沥青老化以及与再生剂混溶状态简述

沥青老化以及与再生剂混溶状态简述

摘要：介绍沥青老化机理以及再生剂的再生机理，沥青老化目前主要有三种观点：沥青老化的胶体理论，相容性理论和橡胶理论。近年来的研究表明，RAP中

老化沥青没有被完全开发，因此许多学者对再生剂与旧沥青的混溶状态做了研究，以找到方法提高再生效率。

20世纪末，我国公路进入大修时代，伴随而生的是对路面再生的利用问题，但随着学

者的深入研究发现，仅仅通过添加新沥青来调和老化沥青，在控制成本的基础上远远不能达

到规范的路用性能，因此亟需对RAP中旧沥青的利用率提高。

关键词：沥青老化；再生剂；作用机理；混溶状态

一、沥青老化

沥青老化主要是长期暴露在自然环境下，受到广、紫外线、水和荷载作用等综合作用下，使混合料内部发生一些变化，导致沥青逐渐降低路用性能甚至不能使用。

1.1沥青老化胶体理论

我国道路用沥青一般将沥青分为四个组分：饱和分，芳香分，沥青质，胶质。沥青的性

质主要就取决于这四个组分的含量多少[1]。对沥青三大指标来说，针入度主要受到芳香分的

影响最大，饱和分主要决定了沥青延度，软化点主要受沥青质影响最大。

胶体理论认为，沥青是以沥青质为中心，其余组分吸附在沥青质周围，形成稳定的分散相。其余组分有较大的极性，沥青质对这些极性分子有吸附作用，因此形成了胶体结构。如

果一些极性差或者没有极性的组分在沥青质周围，那沥青的稳定性较差。按照胶体状态差异，沥青主要被分为：溶胶型沥青、溶-凝胶型沥青和凝胶型沥青。对于凝胶型沥青，这种沥青一

般沥青质较大，因此沥青变硬变脆，低温性能较差。老化沥青一般属于这种胶体。因此按照

胶体理论，沥青老化主要就是由于各组分变化导致的。

1.2 沥青老化相容性理论

相容性理论认为，沥青形成稳定的溶液主摇取决于沥青质在软沥青质中的溶解度，以及

软沥青质对沥青质的溶解能力。相关研究发现[2]，根据希尔布兰德提出的“溶解度参数理论”，既溶质和溶液的溶解度参数差值小于一个定值时，则溶液相对稳定。国产沥青的溶解度参数

控制在0.76以内是，沥青相对稳定。

而沥青老化主要就是由于沥青中各种化合物组分发生化学变化，导致溶解度参数变化，

因此溶解度差值变大，破坏了原本稳定的状态，固导致沥青老化后路用性能差。

1.3沥青老化橡胶理论

美国SHRP[3]研究发现，沥青可分为酸性分，碱性分、中性分和两性分。碱性分和酸性

分都可以提高沥青的粘度，碱性分>酸性分。而中性分会降低沥青粘度。研究人员认为，沥

青同橡胶类似，也是一种网状聚合物，在这聚合物里面含有的增塑剂可以起到在润滑作用。

减少了滑动摩擦力和由于范德华力产生的粘附力。

1.4影响沥青老化的因素

沥青老化是从沥青生产出来之后就一直伴随着的，长期在空气等自然条件或者荷载作用下，沥青内部发生变化，逐渐老化。

1.运输，储藏过程中的老化：沥青出厂之后，需装在保温装置中运输到现场或拌和楼，

在这过程需要较长时间，为了保证卸沥青顺利，一般在运输过程中沥青温度较高，这导致了

许多轻质组分挥发，加速沥青老化。

2.施工过程中，目前在拌和沥青混合料时，通常温度是160~190℃，这个过程的老化较

运输和储存过程更严重，且拌和好之后，沥青吸附在集料上形成沥青膜，更加速了老化。

3.沥青混合料服役期间，混合料中沥青暴露在自然环境下，受到光照中紫外线，水分，

氧气和汽车荷载等综合因素的影响。且使用年限越长，沥青老化程度更深；以及对于路面不

同深度，老化程度也不同，一般深度越浅，老化程度越小。

二、再生剂再生机理

目前，由于沥青的认知有三种，既：胶体理论，橡胶理论，相容性理论。因此，对应的

再生理论也是三种。三种理论对应的再生机理虽有细微差别，但总体是一致的。既可以添加

一些低粘度成分来调和，使其恢复路用性能。刘军等[4]通过复合再生剂研究，通过函数曲线

优化了再生剂的添加量。马涛等[5]研究了新旧沥青和再生剂复合规律，结果表明，再生后的

沥青在三大指标等都和再生剂掺量上存在一定线性关系。

三、再生剂与旧沥青混溶状态测试方法

3.1标记结合料法

由于不能直接观测再生剂和旧沥青混溶情况，因此一般采用在再生剂中添加微量标记物，使再生剂与旧沥青混合后，采用微观观测方法观察再生剂和旧沥青混溶状态。

Karlsson和Isacsson[6]通过甘油，硅烷等多种物质添加到再生剂中，通过红外光谱仪观

察再生剂的扩散情况。在此基础上，研究了拌和温度，再生剂成分对再生剂和旧沥青混溶情

况的影响。标记结合料法关键就是标记物的选择，原则上不破坏再生剂和沥青性质，且较容

易观察。

3.2可识别差异法

可识别差异法，相对于标记结合料法来说，观测更加直观。主要是找到结合料之间的可

视差异来侧面观测的方法。杨毅文等[7]将4.75以下的RAP料和9.5以上的新料拌和，中途不

添加矿粉。拌和后将9.5以上新料取出，抽提后测的从RAP料中转移到新料上的矿粉含量，

推算出转移的沥青量来表示有效再生率。

可识别差异法不会改变沥青或者再生剂的组成结构，观测更加直观。但是试验方法过程

中有较多的影响因素，试验精度得不到保证，无法精细化的表示混溶状态，因此此方法鲜有

使用。

3.3分布抽提法

分布抽提法主要对再生混合料分多次抽提，通过每次抽提出的沥青的三大指标不同来间

接表示再生剂与RAP中旧沥青的混合情况。Zearley[8]采用两步抽提法研究了再生剂和旧沥青

混溶情况，试验结果表明，沥青和再生剂的混溶不仅仅在拌和过程中啊，这个过程是比较长的。分步抽提法的分层没有统一标准，主要受主观因素影响较多，且不同老化程度的沥青，

分层情况不明确，也不能精确定位，因此试验也很难精细化。

3.4性能间接测试法