（道路与铁道工程专业论文）沥青抽提方法评价与就地热再生技术研究.pdf

摘要 摘要 就地热再生技术作为一种有效的旧路维护改造方法，从经济效益与社会效益 角度都有明显优势，无疑将拥有巨大的市场需求前景。但是技术不成熟，工艺不 完备等问题束缚了它的大范围推广，因而系统全面的研究就地热再生技术显得尤 为重要。 首要问题是准确测定旧沥青结合料的性能，针对矿粉和三氯乙烯溶剂的可能 干扰，分别对规范抽提回收方法予以改进，确保可以稳定可靠的测定旧路中沥青 结合料的性能。 了解沥青结合料的再生机理和再生规律有利于顺利开展就地热再生技术，通 过再生剂扩散机理的分析，结合相关的模拟试验，验证并评价了影响再生效果的 多个因素。通过常规物理性能指标、s h r p 指标和感温指标，分别对软沥青再生 剂和专用再生剂的再生规律进行探索。 就地热再生的配合比设计以马歇尔方法为基础，结合京珠高速河南省漯驻段 路面热再生工程的实际工程情况，对配合比设计方法与步骤进行详细况明。 探索并摸清就地热再生t 艺的特殊性和规律性，将最大限度的发挥其潜力。 通过混合料性能对比试验和现场测试，对以下工艺进行探讨：加热机的预热、铣 刨操作、旧料掺加比例、旧料预热温度、新i f i g i t - 拌和时间、再生剂掺加工艺、再 生主机前进速度，最终提出对应的最佳工艺操作。 最后，附录中提出就地热再生技术的工程适用性、详细施工工艺和工程质量 管理标准。 关键词：沥青路面；就地热再生；再生剂；拙提；再生机理；配合比设计；施工 t 岂；施工质量管理 垒竺! ! 呈垒! ! a b s t r a c t b e e na sa ne f f e c t i v e a g e dp a v e m e n tm a i n t e n a n c em e t h o d ，h o ti n p l a c er e c y c l i n g ( h i r ) t e c h n o l o g yh a ss h o w np r o m i n e n ta d v a n t a g e s b u tt h ep r o b l e mo f i m m a t u r et e c h n o l o g yh a sl i m i t e d i t se x t e n s i v es p r e a d f i r s t l y ，i ti sp r i n c i p l et od e t e r m i n ea g e da s p h a l tb i n d e r sp e r f o r m a n c ea i m i n ga ti n t e r f e r e n c e f r o mm i n e r a l _ f i l l e ra n dt r i c h l o r o e t h a n e s o l v e n t ，t h ee x t r a c t i o na n dr e c o v e r ye x p e r i m e n ti nt h e s p e c i f i c a t i o ni si m p r o v e d a n dt h ec o m m e n d a t o r ym e t h o dc a nm e a s u r et h ea g e da s p h a l tb i n d e r e x a c t l y u n d e r s t a n d i n ga s p h a l tr e c y c l i n gm e c h a n i s ma n dr e c y c l i n gl a wi sh e l pt od e v e l o p eh i r s u c c e s s f u l l y , t h r o u g ha n a l y s i s o f r e j u v e n a t i o na g e n td i f f u s i