任瑞波，范文淼，馮美軍2，徐強(qiáng)，趙品暉

（1.山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，濟(jì)南 250101；2.齊魯交通材料技術(shù)開發(fā)有限公司，濟(jì)南 250101）

瀝青路面經(jīng)過多年的使用，在熱氧和紫外線輻射的共同作用下，不可避免地會(huì)出現(xiàn)老化問題，嚴(yán)重影響了瀝青路面的使用性能及壽命。瀝青發(fā)生老化后，如果路用性能滿足不了行車荷載需求，就需要對(duì)瀝青路面進(jìn)行翻修。這不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，而且還會(huì)造成環(huán)境污染。而對(duì)老化后的瀝青進(jìn)行再生重復(fù)利用，是解決這一問題的最有效途徑，其中瀝青混合料的再生技術(shù)是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣泛的瀝青路面再生方法。使用再生瀝青混合料不但可以降低生產(chǎn)成本，而且能夠節(jié)約日益減少的自然資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。然而，在再生瀝青混合料中大量使用RAP 料是目前面臨的一大挑戰(zhàn)，因?yàn)镽AP 料中含有大量的老化瀝青，與原始瀝青混合料相比，再生瀝青混合料具有更高的黏度和剛度，其工作性通常較差，難以在現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)，并且容易出現(xiàn)開裂、松散和其它與耐久性相關(guān)的路面病害，從而降低路面的使用壽命。以往的研究表明，再生劑的加入可以使老化的瀝青恢復(fù)到與原始瀝青相似的狀態(tài)，從而降低再生瀝青混合料的剛度，使再生瀝青混合料具有更好的路用性能[1]。本文旨在對(duì)再生劑和RAP 料在再生瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。首先介紹瀝青路面的再生機(jī)理，然后介紹再生劑的研究進(jìn)展，最后對(duì)含有高RAP 摻量的再生瀝青混合料的路用性能進(jìn)行總結(jié)，并探究再生劑對(duì)高RAP 摻量的再生瀝青混合料性能的影響規(guī)律。

1 瀝青的再生機(jī)理

瀝青主要來源于石油，是一種具有復(fù)雜化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)材料，具有溶解和沉淀等熱力學(xué)可逆過程性質(zhì)，這種性質(zhì)決定了其老化行為和再生行為是非常復(fù)雜的。瀝青的老化不僅與光和氧氣有關(guān)，還包括組分上的遷移變化。隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，小分子量的化合物逐步向大分子量的化合物轉(zhuǎn)化，即：芳香分→膠質(zhì)→瀝青質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，各個(gè)組分變得不協(xié)調(diào)，膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致瀝青的性能變差。研究表明，瀝青只有在其四組分之間存在適宜的定量關(guān)系時(shí)才具有良好的路用性能[2]。從化學(xué)角度看，再生是瀝青老化的逆過程，再生劑可以用來調(diào)整瀝青的化學(xué)組成以實(shí)現(xiàn)瀝青組分的協(xié)調(diào)和平衡，使老化后的瀝青恢復(fù)到原始使用狀態(tài)。以往的研究表明，瀝青再生機(jī)理主要包括組分調(diào)合理論和高分子溶液相容性理論[3]。其中，組分調(diào)合理論是將老化瀝青的組成與原始瀝青進(jìn)行對(duì)比，在老化瀝青中加入損失的組分以協(xié)調(diào)瀝青中各組分的含量，使瀝青體系處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)；高分子溶液相容性理論是將瀝青區(qū)別為以大分子瀝青質(zhì)為溶質(zhì)和以軟瀝青質(zhì)為溶劑兩個(gè)部分，通過調(diào)節(jié)減小老化瀝青中軟瀝青質(zhì)和瀝青質(zhì)溶解度參數(shù)的差值，從而形成穩(wěn)定性強(qiáng)的高分子溶液體系。

瀝青再生劑是一種主要由飽和分和芳香分組成的含有大量輕質(zhì)組分的物質(zhì)，在瀝青混合料的再生過程中，再生劑所起到的作用主要是與舊瀝青間各組分發(fā)生重新分配，并吸附、溶解瀝青質(zhì)和膠質(zhì)，調(diào)合瀝青組成及其流動(dòng)性，從而改善老化瀝青的使用性能。

