瀝青老化過程中。為獲得滿足路用性能要求的調(diào)配，需要添加合理稠度的瀝青或者在舊有瀝青中注入粘度較低的油料。這在一定程度上可以算是一種調(diào)和瀝青技術(shù)，但該技術(shù)卻不能根據(jù)其化學(xué)組分的調(diào)配來得以實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樘砑佑头蛛m然在從生產(chǎn)技術(shù)角度看是能夠做到的，但是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)不同情況下的瀝青難以確定其最佳的配合比組分。這是由于瀝青本身組分和化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，就算擁有相同的化學(xué)組成成分，然而油基屬性以及生成技術(shù)不同，瀝青質(zhì)的屬性也會(huì)有很大差別。

從相容性角度去看，瀝青質(zhì)、軟瀝青質(zhì)在再生過程中的溶度參數(shù)值在不斷發(fā)生減少故可以采用添加再生劑使得瀝青路面獲得再生。為了提高軟瀝青中瀝青質(zhì)的溶解度，需要去添加再生劑從而降低相對(duì)瀝青質(zhì)含量。此外再生劑的添加還可令軟瀝青質(zhì)的溶解力獲得提升，從而降低了軟瀝青質(zhì)、瀝青質(zhì)的溶解度值，相應(yīng)的瀝青相容性獲得改善。

通過瀝青組分的調(diào)節(jié)雖然是瀝青路面再生技術(shù)中最為有效的一條方法，但卻無法以其作為控制條件或是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)去選擇再生劑及其用量。同時(shí)考慮到試驗(yàn)中計(jì)量的操作需求，這使得國內(nèi)外學(xué)者需要尋找更加合適的控制標(biāo)準(zhǔn)從瀝青路面中的油分再生的本質(zhì)角度出發(fā)。瀝青的變化經(jīng)歷老化、再生、再度老化的往復(fù)循環(huán)如圖1，如果將這種流變行為反轉(zhuǎn)逆向，直到恢復(fù)到一個(gè)合適的程度，便可以認(rèn)為舊瀝青獲得了再生。所以需要將舊瀝青的粘度控制在某一范圍下或者直接提高其流變指數(shù)。

圖1 流變隨時(shí)間變化示意圖

在實(shí)際中，組分遷移的理論大多用在老化瀝青再生上，為了促進(jìn)分子之間的相互運(yùn)動(dòng)常常采取補(bǔ)充瀝青油料的作法，目前學(xué)者通過大量試驗(yàn)研究，已經(jīng)考慮了各種油料的選擇，其中以芳香族油料試驗(yàn)結(jié)果最為顯著，其可以有效彌補(bǔ)老化帶給瀝青在油相層面的損失，可與舊瀝青拌合形成合適的筑路瀝青。究其原因從化學(xué)角度上講，潤(rùn)滑作用顯著的化學(xué)成分往往其分子量較小，小分子量可以打斷分子鏈中的連接，這對(duì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)尤為顯著，分子的這種作用體現(xiàn)在宏觀上即為油料的溶解能力與滲透能力，而芳香族分子恰好具備這些優(yōu)點(diǎn)。芳香族油料的添加促進(jìn)了分子間的相互運(yùn)動(dòng)，使得瀝青放生溶脹，舊瀝青的剛度發(fā)生下降，整個(gè)內(nèi)部體系較柔。

2 再生劑優(yōu)點(diǎn)與作用

使用再生劑的優(yōu)點(diǎn)主要在于再生劑本身可以做為混合結(jié)合料，可以使得混合料的粘度在施工前后處于一個(gè)合適的范圍下，與此同時(shí)混合料的化學(xué)性質(zhì)獲得恢復(fù)能夠?yàn)槁访媸褂锰峁┠途眯缘谋Ｕ稀?/p>

瀝青路面的再生問題可以說是一個(gè)周而復(fù)始的老化問題。一般來說在路面舊瀝青的針入度低于1/40 mm時(shí)，或者舊瀝青的粘度高于106Pa·S時(shí)，再生劑的選擇就應(yīng)該考慮使用低粘度油料。為了使得舊瀝青中的硬質(zhì)成份獲得軟化需要調(diào)節(jié)舊混合料的粘度，通過確定合適的粘度令瀝青與集料的混合充分以便于在機(jī)械設(shè)備熱拌工作下能夠充分分散。此外再生劑可添加到舊瀝青混合料中與其進(jìn)行混合導(dǎo)致瀝青膠體的結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的改變，使新形成的瀝青質(zhì)再度發(fā)生溶解，瀝青流變性可獲得實(shí)質(zhì)性的改善。

3 技術(shù)要求

再生劑需要通過相關(guān)設(shè)備在施工進(jìn)行前或者施工進(jìn)行中添加到舊瀝青中進(jìn)行混合料的充分拌合。為了防止再生劑在熱拌過程中的揮發(fā)，再生劑不能過于稀少以保護(hù)再生作用需求，同時(shí)再生劑又不能粘稠過大，過粘的再生劑的滲透性較弱，無法產(chǎn)生理想的親和作用，再生劑粘度范圍宜控制在0.01～20 Pa·S左右。在此范圍內(nèi)進(jìn)行選擇的時(shí)候也應(yīng)該考慮舊混合料的硬化帶來的影響。

