侯 蕓，董元帥，李志豪，胡 森，曹雪娟

(1. 中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089； 2. 中國交建公路路面養(yǎng)護技術研發(fā)中心，北京 100083；3. 公路建設與養(yǎng)護技術、材料及裝備交通運輸行業(yè)研發(fā)中心 ，北京 100083； 4. 重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；5. 重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074)

0 引 言

2018年中國公路總里程為484.65萬公里，其中養(yǎng)護里程為475.78萬公里，占總里程的98.2%。伴隨我國公路建設進入建設與養(yǎng)護并重的新階段，研究者開始將舊瀝青混合料(RAP)再生利用，以此取代新瀝青混合料用于道路建設，實現廢料循環(huán)利用、節(jié)能環(huán)保的目的，同時還具有較好的經濟效益和環(huán)境效益。但當RAP摻量過高或者舊瀝青老化嚴重時，會使得再生瀝青路面較早發(fā)生病害。因此，研究者通常會在RAP中摻加瀝青再生劑，以確保再生瀝青混合料的路用性能。傳統(tǒng)瀝青再生劑一般由礦物油、改性劑、增黏樹脂和增塑劑等組成，其中礦物油是占最大比例的組分，其主要作用是彌補瀝青老化所損失的輕組分，增加芳香烴含量。但是礦物油中含有多種高致癌性的污染性物質多環(huán)芳香烴(PAHs)，如苊、菲、熒蒽、苯并和芘等，會對自然環(huán)境和人體健康造成嚴重危害[1]。同時傳統(tǒng)瀝青再生劑還存在使用成本過高，穩(wěn)定性較差等缺點[2]。近幾年，有研究者利用植物油再生老化瀝青，與傳統(tǒng)礦物油再生劑相比，植物油再生劑具有良好的環(huán)境友好性、低揮發(fā)性、低毒性和可再生性等優(yōu)點[3-4]。以3種常見植物油和一種傳統(tǒng)礦物油再生劑對兩種不同RAP摻量SBS改性瀝青混合料進行再生，通過相關室內試驗評價再生SBS改性瀝青混合料的路用性能，研究4種再生劑的再生效果，為植物油再生劑的使用提供一定參考。

1 試驗準備

1.1 原材料

1.1.1 瀝 青

選用70#基質瀝青和SBS改性劑(線型YH-791)制備SBS改性瀝青。同時依照JTG E20—2011《公路瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》，通過RTFOT和PAV兩種老化方式對SBS改性瀝青進行室內模擬老化。SBS改性瀝青老化前后各項常規(guī)物理性能指標如表1。

表1 原樣SBS改性瀝青、老化瀝青各項性能指標Table 1 Performance indexes of original SBS modified asphalt andaging asphalt

1.1.2 再生劑

4種再生劑分別為新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生劑，如圖1。4種油基本物化指標見表2。

圖1 4種再生劑(從左往右依次為：新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生劑)Fig. 1 Four regenerants(from left to right: fresh vegetable oil,fried vegetable oil, vegetable diesel oil, traditional mineraloil regenerant)

表2 4種再生劑基本物化指標Table 2 Basic physicochemical indexes of four regenerants

1.1.3 再生瀝青制備

分別將0%、3%、6%、9%(質量分數，下同)的再生劑摻量入老化SBS改性瀝青，采用高速剪切機混合制備再生SBS改性瀝青[5-6]。以老化瀝青的常規(guī)物理性能恢復至原樣瀝青水平確定再生劑摻量，通過室內試驗表明，當新鮮植物油摻量為4.5%、煎炸植物油摻量為6.0%、植物柴油摻量為6.5%、傳統(tǒng)礦物油再生劑摻量為7.0%時，老化瀝青的針入度、軟化點以及延度指標恢復效果較好，試驗結果見表3。由此確定新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生劑的最佳摻量分別為4.5%、6.0%、6.5%、7.0%。

表3 再生瀝青各項性能指標Table 3 Performance indexes of recycled asphalt

1.1.4 級 配

RAP取自級配類型為AC-13的重慶某高速公路瀝青混凝土表面層，由于舊集料出現明顯細化，所以需加入新集料以調整再生瀝青混合料級配使其滿足規(guī)范要求。根據取樣路段實際情況，新集料選擇石灰?guī)r。對所選集料的主要技術指標，按照JTG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》進行檢測，試驗結果表明各項技術指標均滿足規(guī)范要求。再生瀝青混合料級配曲線如圖2。筆者選擇30%和50%兩種RAP摻量來探究不同RAP摻量對瀝青混合料再生效果的影響。