再生劑的作用機(jī)理主要取決于三個(gè)關(guān)鍵因素：（1）原始瀝青、再生瀝青和再生劑在瀝青混合料中的分散；（2）再生劑在再生瀝青中的擴(kuò)散；（3）原始瀝青、再生瀝青和再生劑三者之間的相容性。分散是由物理過程引起的混合，通過機(jī)械攪拌作用，再生劑在瀝青混合料中的原始瀝青和再生瀝青之間分散均勻。一般而言，分散程度是拌和時(shí)間的函數(shù)，拌和時(shí)間越長(zhǎng)，分散效果越好。擴(kuò)散是一種物質(zhì)從較高濃度移動(dòng)到較低濃度的過程，當(dāng)再生劑與再生瀝青混合料直接接觸時(shí)，由于擴(kuò)散機(jī)制，老化的瀝青容易迅速吸收再生劑中易擴(kuò)散的烴類物質(zhì)。

Carpenter 和Wolosick[4]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，再生劑一般通過以下步驟擴(kuò)散到老化的瀝青中：首先再生劑包圍在再生瀝青混合料中老化瀝青的周圍，其次再生劑從老化瀝青的外層向內(nèi)層擴(kuò)散，使再生瀝青混合料的內(nèi)層黏度降低、外層黏度增加，最后經(jīng)過一定時(shí)間后趨于均衡。整個(gè)擴(kuò)散過程發(fā)生在拌和、施工和施工后的一段時(shí)間內(nèi)。Ma 等[5]為了驗(yàn)證這種擴(kuò)散機(jī)制，使用三氯乙烯對(duì)再生瀝青混合料進(jìn)行抽提，并對(duì)得到的內(nèi)外層瀝青進(jìn)行DSR 試驗(yàn)，結(jié)果顯示再生瀝青外層的車轍因子遠(yuǎn)小于內(nèi)層的車轍因子，表明再生劑的擴(kuò)散沒有達(dá)到平衡。為了估計(jì)何時(shí)達(dá)到平衡，Wang 等[6]利用圖像分析了再生瀝青混合料中的瀝青覆蓋區(qū)域和未覆蓋區(qū)域，結(jié)果表明：8 h 足以實(shí)現(xiàn)再生劑的最佳擴(kuò)散。Oliver 和Nam Tran 等[7，8]分別研究了溫度和再生劑的添加順序?qū)υ偕鷦U(kuò)散速度的影響，結(jié)果表明：隨著拌和和壓實(shí)溫度的提高，再生劑的擴(kuò)散速度逐漸加快；與向老化瀝青中加入再生劑相比，將再生劑直接與RAP 料進(jìn)行混合預(yù)計(jì)會(huì)有更好的擴(kuò)散效果。

2 再生劑的類型

目前研究最多的再生劑可分為石油類和植物油類兩大類，廢植物油、地溝油、廢機(jī)油等都可以當(dāng)作再生劑來使用。鄭軍等[9]觀察到使用廢食用油作為再生劑可以有效降低瀝青中含氧官能團(tuán)的含量，但是廢食用油酯化后形成了親水結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致再生瀝青比原始瀝青的水敏感性更高。張遙等[10]發(fā)現(xiàn)通過柑橘提取出來的色素、香精果膠、生物類黃酮等有機(jī)物中的飽和組分和芳香組分符合瀝青再生劑的成分要求，對(duì)瀝青混合料的再生有很大幫助。Yu 等[11]通過研究芳香提取物的再生作用，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用芳烴的再生瀝青比添加相同比例的植物油的再生瀝青的流變性能恢復(fù)率要低。

3 再生劑對(duì)瀝青和混合料性能的影響

由于再生瀝青和原始瀝青在一定溫度下的部分混合產(chǎn)生了非常復(fù)雜的瀝青體系，因此大多數(shù)情況下RAP 料的摻入對(duì)瀝青混合料的性能有不利影響。許多研究表明，含有RAP 料的瀝青混合料剛度較高，抗裂性能變差，更容易產(chǎn)生疲勞和開裂。Zhu 等[12]評(píng)價(jià)了不同RAP 料摻量的瀝青混合料的路用性能，結(jié)果表明：隨著RAP 料摻量的增加，瀝青混合料的低溫性能和抗疲勞性能逐漸降低。與普遍認(rèn)為的相反，Pradyumna 等[13]發(fā)現(xiàn)使用20% 摻量的RAP 料可以改善瀝青混合料的疲勞性能，與對(duì)照組瀝青混合料相比，再生瀝青混合料的疲勞壽命平均提高了67.2%。