o nm e c h a n i s ma n dc o r r e l a t i v e s i m u l a t e de x p e r i m e n t s ，s e v e r a lf a c t o r st h a ti n f l u e n c er e c y c l i n ge f f l e c ta r ea n a l y z e da n dv a l i d a t e d u s i n gt r a d i t i o n a lp h y s i c a li n d e x ，s h r pi n d e xa n dt e m p e r a t u r es e n s i t i v i t yi n d e x ，t h er e c y c l i n g r e g u l a r i t yb ys o f ta s p h a l ta n ds p e c i a lr e j u v e n a t i o na g e n ti se x p l o r e d t h eh i rm i xd e s i g nm e t h o di sb a s e do nm a r s h a l lt e s t ，c o m b i n e dw i t hh i rp r a c t i c a l e n g i n e e r i n gc o n d i t i o ni nl u o - z h us e c t i o no fj i n g z h ue x p r e s s w a y , t h eh i rm i xd e s i g nm e t h o da n d s t e pi si l l u m i n a t e dd e t a i l e d e x p l o r i n gt h ep a r t i c u l a r i t ya n dr e g u l a r i t yo fh i rt e c h n o l o g yc a nm a x i m i z ei t sp o t e n t i a l t h r o u g hm i x t u r ep e r f o r m a n c ee x p e r i m e n t sa n dc o n s t r u c t i o nt e s t ，t h ef o l l o w i n gh i r t e c h n o l o g i e s a r ed i s c u s s e d ：h e a t i n g ，m i l l i n g ，a g e d - m i x t u r e p r o p o r t i o na n dt e m p e r a t u r e ，t h et i m eo fm i x i n g ， r e j u v e n a t i n g 。a g e n tm i x - t e c h n o l o g ya n dm o v i n gs p e e do f t h eh i rt r a i n f i n a l l y , e n g i n e e r i n ga p p l i c a b i l i t ya n a l y s i s ，t h ed e t a i l e dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dq u a l i t y m a n a g es y s t e mi si n t r o d u c e di nt h ea p p e n d i x k e y w o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ；h o ti n - p l a c er e c y c l i n g ；r e j u v e n