再生剂对老化沥青及就地热再生混合料性能影响研究

西南公路
再生剂对老化沥青及就地热再生混合料性能影响研究
【摘　要】为了研究不同再生剂对就地热再生沥青混合料路用性能的影响，采用市售成品再生剂以及自研再生剂对老化沥青进行性能恢复，并采用汉堡车辙试验、MIST水损害试验、Overlay Tester试验以及低温
弯曲试验对添加再生剂后的就地热再生混合料进行路用性能分析。

研究结果表明：随着再生剂掺量的增加，
再生沥青的针入度和延度逐渐增大，软化点逐渐降低；无论是植物油型再生剂，还是石油馏分油型再生剂，
再生沥青的基本性能与再生剂掺量之间均存在良好的线性相关关系，利用该相关关系提出了基于再生沥青性
能设计的再生剂掺量确定方法；再生剂的添加对就地热再生沥青混合料的高温性能有一定减弱，而对水稳定
性、低温抗裂及抗反射裂缝性能则有显著的提升，自研再生剂的性能恢复能力与市售成品再生剂相当。

【关键词】就地热再生；再生剂；混合料；汉堡车辙；Overlay Tester
【中图分类号】U414 【文献标识码】A
【收稿日期】
【作者简介】张凌波(1990-)，男，四川省绵阳人，硕士，工程师，主要从事沥青路面再生技术应用研究、乳化沥青及相关混合料研发、特种改性沥青研发等工作。

2023-02-22
随着砂石资源的日益紧张，如何提高沥青路面和易性和低温性能提高、而高温性能出现下降。

但材料的循环利用率成为行业关注的热点。

沥青路面相关研究均是采用常规马歇尔设计体系的常规方法就地热再生是通过对原路面进行加热、翻松后，再对混合料的性能进行研究，而由于受力模式或者试添加一定比例的新集料、新沥青和再生剂后，经过验条件与沥青路面现场实际情况相差较大，使得马热态拌和、摊铺、碾压后形成沥青路面的技术。

由歇尔设计体系的部分试验方法在评价混合料性能上
存在一定的局限性。

鉴于此，本文采用与沥青路面于可以对原路面材料进行100%的全部再利用，极大
地节约资源消耗，具有显著的环保效益，因此也越实际服役条件更贴近的MIST水损害试验以及来越受到相关研究人员的重视。

就地热再生施工Overlay Tester试验（OT试验）等方法对就地热再生时，旧沥青混合料在再生混合料中的掺配比例很沥青混合料的路用性能进行综合分析，以评价不同高，往往在80%以上，并且就地热再生是针对沥青再生剂对混合料性能的影响，为就地热再生混合料表面层进行的再生，而沥青表面层由于直接与阳性能的多尺度评价手段提供参考。

光、空气等接触，其老化程度往往较严重。

因此，目前，市售沥青再生剂的种类繁多，多数以植高比例的旧料掺量对就地热再生混合料的性能会带物油或者石油馏分油为主要成分，再添加部分助剂来极大的影响，再生剂由于对旧路面的老化沥青有而制得。

石油馏分油由于组分与沥青有较大的相似性能恢复作用，其对于就地热再生混合料性能有着性，其和老化沥青的相容性一般较好，部分学者对
[1][3-5]
重要的作用。

徐静研究了再生剂对就地热再生沥此进行了研发，取得了较好的效果。

植物油由于青混合料性能的影响，结果表明再生剂可显著提高具有较低的粘度，也被认为是沥青再生剂的理想材
[2] 料，有大量学者针对植物油型再生剂进行了研发，再生沥青混合料的抗水损害和低温抗裂性能；李严
并对再生沥青的性能进行了分析评价，再生后的沥研究了再生剂对就地热再生沥青混合料路用性能的
青性能整体上有较好的恢复效果，但部分性能还是影响，结果表明添加再生剂后，沥青混合料的施工
1211
张凌波　陈柏江　何平芝　张晓华
（1．四川省公路规划勘察设计研究院有限公司　四川成都　610041；
2．西华大学　四川成都　610039）
2023年第1期
西南公路
[6-10] 1.1.3　新矿料与再生混合料级配
不能满足路用要求。

本文以废植物油精制处理后新集料采用四川峨眉地区的玄武岩，填料选用作为原材料，研发了植物油型的沥青再生剂，并对石灰岩磨细的矿粉，为了调整再生混合料的级配，其综合性能进行分析研究。