但是，也有研究認(rèn)為RAP 料的摻入使再生瀝青混合料具有更好的抗剝離性和路面塑性變形抵抗力。由于RAP 料中的礦料已經(jīng)涂上了一層瀝青，使得水很難在RAP 料中滲透，因此再生瀝青混合料比傳統(tǒng)的瀝青混合料更耐剝離。Mogawer 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，40%RAP 料摻量的瀝青混合料比原始瀝青混合料具有更好的水穩(wěn)定性。H Arshad 等[15]逐漸將RAP 料摻量從0%提高到100%，結(jié)果表明：馬歇爾穩(wěn)定度隨RAP料含量線性增加，RAP 料摻量為100%的再生瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度值比未加RAP 料的對(duì)照組提高了一倍。Kumari 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，粗RAP 料和細(xì)RAP 料按照一定比例進(jìn)行混合也可以線性提高馬歇爾穩(wěn)定度。這表明選擇合適的RAP 料摻量是非常重要的，在保證再生瀝青混合料性能的前提下，可以節(jié)約成本和保護(hù)環(huán)境。

然而，為了實(shí)現(xiàn)RAP 料的大規(guī)模應(yīng)用，又不影響瀝青混合料的性能，需要在RAP 料中添加再生劑來實(shí)現(xiàn)。由于再生劑可以改善瀝青的流動(dòng)性，使瀝青形成更為穩(wěn)定的膠體結(jié)構(gòu)，因此加入再生劑后再生瀝青和瀝青混合料的路用性能相比之前有一定的提高。Mogawer 等[17]評(píng)價(jià)了三種不同的再生劑對(duì)高RAP 料摻量的瀝青混合料性能的影響，結(jié)果表明：再生瀝青混合料的疲勞性能相比于原始瀝青混合料有所改善，并且使用再生劑會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的空隙率降低，這是再生劑在瀝青中的擴(kuò)散作用所引起的。此外，使用再生劑可以提高瀝青混合料的低溫抗裂性能，且對(duì)高溫性能和水穩(wěn)定性影響不大。Kuang 等[18]研究了高芳香烴含量的輕質(zhì)油（普通再生劑）與含極性化合物的復(fù)配油（復(fù)合再生劑）對(duì)老化瀝青的性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明：通過瀝青與兩種再生劑之間的組分調(diào)合作用，再生劑可以有效地恢復(fù)老化瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到對(duì)嚴(yán)重老化瀝青再生的目的。但是，雖然普通再生劑能夠恢復(fù)老化瀝青的流變性能，效果卻遠(yuǎn)低于復(fù)合再生劑。Mogawer 等[19]研究了三種再生劑在50%RAP 料摻量的瀝青混合料中的使用效果，研究結(jié)果表明：各種類型的再生劑對(duì)瀝青混合料的疲勞性能均有明顯的改善，再生瀝青混合料除了具有較好的疲勞性能外，還具有較低的強(qiáng)度、剛度和較高的蠕變速率。

4 結(jié)論與展望

瀝青路面的老化會(huì)引起瀝青混合料路用性能的降低，瀝青混合料再生技術(shù)已經(jīng)逐步成為解決這一問題的有效方法。本文綜述了瀝青的再生機(jī)理、再生劑的作用機(jī)理以及RAP 料對(duì)瀝青混合料路用性能的影響，為進(jìn)一步開展再生技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)?；趯?duì)本文的回顧可以得出以下結(jié)論：

a）瀝青的再生是老化的逆過程，再生機(jī)理主要由組分調(diào)合理論和相溶性理論組成，從根本上都是對(duì)瀝青四組分之間定量關(guān)系的研究，以重新實(shí)現(xiàn)四組分的協(xié)調(diào)和平衡。

b）瀝青的再生，取決于再生劑在瀝青混合料中的分散和擴(kuò)散過程，以及再生劑與瀝青的相容性。再生劑應(yīng)適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)散到原始瀝青和老化瀝青中，并且均勻地分散在整個(gè)瀝青混合料中。除此之外，瀝青混合料的拌和和壓實(shí)溫度以及再生劑的添加順序都對(duì)擴(kuò)散和分散速度有一定的影響。

c）與普通瀝青混合料相比，含有RAP 料的再生瀝青混合料的疲勞性能和低溫抗裂性能較差，并且隨著RAP 料摻量的增加，瀝青混合料的低溫性能和抗疲勞性能逐漸降低。而近年來各種再生劑被陸續(xù)研發(fā)，大部分再生劑可以有效改善老化瀝青的流變性能，并提高瀝青混合料的低溫性能和疲勞性能，因此再生劑是實(shí)現(xiàn)RAP 料大規(guī)模使用的有效途徑。