m i o na g e n t ；e x t r a c t i o n ；r e c y c l i n g m e c h a n i s m ；m i xd e s i g n ；c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y ；c o n s t r u c t i o nq u a l i t ym a n a g e i i 第一章绪论 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论 近十余年来，我国公路建设迅速发展，到2 0 0 4 年底1 1 1 ，公路通车里程己突破1 8 5 6 万公 里，其中高速公路通车里程超过3 万4 千公里，在已通车里程中，沥青混凝土路面占7 5 以上。虽然高等级沥青路面的设计寿命为1 5 年，但从实际情形看口j ，多数沥青路面在运营 后短的2 3 年，长的8 1 0 年就需要进行大面积的维修和改造。我国九十年代初期开始修 建的许多高等级公路已逐渐出现多种病害与不同程度破损，标志着我国即将进入一个高等级 公路大规模维护期，并将持续很长时间。 路面大修、熏建等常规改造维护方法，耗用大量的砂石及沥青等限量资源，占用大量的 公路工程建设资金，已逐渐影响到我国高等级公路的建设进程及现代化公路交通网的规划与 完善。在许多情况下，沥青混凝土路面表面虽然被行车磨损失去了应有的粗糙度：或者由于 沥青混凝土中含油较多出现了并不十分严重的车辙；或者由于低温收缩，路面出现许多裂缝， 但面层材料并未彻底老化而且基层还仍然坚实完好，出现了这些情况时，是没有必要将路面 面层进行大修的，而只要在表面加以修整就能恢复路面的使用性能。因此出现了就地修复沥 青混凝十路面的施工方法，它可以使旧沥青路面材料全部被重新加以利用。 沥青路面就地热再生技术是相对于厂拌热再生而言的，就是将1 日渤青路面，经过表面加 热、翻松铣刨，并掺入一定比例的新骨料、新沥青、再生剂等，利用移动式现场拌和设备进 行加热拌和，热铺成为新的沥青路面。我国高速公路和其它等级的公路主要为沥青混凝土路 面，作为一种有效的旧路维护改造方法，从经济效益与杜会效益角度都有明显优势的沥青路 面就地热再生利用技术，无疑将拥有巨大的市场需求前景。 就地热再生技术在国内应用很少，技术不成熟，工艺不完备，控制不合理等问题制约着 再生效果，束缚了就地热再生的大范围推广。根据美国已有经验i j j ，旧沥青路面就地热再生 利用的旧料掺加比例为7 0 1 0 0 ，费用节省为1 7 5 0 。节省费用的多少与所用的机 械水平、工艺方法以及旧料利用率等密切相关。因此，针对沥青路面就地热再生方法进行技 术及应用的研究，蕴涵巨大的经济效益，顺应交通行业建设可持续发展的战略举措。 1 2 国内外应用与研究现状 1 2 1 沥青热再生使用概况 ( 1 ) 国外概况 国外对沥青路面再生利用的研究，最早是1 9 1 5 年从美国开始的。1 9 7 3 年石油危机爆发 以后，对这项技术逐渐重视起来。九十年代，美、德等国旧沥青混凝土的再生利用率都在 9 0 以上。美国联邦公路局( f h w a ) 1 9 9 8 年公布的资料川表明，所有5 0 个州的政府公路 局几乎都将沥青路面旧料作为骨料及粘结料的代替材料，用以生产与传统沥青混凝土品质相 同的热拌再生沥青混凝土。 日本从1 9 7 6 年开始对旧沥青路面材料进行再生利用，由于能源相对匮乏，政府很重视 这项技术的研究与应用，并根据使用旧沥青材料数量的多少，给施工企业予以补助。2 0 0 0 年再生利用率已达到9 0 ，再生的热拌沥青混合料达4 0 0 0 万吨，占总路面沥青混合料应用 东南大学磺士学位论文 量的5 5 p a 上t 5 1 。 西欧国家也十分重视沥青路面再生利用这项技术p 。1 9 7 8 年，联邦德国沥青路面旧料 回收利用率已接近1 0 0 ，并率先将再生沥青混合料应用于高速公路的路面维护。