圖2 再生瀝青混合料級配曲線Fig. 2 Gradation curve of recycled asphalt mixture

1.1.5 最佳油石比

結合表3可以看出，當4種再生劑為最佳摻量時，4種再生瀝青的常規(guī)物理性能基本一致，因此采用一種再生劑即可確定兩種不同RAP摻量的再生瀝青混合料的最佳油石比。筆者以煎炸植物油作為再生劑，摻量為6.0%，并通過馬歇爾試驗確定了30%和50%兩種RAP摻量的再生瀝青混合料的最佳油石比分別為4.8%和4.7%。如表4，各項指標均在相關規(guī)范范圍以內。

表4 馬歇爾試驗結果Table 4 Marshall test results

1.2 試驗方案

首先確定再生瀝青混合料的級配和30%、

50%

兩種RAP摻量下再生瀝青混合料的最佳油石比，然后在各自油石比最佳的情況下，分別以最佳摻量的4種再生劑對30%、50%兩種RAP摻量的老化瀝青混合料進行再生，最后對其再生瀝青混合料進行相關室內試驗，研究對比不同再生劑的再生效果。

2 結果與討論

2.1 高溫穩(wěn)定性

在高溫狀態(tài)下，高溫穩(wěn)定性良好的瀝青混合料能夠保證瀝青路面材料不易出現變形、推移以及車轍等現象，進而使得道路的服務水平得以提升[7-8]。根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中T0719—2011試驗方法，對4種再生瀝青混合料進行車轍試驗，通過動穩(wěn)定度指標表征其高溫穩(wěn)定性，試驗結果如圖3。

圖3 瀝青混合料動穩(wěn)定度Fig. 3 Dynamic stability of asphalt mixture

由圖3可知，原樣瀝青和老化瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求(動穩(wěn)定度≥2 400次/mm)，同時相較于原樣瀝青，老化瀝青的動穩(wěn)定度提高15.49%。在30%和50%的摻量條件下，4種再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度從大到小依次為：新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生劑，均滿足規(guī)范要求，但均不如老化瀝青混合料。當RAP摻量為30%時，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生混合料的動穩(wěn)定度相對于老化瀝青混合料分別降低了2.69%、5.09%、5.17%、10.58%；當RAP摻量為50%時，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生混合料的動穩(wěn)定度均大于其摻量為30%的再生瀝青混合料，同時相較于老化瀝青混合料分別降低了1.70%、3.10%、4.25%、9.80%。通過以上分析，可知無論是摻入何種再生劑都會對老化瀝青混合料抵抗車轍變形的能力產生不利影響，但4種再生瀝青混合料的動穩(wěn)定度均能達到規(guī)范要求，所以其均滿足路面使用要求。

以動穩(wěn)定度為指標來表征的青混合料高溫穩(wěn)定性。因此，4種再生瀝青混合料的高溫性能均優(yōu)于原樣瀝青混合料，這是由于RAP的摻入，RAP中的老化瀝青輕質油分喪失，瀝青質增加，瀝青變硬，使老化后瀝青混合料抵抗車轍變形的能力顯著增強[9]。同時從圖3可以看出，在再生劑相同的條件下，RAP摻量越大其動穩(wěn)定度越高，也證明了這一觀點。在相同RAP摻量下，4種再生瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性均滿足路用性能使用要求，其中以新鮮植物油再生瀝青混合料最好。

2.2 低溫抗裂性

低溫抗裂性是瀝青路面的主要使用性能之一。在低溫條件下，低溫抗裂性良好的瀝青混合料不易產生裂縫，從而保證在實際使用過程中車輛的安全通行。根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中T0715—2011試驗方法，對4種再生瀝青混合料進行小梁彎曲試驗，通過彎拉應變指標表征其低溫抗裂性，試驗結果如圖4。

圖4 舊料摻量與最大彎拉應變關系Fig. 4 The relationship between the content of used material andthe maximum bending strain