在混合料中添加10%的新矿料，再生混合料各材料1　试验材料与方案
配比见表4。

1.1　原材料1.1.1　RAP
RAP 采用在四川省某高速公路表面层切割的板块试样，将原路面表面层板块在室内经80℃加热再生混合料的级配曲线如图1所示。

后，再利用人工将混合料掰散得到。

原路面沥青混合料类型为SMA -13，经抽提得到原路面级配及油石比见表1。

原路面回收沥青的基本性质检测结果见表2。

1.1.4　SBS 改性沥青
由于原路面混合料中油石比偏低，因此，在进行再生混合料拌制时，添加一部分新沥青，新沥青选择SBS 改性沥青，其基本性质见表5。

1.1.2　再生剂
采用两种市售的成品植物油型再生剂TS 、YJ 以及两种成品石油馏分油型再生剂SBT 、TN ，并采用自研再生剂ZY 作为对比分析。

TS 和YJ 再生剂的主要成分为油酸及亚油酸等脂肪酸；ZY 再生剂 1.2　试验方法的主要成分为松香酸及脂肪酸，同时添加了少量邻 1.2.1　汉堡车辙试验
苯二甲酸二辛酯（DOP ）作为增塑剂；SBT 和依据JTG E20-2011 T 0736《公路工程沥青及沥TN 再生剂的主要成分为抽出油。

各再生剂的基本性青混合料试验规程》成型直径150mm 、厚度能指标见表3。

60mm 的圆柱体试件，试件目标空隙率按照4%来控制，再采用意大利CONTROLS 公司的汉堡车辙试验仪进行试验。

试验采用钢轮对试件进行加载碾压，钢轮荷载为705N ，碾压速度52次/min ，试验温度为40℃，采用水浴保温，当试件车辙变形达到20mm 或者碾压次数达到20000次时试验终止。

1.2.2　MIST 水损害试验
采用美国InstroTek 公司生产的MIST 水敏感性
表1　RAP 抽提筛分及油石比试验结果
筛孔/mm
16
13.2
9.5
4.75 2.36 1.18
0.6
0.3
0.150.075
油石比/%通过率
/%
10096.562.932.923.819.516.114.011.810.5 5.65
表2　RAP 中老化沥青基本性质
试验项目
检测结果针入度（25℃）/0.1mm
25.1软化点/℃66.3延度（10℃）/cm
5.2
表3　再生剂的基本性质
再生剂老化前60℃粘度
/ MPa∙s 老化后60℃粘度
/ MPa∙s 粘度比质量变化/%ZY 18.849.4 2.63-2.79TS 46.554.75 1.18-1.62YJ 15.032.5 2.17-2.54SBT 2125.02890.0 1.36-2.27TN
517.4
675.0
1.30
-0.52
表4　再生混合料各材料配比
材料旧沥青混合料新集料
(13.2~16mm)新集料
(9.5~13.2mm)新集料
(4.75~9.5mm)
矿粉材料比例/%
90
2
2
5
1
表5　SBS 改性沥青基本性质
试验项目
检测结果针入度（25℃）/0.1mm
57.1软化点/℃86.5延度（5℃）/cm 36.2G */sinδ（76℃）/kPa
1.45
图1　再生SMA13混合料合成级配曲线
筛孔/mm
通过率/%
张凌波，陈柏江，何平芝，张晓华：再生剂对老化沥青及就地热再生混合料性能影响研究
试验仪在高温、加压以及动态冲刷的条件下对成型
的标准马歇尔试件进行水处理，试验参数参考
[11]式中：α—第n次循环荷载残留百分率；P—ASTMD7870中的标准参数，即试验水温60℃，n n
第n个循环荷载峰值；P—加载试验中荷载的最大试验压强40psi，循环冲刷次数3500次。

max
1.2.3　MIST劈裂强度比值，相同次数下的α越大，表明混合料抵抗基层伸
n
以双面击实50次进行标准马歇尔试件成型。

将缩引起的反射裂缝能力越强。

[12]
成型的原样马歇尔试件置于25℃水浴中保温2h，随据文献OT试验的荷载与加载次数之间具有较后立即进行劈裂试验，得到标准试件的劈裂抗拉强高的幂函数相关关系，拟合公式如式（2）所示。

度；将经过MIST水损害后的试件在25℃水浴中保（2）温2h后，立即进行劈裂试验，得到MIST水损害后式中：y—OT加载荷载；x—加载次数；β—的劈裂抗拉强度，将MIST水损害后的劈裂抗拉强度抗开裂系数，表征混合料抗开裂的性能，β越大，与标准试件的劈裂抗拉强度之间的比值作为MIST劈表明混合料抗开裂性能越好。

裂强度比。

1.2.5　冻融劈裂试验
1.2.4　OT试验冻融劈裂强度比按照JTGE20-2010《公路工程
采用旋转压实成型直径为150mm、高度为沥青及沥青混合料试验规程》中T0729的方法进62mm的圆柱试件，然后，将试件上下两侧切掉，行。

使试件的高度为38mm，将试件左右两侧切除，得 1.2.6　低温弯曲试验
到宽为75mm的试件，试件的最终尺寸为150mm× 低温弯曲试验按照JTGE20-2010《公路工程沥75mm×38mm（长×宽×高）。