在芬兰， 几乎所有的城镇都组织进行旧路面材料的收集和储存工作，以前再生沥青混合料主要用于低 等级公路的面层和基层，近几年已开始应用于重交通道路路面。法国也已开始在高速公路和 一些重交通道路的路面修复工程中推广应用再生技术。欧洲沥青路面协会( e a p a ) 已通过 互联网宣布，其成员国的旧沥青路面材料1 0 0 通过再生进行重复利用。 1 9 9 7 年国际经合组织对1 4 个国家的路面材料再生利用情况进行了调查1 7 j ，发表了道 路工程再生利用战略白皮书，其中沥青路面再生利用的基本情况为： l ! f l 沥青路面材料的再生利用率为7 5 1 0 0 ： 热再生技术应用最为普遍，再生材料主要用于路面面层结构，极少用作回填材料和 其他用途； 不论是集中厂拌还是就地方法，冷再生技术推广程度较低； 就地热再生技术得到较多国家采用，但只有少数国家推广程度较高。 ( 2 ) 国内概况 我国曾在二十世纪5 0 到7 0 年代不同程度上利用过旧沥青材料，但一般只用于轻交通道 路、人行道或道路的垫层。7 0 年代初期，山西、湖北等省的公路养护部门，将开挖的旧沥 青面层用于维修改造时的基层。湖南省公路部门将乳化沥青加入旧渣油表处面层材料。并分 别用拌和法和层铺法修筑了再生试验路，证明了旧路再生的技术可行性和经济可行性。1 9 8 2 年，交通部设立沥青渣油路面再生利用课题，对沥青路面的再生机理、再生设计方法进行了 研究。通过理论研究，对沥青路面再生的本质有了一定的认识，并在此基础上初步建立起沥 青( 渣油) 路面再生利用方法。1 9 8 3 年建设部下达的“废旧沥青混合料再生利用”项目研 究中，把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化，来代替常规沥青混合料，拌和设备方面则应 用当时设备作适当改装，并在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了三万多平方米的试验 路。 8 0 年代后期，我国开始进行大规模的新修公路建设，沥青路面再生利用技术研究的深 化与延伸基本处于停滞状态。9 0 年代中后期，我国早期建成的沥青路面陆续进入大修或改 建阶段，沥青路面再生利用技术重新引起广泛重视。1 9 9 6 年，湖南省公路部门在低等级旧 路改造中使用废机油作为再生剂进行了沥青路面再生利用的应用研究。新近颁布的公路沥 青路面养护技术规范己提及再生沥青混合料级配及技术标准等相关内容。 2 0 0 2 年3 月华北高速公路股份有限公司从德国维特根公司引进中国市场上的第一套沥 青路面就地熟再生设备口。该机组于2 0 0 2 年4 月2 0 日在京津塘高速公路东丽服务区进行 了调试，随即开始在京津塘高速公路上进行就地热再生施工，其再生剂添加量从0 4 l m 2 到 o 8 l 加2 不等，再生深度为4 c m ，宽度为4 2 m ，稍宽于一个标准车道，正常施工时工作速度 为2 m m i n 左右。再生效果令人满意。 2 0 0 2 年底江苏高速公路养护有限公司引进了芬兰卡罗泰康公司生产的就地再生列车【9 】， 并先后在京沪高速公路扬州段、二级公路$ 3 2 5 和s 3 2 7 、连徐高速、京珠高速等路段进行了 就地热再生试验路的铺设，获得了良好的再生效果。 2 0 0 3 年沪宁高速公路上海段大中修工程采用了就地热再生技术pj ，利用维特根 ( w i r t g e nr e m i x e r4 5 0 0 型) 就地热再生机组进行连续式的现场热再生修复，共处理了约 1 9 万m 2 沥青路面。其采用的是复拌加罩面的技术方案，即复拌4 c m 再生路面。再加铺2 c m a k 1 3 新沥青混合料磨耗层，以全面恢复病害路面的外观和路用性能，竣工验收实测数据如 下表1 1 。 