從圖4可以看出，與原樣瀝青混合料相比，老化瀝青混合料的最大彎拉應變發(fā)生明顯的降低，且不滿足規(guī)范要求(彎拉應變≥2 300 με)，表明其低溫抗裂性變差。在30%和50%的摻量條件下，4種再生瀝青混合料的最大彎拉應變從大到小依次為：新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生劑。當RAP摻量為30%時，與老化瀝青混合料相比較，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生瀝青混合料的最大彎拉應變分別提高了45.00%、42.5%、35.00%、30.00%，且均滿足規(guī)范要求。表明4種再生劑摻入有利于老化瀝青混合料抵抗低溫開裂的能力。當RAP摻量為50%時，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生瀝青混合料與老化瀝青混合料相比較，最大彎拉應變分別提高了25.00%、20.00%、17.50%、10.00%。表明在RAP摻量過多情況下，4種再生劑對老化瀝青混合料的低溫抗裂性改善效果有限。試驗結果表明：3種植物油再生劑對老化瀝青混合料低溫抗裂性的再生效果均好于傳統(tǒng)礦物油再生劑，其中新鮮植物油最好。在RAP摻量過多時，4種再生劑的再生效果相差不大，這是由于RAP中的瀝青老化嚴重，低溫性能變差，雖然植物油再生劑的加入使其低溫性能得到改善，達到與普通混合料接近的水平，但隨著RAP摻量的增多，舊料的影響逐漸突出，從而使混合料的性能下降[10]。 RAP有較好的抗高溫車轍能力，植物油再生劑有益于改善老化混合料的低溫抗裂性能，因此，需要適當的調整RAP與植物油再生劑的摻配比例，就能保證再生瀝青混合料既具有較高的高溫穩(wěn)定性又具有較好的低溫抗裂性。

2.3 水穩(wěn)定性

水能浸入瀝青中導致混合料的強度和勁度減小，同時也能進入瀝青薄膜和集料之間，阻斷瀝青與集料之間的黏結力，使道路出現坑槽、松散等路面影響[11-12]。目前，對于水穩(wěn)定性的評價方法甚多，筆者采用凍融劈裂試驗評價4種再生瀝青混合料水穩(wěn)定性，試驗結果如表5。

從表5可以看出，與原樣瀝青混合料相比，老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降了19.30%，且不滿足JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》要求(殘留強度比≥75%)。當RAP摻量為30%時，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生瀝青混合料的殘留強度比(TSR)相較于老化瀝青混合料分別提高了5.95%、6.48%、7.29%、9.19%，表明4種再生劑的加入均改善了老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性，且均滿足規(guī)范要求；4種再生瀝青混合料的TSR從大到小依次為：傳統(tǒng)礦物油再生劑、植物柴油、煎炸植物油、新鮮植物油。當RAP摻量為50%時，新鮮植物油、煎炸植物油、植物柴油、傳統(tǒng)礦物油再生瀝青混合料的TSR分別為73.69%、72.73%、73.31%、74.70%，均不滿足規(guī)范要求。

表5 馬歇爾試驗結果再生瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗結果Table 5 Marshall test results water stability test results ofrecycled asphalt mixture

瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要受集料的物化特性、瀝青的性質和混合料空隙率等因素影響。與老化瀝青混合料相比，再生瀝青混合料受再生劑對水穩(wěn)性改善作用和舊瀝青黏度的影響，其水穩(wěn)性有所提升，當RAP摻量為30%時，4種再生瀝青混合料的水穩(wěn)性均滿足規(guī)范要求，其中傳統(tǒng)礦物油再生劑再生效果最好，其他3種植物油再生劑的再生效果相差不大；隨著RAP摻量的增加，再生瀝青混合料級配不均勻、舊集料表面活性低等因素的不利影響也漸漸突顯出來，以致影響混合料的水穩(wěn)性能，當RAP摻量為50%時，4種再生劑的摻入均不能有效改善老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，因此應控制RAP摻配比例。

3 結 論

1)通過對4種再生SBS改性瀝青混合料的路用性能進行測試，3種植物油再生SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性均優(yōu)于傳統(tǒng)礦物油再生SBS改性瀝青混合料，水穩(wěn)定性相差不大。

2)用4種再生劑對老化SBS改性瀝青混合料進行再生，當RAP摻量為30%時，其高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性均有所恢復且滿足規(guī)范要求；當RAP摻量為50%時，其高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性均有所恢復且滿足規(guī)范要求，但水穩(wěn)定性恢復效果不佳。

3)基于本研究試驗條件下，采用4種再生劑對老化SBS改性瀝青混合料進行再生，當RAP摻量為30%，油石比為4.8%時，以4.5%的新鮮植物油作為再生劑對老化SBS改性瀝青混合料再生效果最佳。