试验时将试件粘贴在青及沥青混合料试验规程》中T0715的方法进行，同两块互不连接的钢板上，一块钢板固定，另外一块时通过应力应变曲线获得试件的弯曲应变能密度
[13]
钢板在混合料试验机的主轴牵引下可沿试件长度方， 弯曲应变能密度如图2中阴影部分面积所示，向来回移动，以模拟基层裂缝或混凝土板接缝的来它代表着试件从开始产生变形到最终破坏这个过程回开闭运动。

试验温度为25℃，荷载形式为三角中所消耗的能量大小。

波，加载时最大位移保持0.635mm不变，每次加载
2　试验结果与分析
周期为10s，最大加载次数为1000次。

试验试件如
图2所示。

2.1　再生剂对老化沥青性能的影响
在室内将SBS改性沥青经过RT FOT和PA V老
化后得到模拟老化沥青，RTFOT及PA V的试验条件
参照JTG E20-2011 T 0610《公路工程沥青及沥青混
合料试验规程》和T0630，PA V老化温度为100℃、
老化时间为20h，模拟老化后改性沥青的基本性能
指标见表6。

试验时获取不同加载次数下的荷载峰值与加载
试验中的荷载最大值作为残留百分率，计算公式如将不同的再生剂与老化沥青充分混匀后进行再式（1）所示。

生沥青的基本性质分析，试验结果如图3
所示。

图2　Ot
试验试件
（1）
表6　模拟老化后SBS改性沥青基本性质
试验项目检测结果
针入度（25℃）/0.1mm25.2
软化点/℃79.6
延度（10℃）/cm8.3
西南公路
如依据DB51/T2796-2021《沥青路面就地热再生技术指南》中再生SBS 改性沥青的技术要求，见表7。

基于表7中的技术要求以及各再生沥青与再生剂掺量的拟合曲线，可以计算出各再生剂的掺量要求阈值，见表8。

由表8中结果可以看出，基于再生沥青性能设计的再生剂掺量确定方法大大缩小了再生剂掺量的
范围值，在该范围值内，再生沥青的性质均能满足技术要求，此时可进一步根据技术经济指标等对再生剂的掺量进行最终确定，也可以根据掺量范围上下限的平均值作为初选再生剂掺量。

由图3中结果可以看出，在相同的再生剂掺量 2.2　再生剂对再生混合料路用性能的影响
下，植物油型再生沥青的针入度和延度要高于石油为了研究再生剂对就地热再生沥青混合料路用馏分油型再生沥青，这说明植物油型再生剂对老化性能的影响，采用ZY 、YJ 两种再生剂以及不添加沥青的性能恢复能力要好于石油馏分油型的再生再生剂进行就地热再生沥青混合料的拌和及成型，剂。

而无论是植物油型的再生剂还是石油馏分油型再生混合料的拌和工艺为：将在烘箱中加热至的再生剂，随着再生剂掺量的增加，再生沥青的针180℃的RAP 及再生剂在拌锅中拌和20s ，加入纤入度和延度都呈现逐渐增大、软化点呈现逐渐减小维、新集料及矿粉后拌和120s ，最后加入新沥青后的规律，并且再生沥青基本性质与再生剂掺量之间拌和120s ，拌和温度为180℃。

均呈现出良好的线性相关关系，特别是针入度和软为了模拟就地热再生施工过程中的老化过程，化点两个指标，其与再生剂掺量的线性相关系数基拌和完成后的混合料在180℃烘箱中保温1h 后进行本都在0.99以上，而延度的相关系数则略低一些。

各混合料的成型。

为了确定再生剂的掺量，在老化基于以上规律，在就地热再生混合料设计时，再生沥青中掺入不同掺量的再生剂得到再生沥青的性能剂的掺量可由再生沥青性能与再生剂掺量之间的拟指标，见表9。