2 第一章绪论 表1 - 1 沪宁高速公路沥青路面就地热再生大修工程竣工实测数据 检测项目规定值或允许偏差上行部分实测值下行部分实测值 压实度( )9 59 8 1 89 8 2 1 平整度( m m ) 1 61 0 9 51 2 9 1 摩擦系数( b p n ) 5 05 3 6 05 2 5 7 代表值5 + 0 3 4 50 2 9 5 厚度( m m ) 极值8 合格率1 0 0 合格率9 3 7 5 ( 3 ) 总结与分析 从欧美等发达国家沥青路面再生利用技术状况来看，他们都特别重视沥青路面再生实用 性的研究，在再生剂的开发以及实际工程应用中的各种挖掘、铣刨、破碎、拌和等机械设备 的研制方面都取得了很大的成就，正逐步形成一套比较完整的沥青路面再生实用技术，并且 达到了规范化和标准化的成熟程度。欧美国家虽然对沥青再生机理的理论研究不多，但对诸 如再生剂的再生效果，再生沥青混合料物理力学性能的评价方法等，也进行了卓有成效的研 究，为沥青路面再生技术付之于实用提供了科学依据。 我国早期对旧沥青路面进行再生的研究和应用，仅限于当时的渣油低级路面，方法也多 为冷再生方法或是利用原有的厂拌设备进行再生施工，近年来，随着国内陆续引进了多台就 地热再生机组，并成功的运用于多条高速公路的修复，就地热再生技术逐渐得到国内同行们 的认可。但是，由于缺乏必要的理论指导及合适的再生剂支持，所以没有形成指导性的标准 及规范。如今，高等级路面比重迅速增加，其中的沥青质量、集料质量都大大提高，相应的 材料技术、机械发备、施工技术、复合改性技术等也都有较大发展。故针对目前情况，研究 大掺量、高性能的沥青路面就地热再生利用技术是紧迫和可行的，并将为制订沥青路面就地 热再生利用的技术标准和施- 规范提供依据，达到充分利用有限工程资金，节约能源与资源， 保护生态环境的目的。 1 2 2 沥青抽提回收方法现状与分析 ( 1 ) 国外现状 在美国a s t m2 1 7 2 试验规程中，抽提方法有五种( 方法a e ) ：方法a 为离心抽提， 方法b 为回流抽提，方法c 和d 是回流抽提法的变化，方法e 为真空抽提，其中最常用的 两种是离心抽提法和回流抽提法。国外研究 1 5 】认为，离心抽提法优于回流抽提法，原因是 离心抽提法使用冷溶剂完成操作，可以使加热而可能导致沥青老化的影响降至最低，因而优 于使用热溶剂的回流方法。 将沥青从抽提溶剂中回收的方法有两种：一是阿布森方法( a s t md 1 8 5 6 ) ，此试验方法 自1 9 3 3 年所采用以后，一直是试验室最常用的回收方法；另一种是旋转蒸发器方法( a s 删 0 5 4 0 4 ) 。国外研究认为阿布森回收方法可能在沥青结合料中剩余较多的残余溶剂，会显著减 小结合料劲度，而旋转蒸发回收试验，由于较少的残留溶剂问题和较低的加热温度，自1 9 7 0 年以来逐渐使用较多。 美国在s h r p 计划中又开发了一个全新的抽提和回收的方法，其抽提方法为a a s h t o t p 2 ，其回收方法是对旋转蒸发回收方法的改进，这一方法可以将溶剂对结合料的硬化作用 降至最低，提供更完全的溶剂清理，将沥青从集料中抽提更完全。 美国在抽提回收操作中使用的溶剂种类较多，主要有：三氯乙烯、二氯甲烷、甲苯、三 氯乙烷、含有1 5 乙醇的三氯乙烯、含有1 5 乙醇的甲苯和溴代正丙烷( n p r o p y lb r o m i d e ) 。 ( 2 ) 国内现状 我国现行规范 1 4 中提到两种从沥青混合料中回收沥青结合料的试验方法：阿布森法和 3 东南大学硬士学位论文 旋转蒸发器法。 阿布森法始创于1 9 3 3 年，经多方逐渐改进，至今仍在运用。目前国内方法是参照a s t m d 1 8 5 6 及日本道路协会铺装试验法便览3 - 9 7 的试验方法制定的，其蒸馏装置如图卜1 所示。 图卜1 阿布森沥青回收装置 阿布森法回收沥青的方法与步骤见规范公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) 。先按规程中t0 7 2 2 方法将沥青混合料用离心法抽提出沥青溶液，用高速 离心分离法清除抽提液中的矿粉，再对抽提液进行回收试验。