再生劑的流變性也是需要進(jìn)行控制的。換言之再生劑應(yīng)選取較高的流變指數(shù)?？紤]到低粘度油料是以某一組分為其主要成分，可視作一種單組分材料，而瀝青質(zhì)的含量在其中微乎其微，因此多呈現(xiàn)出液體性質(zhì)且其流變指數(shù)在大多數(shù)情況下高于0.9。

對(duì)于再生劑溶解與分散的要求取決于舊瀝青中瀝青質(zhì)的含量，含量越高往往要求就越高。同時(shí)考慮到施工過程中存在熱拌操作，所以需要對(duì)再生劑的耐熱性作出要求。芳香分的溶解能力優(yōu)于飽和分，其在再生劑中的比重應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)重要參考技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述可知，瀝青路面的再生技術(shù)可以選擇以粘度范圍、流變指數(shù)、芳香比重作為技術(shù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。而國內(nèi)在當(dāng)前大環(huán)境下還沒制定再生劑的統(tǒng)一技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)外文獻(xiàn)研究可獲得的再生劑質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的建議值。其中25 ℃下的粘度為0.01～20 Pa·S，芳香分所占比重需≥30%，流變指數(shù)≥0.9，薄膜試驗(yàn)粘度比<3。

4 再生劑用量

4.1 公式確定法

在假設(shè)再生瀝青的針入度的基礎(chǔ)上(通常取30)，將再生劑的添加量作為變化參數(shù)去改變，在每一個(gè)變化參數(shù)下使得再生劑達(dá)到設(shè)計(jì)值，獲得該設(shè)計(jì)值下的針入度值。然而有學(xué)者提出可以根據(jù)舊瀝青、再生劑的粘度以及混合料的設(shè)計(jì)粘度來確定用量，如此一來便可以省去不斷改變添加量帶來的試驗(yàn)工作量。學(xué)者提出的再生劑用量公式為

logηR=Xalogηb+(1-X)alogη0

其中，為再生劑參量，a為粘度偏離指數(shù)，ηR為設(shè)計(jì)粘度，ηb為再生劑粘度，η0為舊瀝青粘度。

4.2 相關(guān)關(guān)系法確定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)舊瀝青的針入度數(shù)值假設(shè)為30，通過改變?cè)偕鷦┑奶砑恿?，以及?duì)不同情況下再生瀝青的針入度數(shù)據(jù)研究可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律性問題。如圖2所示，當(dāng)再生劑的粘度在0.01～0.1 Pa·s時(shí)，不同再生劑的添加量其再生瀝青粘度與舊瀝青粘度呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系，當(dāng)再生劑添加量不斷增加時(shí)，再生瀝青粘度與舊瀝青粘度的斜率值也在不斷地減少。而再生瀝青粘度與舊瀝青粘度本身又與其各自對(duì)應(yīng)的針入度有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 再生瀝青粘度與舊瀝青粘度的關(guān)系

在不同再生劑粘度范圍下圖2的特征依舊成立，在此不一一作出說明。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析可以發(fā)現(xiàn)再生劑的添加量值與再生瀝青針入度值具有顯著相關(guān)性，他們之間的關(guān)系可用下式表示

Y=A×eBX

式中：A、B為回歸系數(shù)，X為再生劑添加量，Y為針入度。

根據(jù)再生劑粘度的不同范圍，數(shù)據(jù)回歸結(jié)果如表1。

表1 回歸關(guān)系式及相關(guān)系數(shù)

可見回歸系數(shù)B的減小使得再生劑粘度得到增加，而回歸系數(shù)A則近似等于假設(shè)舊瀝青的針入度值。同時(shí)從公式中可看出關(guān)系式中擁有添加量和針入度兩個(gè)參數(shù)，兩個(gè)參數(shù)值可以從相關(guān)試驗(yàn)中獲得。將試驗(yàn)得到的針入度數(shù)值以及再生劑添加量的數(shù)值反代回式中就能夠算出相應(yīng)的未知參數(shù)。最后將設(shè)計(jì)值結(jié)果代入式中計(jì)算，就可求得對(duì)應(yīng)的添加量需求。

5 結(jié) 論

對(duì)瀝青路面再生機(jī)理研究、再生劑優(yōu)點(diǎn)作用分析、技術(shù)要求分析，對(duì)瀝青路面再生技術(shù)與再生劑用量的研究，得到以下結(jié)論。

(1)適當(dāng)?shù)恼扯?、良好的流變性質(zhì)、足夠的芳香分含量以及較好的耐高溫性能，是高質(zhì)量再生劑的重要表征；

(2)建議在25 ℃下的粘度為0.01～20 Pa·S，芳香分含量≥30%，流變指數(shù)≥0.9，薄膜試驗(yàn)粘度比<3；

(3)再生劑的用量可以通過公式法或者試驗(yàn)回歸的相關(guān)關(guān)系法確定。

通過研究給出了瀝青路面再生技術(shù)與再生劑用量的技術(shù)要求建議性指標(biāo)，并給出了再生劑用量的確定方法。

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2015-05-11

張露(1979-)，女，貴州施秉人，工程師，研究方向：瀝青路面施工。

U416.216

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1008-3383(2015)11-0011-02