合曲线以及再生沥青的性能要求值来综合确定。

再生剂掺量/%
25℃针入度/0.1m m
（a
）对针入度的影响
再生剂掺量/%
10℃延度/c m
（b ）对延度的影响
再生剂掺量/%
10℃延度/c m
（c ）对软化点的影响
图3　再生剂对再生沥青基本性质的影响
表7　再生SBS 改性沥青技术要求
技术指标技术要求25℃针入度
/0.1mm
40~6010℃延度/cm ≥10软化点/℃
≥60
表8　再生沥青满足技术要求时各再生剂掺量阈值
再生剂
以下列各指标的技术要求计算出的再生剂掺量阈值/%
再生剂掺量范围/%针入度
10℃延度软化点ZY ≥2.12，≤4.81≥1.07≤9.67 2.12~4.81TS ≥2.40，≤5.47≥1.45≤10.79 2.40~5.47YJ ≥2.22，≤5.02≥0.98≤9.87 2.22~5.02SBT ≥8.05，≤18.6≥4.92≤47.58.05~18.6TN
≥5.39，≤12.6
≥2.56
≤21.6
5.39~12.6
张凌波，陈柏江，何平芝，张晓华：再生剂对老化沥青及就地热再生混合料性能影响研究
根据所取RAP来源项目的气候及交通荷载情
况，以25℃针入度≥40（0.1mm）、10℃延度≥
10cm、软化点≥55℃作为再生沥青的技术要求，由
表9中的试验结果进行线性拟合后计算得到再生沥
青满足性能要求的再生剂掺量范围，以掺量上下限
的平均值作为再生剂的掺量，计算得到ZY再生剂的
掺量为3.95%、YJ再生剂的掺量为4.05%，两种再
生剂掺量值较为接近，在实际拌和时再生剂掺量均
取老化沥青质量的4.0%。

2.2.1　
10），从汉堡车辙深度曲线（如图
20000
现严重的界面破坏。

3
＞YJ＞ZY
青的软化作用较明显。

混合料的最大弯拉应变和弯曲应变能都有明显的提
高，说明两种再生剂都可以起到改善再生混合料低
温抗裂性能的作用，而两种再生剂的性能改善结果
比较接近。

2.2.2　
5所示)。

由图5
表9　不同再生混合料的汉堡车辙试验结果
再生剂
再生剂掺量
/%
针入度（25℃）
/0.1mm
延度（10℃）
/cm
软化点
/℃
ZY
025.1 5.266.3
236.27.862.3
454.313.658.5
674.718.954.3
YJ
025.1 5.266.3
237.88.261.9
455.414.457.8
675.519.254.6
表10　不同再生混合料的汉堡车辙试验结果
再生剂
类型
试件空隙率
/%
加载次数
/次
车辙深度
/mm
蠕变斜率
-3
/×10mm·次
剥落点
/次
无 4.0720000 6.1020.099无
YJ 4.0320000 6.5380.156无
ZY 4.06200007.6560.153无
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0500010000
轮碾次数/次
车
辙
深
度
/
m
m
1500020000
ZY
YJ
无再生剂
程度越轻微，混合料抵抗反射裂缝的能力越强。

抗后的劈裂试验结果（见表11、表12）。

开裂系数β代表了随着循环加载次数的增加，荷载峰值的衰减速度，β越大，试件荷载峰值衰减速度越慢，表明裂缝扩张的速度越慢，混合料抵抗反射裂缝的能力越强。

未添加再生剂的再生混合料，其沥青老化程度较严重，脆性较高，抗开裂能力就较差，因此其α和β值明显要小。

而ZY 再生混合料1000
α/%
0004.3.3.3.3.3.3.3.3.3.P m a x /k N
表11　不同再生混合料冻融劈裂试验结果
再生剂类型试件状态
空隙率/%荷载值/kN 劈裂强度均值/MPa 冻融劈裂强
度比/%无
冻　融
5.66
12.43
1.213
91.5
未冻融 5.7213.70 1.326YJ
冻　融
5.40
10.63
1.045
96.4
未冻融 5.3011.19 1.083
张凌波，陈柏江，何平芝，张晓华：再生剂对老化沥青及就地热再生混合料性能影响研究
互对比结果可以看出，不同的试验方式，评价结果能力的提升更为显著。

有一定的差异性，这可能是由于两种试验方法对混
参 考 文 献
合料试件的作用机制的差异造成的。

MIST水损害试
[1] 徐静, 刘加平, 洪锦祥.再生剂对就地热再生沥青混合料的性能影响[J]. 验与冻融劈裂相比，前者的试验条件对于气温较
公路, 2013(08):290-293.
高、雨水较充沛的地区比较契合，而后者对于气温[2] 李严.再生剂对就地热再生沥青混合料路用性能的影响[D].南京:南京林
业大学, 2009.
较低、路面常年处于冻融状态的地区比较契合。

整
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抗水损害性能，但MIST水损害由于试验耗时较短，
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2003(08):18-21.
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用化工, 2019, 48(03):571-574.
3　结　论
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Compacted Asphalt Mixture Specimens by Using Hydrostatic Pore
Pressure[S].
（3）自研再生剂与市售成品植物油型再生剂
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相比，两者对混合料抗低温开裂以及抗水损害性能
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石油沥青, 2008(05):20-23.
的提升效果较为接近，而前者对混合料抗反射裂缝
（上接第30页）隔挡式模型。

参 考 文 献对于以构造破裂带为核心的储水汇水部位，其
周围岩体也存在明显的水文地质分区差异性，隧道
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隧道涌水量可根据涌水量的衰减变化特征分为
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