试验中，通气管的端球底应高 于液面，温度计端部离瓶底6 m m 。烧瓶表面用玻璃棉套等裹覆，防止溶剂蒸汽不在上部遇冷 滴回。 旋转蒸发器法从2 0 世纪7 0 年代开始开始逐渐被采用，旋转蒸发器回收沥青在欧洲已广 泛采用，第1 7 届世界道路会议也推荐采用此种方法，我国近年来已经开始引进并使用这种 设备，但目前尚未大范围用于回收沥青。其装置如下图卜2 所示。 6 图l - 2 旋转蒸发器沥青回收装置 旋转蒸发器法回收沥青的方法与步骤见规范公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 。准备工作与阿布森法相似，均按规程中t0 7 2 2 方法将沥青混合料用离心 法抽提出沥青溶液，用高速离心分离法清除抽提液中的矿粉，再对抽提液进行回收试验。回 收装置的接头均应密封，不漏气。在试验过程中，整个系统形成负压，真空度9 7 4 k p a ( 7 1 9 m m h g ) ，即绝对负压6 6 7 k p 以下。 ( 3 ) 分析与总结 目前国内试验室最常用的方法是：采用离心分离法将沥青与混合料中的集料相分离，并 使沥青溶解于三氯乙烯溶剂中，然后采用阿布森方法将沥青从溶剂中回收出来。现有研究发 现，使用国内规范规定的试验方法同收的旧沥青性能变化很大，其粘度变异系数达到2 5 4 2 ，分析其产生的原因，可以归结为以下三个因素： 采用离心抽提法时，仍有少量矿粉残留在回收溶液中，这些矿粉将会改变沥青的物理 4 第一章绪论 性质，造成了试验结果的不稳定和不可靠。 采用阿布森法回收沥青结合料时，往往有三氯乙烯溶剂残留在沥青中，有可能软化回 收的沥青，美国n c h r p 研究”“表明0 5 的残余溶剂都可能导致粘度下降5 0 。 沥青未完全从集料中抽提出来。这种不完全抽提导致低估了沥青含量( 约o 1 0 5 之间) 。残留的沥青( 即被集料所吸收的沥青部分) 可能导致回收沥青性质的显著变化， 此变化趋势依赖于是高粘度还是低粘度沥青残留在集料中“”。 国内对沥青抽提和回收方法本身的研究和相关数据较少，各种方法基本都是参照美国 a s t m 和日本道路协会铺装试验法的规定。由于国情和试验条件不同，这些方法在国内的适 用性和准确性缺乏详细的研究，这对于沥青旧料性能的预测、沥青路面再生的应用和普及等 带来很大的障碍，因而评价并改进现有规范方法是非常紧迫和必要的。 1 2 3 再生机理与再生规律分析 ( 1 ) 再生剂的分类 目前，国内许多工程人员和管理部门对再生剂的了解不是很充分，误认为是一种他们不 熟悉的材料，实际上情况并非如此。再生剂可以定义为一种碳氢化合物，其物理性质可以将 老化沥青胶结料的性能恢复至现有沥青规范的要求。根据这一定义，软沥青和特定的石油产 品衍生物都可以归为再生剂。目前常用的再生剂可以归纳为以下三种类型： 软沥青 美国再生指南m 认为如果再生沥青混合料中的总胶结料含量需要增加，并且再生剂与 老化沥青混合后的沥青胶结料性能满足期望的规格时，可以使用较软的沥青作再生剂。如果 我们仔细研究美国材料试验学会的再生剂规范( a s t md 4 5 5 2 9 2 ，见表l - 4 ) ，其性能要求 与传统的沥青是类似的，主要差别是6 0 c 的粘度较低，或者说比较软。许多符合传统粘度 规范中a c 2 5 和a c 一5 ( a s t md 3 3 8 1 9 2 规范中粘度较低的两个等级) 的沥青，就分别可 以符合这个再生剂规范中粘度较高的两个等级( r a 2 5 0 和r a 5 0 0 ) 。 美国再生指南u ”指出使用软沥青作为再生剂分为两种情况：一是老化沥青的性能仍保 持良好；二是旧沥青掺加比例小于1 5 ，认为在这两种情况下才能通过掺加新沥青调和出 符合性能要求的再生沥青。 低粘度的油分 随着沥青老化程度的增加，沥青的粘度也逐渐增大，从单纯降低l f j 沥青粘度的角度出发， 较为有效的方法是直接向其中加入低粘度的油份。我国上世纪8 0 年代所使用的很多再生剂 就是采用炼油厂的废轻质油，如废机油，柴油、润滑油、减五油或者它们的混合物。国外不 少再生剂也是采用此类轻质油分或混合物。 从降低成本、保护环境以及废物利用的角度考虑，以这些废旧油料为原料，作为旧沥青 的再生剂，具有很大的经济意义。但是，已有的研究发现情况并非如此简单。首先，轻质油 分在自然界风、热、光等的作用下极易挥发，其中芳香分易于发生氧化、缩合、共聚等反应， 分子量会很快变大，所以加入的油分并不能长期稳定的存在于沥青中，对混合料性能的改善 也就只是一个短期行为；其次，对于油分( 主要是芳香分) 一胶质一沥青质这一化学反应式 来说，油分的过量加入，会加快这种不可逆反应的进程，也就是起了加速老化的作用；最后， 从相溶性理论来讲，油分与沥青质的溶解度参数相差较大，油分的加入仅是机械性的加入， 虽能起到降低老化沥青粘度的作用，并不能保证形成稳定的高分子浓溶液。所以，用轻油再 生的旧沥青混合料其自身的抗老化性能较差，再生后的路面有效服务期较短，达不到真正再 生的目的。 专用沥青再生剂 主要用于老化的沥青胶结料具有很低的针入度，或者再生混合料中掺加回收沥青混合料 东南大学磺士学位论文 的比率超过5 0 的情况。例如由东南大学交通学院与常州化工厂联合初步研制了a 型和b 型 再生剂“，即采用轻质油分与共聚树脂( 1 - 3 丁二烯与丙烯酸脂系列物) 进行混溶、增粘作 为再生剂，通过对轻质油分的增粘、共聚，能够较为有效地解决油分挥发性强以及再生沥青 相容性差的问题。从沥青的三大指标及s h r p 性能指标试验看来，掺加一定比例再生剂的再 生沥青性能能够恢复到使用初的水平，推荐的掺加率是a 型为7 1 5 ，b 型为5 1 2 。 ( 2 ) 再生剂的性能要求 再生剂的性能指标不仅要面向工程应用，还要包括安全、长期性能、环保等多方面。 适当的粘度 再生剂在实际工程应用中多是喷洒到旧料上去的，要使再生剂渗透到旧沥青中并与旧 沥青充分融合，再生剂必须具有可喷洒性和很强的渗透能力。一般来说，粘度越低，则再生 剂的渗透力越强，所以再生剂首先须具备低粘度。但是如果低粘度的油分太多，则加入到老 化沥青中后，在施工热拌和以及以后的使用中挥发也会越快因为低粘度往往也意味着易挥 发性，所以再生剂的粘度也不能太低。 溶解和分散沥青质的能力 老化导致沥青组分的重质化，因此，再生剂应具有足够溶解和分散沥青质的能力。芳香 分对渤青质有较好的溶解和分散的能力，而饱和分则相反，是沥青质的促凝剂。因此，国外 有的规范就明确规定了芳香分的含量范围以及饱和分的含量上限值。同国外沥青相比，国产 沥青所含沥青质较少，所以对再生剂组分的要求也会有所不同。 此外，表面张力可以在某种程度上表示再生剂对沥青质的溶解能力。试验证明：表面张 力不同的再生剂，对旧沥青有着不同的再生效果，故可以采用表面张力作为评价再生剂分散 溶解沥青质能力的指标。 不舍有损沥青路面其它路用性能的有害物质 再生剂中的油分主要是芳香族和饱和族，有些油分含有较多的饱和分( 包括有蜡质及非 蜡质的饱和物) ，加入到老化沥青中后对沥青的性能产生不利的影响，具体说就是蜡质含量 过大使沥青的高温和低温性能变差，严重影响到路面的使用品质。所以从组分上讲，再生剂 中的油分应是富芳香分而少饱和分。我们认为，作为标准应该包括这一项，但实际工程中考 虑到废油利用、经济因素、环境因素等，要求可适当放宽。 有一定的耐热性和耐候性 同沥青材料一样，再生剂也要经过拌制过程的短期老化以及使用过程的长期老化。因而 再生剂本身的抗老化能力对再生沥青的抗老化能力影响也很大，这就要求再生剂具有良好的 抗老化能力，可以采用的是薄膜烘箱试验前后的粘度比和重量损失率来衡量。 施工安全性 从施工安全的角度考虑，再生剂应具有较高的闪点和燃点。在施工喷洒和加热拌和过程 中，不产生闪火或烟雾现象，也不产生对人体有害的物质。 综上所述，再生剂具有适当的粘度、良好的流变性质、足够的芳香分含量、较低的薄膜 烘箱试验粘度比、较高的闪点和燃点，这些都是再生剂良好品质的重要表征。 ( 3 ) 再生剂的指标标准 很多国家都对再生剂的指标和标准提出了要求，但相互之间仍有一定的差异，这是各国 沥青材料、再生剂类型和施工工艺的差异造成的。 我国早期提出的再生剂指标建议值1 表1 2 再生剂推荐技术指标 l技术 粘度流变指数芳香分表面张2 5 薄膜烘箱试验 l指标2 5 ( p a s )2 5 含量( 1 0 。q 、- l m ) 粘度比( 后，前) l建议值 0 0 l 一2 0 0 9 0 3 0 3 6 1 9 0 2 0 0 美国材料试验学会( a s t m ) 的再生剂规范 表1 - 4a s t md 4 5 5 2 热拌沥青再生剂物理性质 a s t mr a lr a 5r a 2 5r a 7 5 r a 2 5 0r a 5 0 0 技术指标 试验 m i nm a xm i nm a xm i nm a xm i nm a xm i nm a xm i nm a x 度( 6 0 ) d 2 1 7 0 或0 0 50 1 8o 1 80 90 94 54 51 2 51 2 53 7 53 7 56 0 0 p a - s d 2 1 7 l 闪点 d 9 22 1 82 1 82 1 82 1 82 1 82 1 8 翘和分d 2 0 0 73 03 03 03 03 03 0 r f o t 残渣 d 2 8 7 23333 33 陆度比， 或 ：量变化d 1 7 5 4443333 d 7 0 或 相对密度报告报告报告报告报告报告 d 1 2 9 8 ( 4 ) 再生机理的研究 目前，沥青热再生过程中的再生剂、新旧胶结料的混溶机理还未能完全理解，例如，某 些再生工程的实测数据表明，再生沥青路面的劲度比预期设计的要小。对这种现象的一种解 释是掺加的胶结料( 再生剂) 是作为拌和中的润滑剂，同时包裹着旧胶结料和f 只集料，如果 掺加的新胶结料未能在给定的时间内扩散进入旧胶结料中并与之混溶，那么将一直存在这种 润滑的效果。所以分析再生剂和新旧沥青胶结料的混溶状态，研究影响混溶效果的因素，以 及如何保证充分混溶，这些问题对沥青热再生技术都相当重要。 总结国外已经完成的对沥青热再生中扩散问题的研究成果口”，可发现他们所采用的方 法可以分为两类：一是通过标记其中一种胶结料来进行观测，另一种是通过寻找两种胶结料 之间的可识别差异来开展研究。 关于这两种测量方法是否可以真实反映扩散的实际状况，仍是受到争议的。“标记胶结 料”方法意味着采用某种方式对分子进行了操控，以达到可以被观察和识别的目的。这种操 控既可以通过改变原子结构来完成，例如使用中子放射物来制造c 1 3 或d 同位素；或者通过 稍许改变物质的化学组成来实现，例如通过某种化学反应来产生或添加可观测的功能团。但 是，对分子的操控很可能对标定物质的扩散性质产生影响，这就意味着它们将不再能够代表 最初原始的胶结料。对于第二种方法，近年来的研究认为，利用两种不同胶结料对红外线的 吸收的差异入手来进行分析是可行的。瑞典人r o b e r t k a r l s s o n 和u l f i s a c s s o n 就使用甲基亚甲 基带和羰基带进行沥青胶结料中的扩散研究。 d a v i d s o n 等人i l ”将再生剂的作用视为“稀释”过程，通过把少量在紫外线下发荧光的 粉剂型再生剂，添加到老化后的马歇尔试件上，在紫外线下观测再生剂的渗透、稀释情况。 7 东南大学磺士学位论文 测试结果表明，渗透并平衡整个试件的时间与再生剂用量成反比，当再生剂用量占沥青量 1 3 5 2 范同时，整个浸润过程需要时间4 8 h 到1 4 4 h 以上。 吕伟民等人1 0 1 考虑到不同性质沥青的沥青质密度的差异，以及软沥青质和稀释剂粘度的 不同，提出采用“当量直径”指标来表征新、旧沥青及再生剂之间的相容性，为再生过程中 选用沥青及再生剂提供依据。 ( 5 ) 沥青胶结辩再生规律研究 在不同沥青间的调合性状方面，国内研究表明，对同一油源，由蒸馏法制取的软硬不同 的沥青进行调合，调合后沥青的软化点、针入度的对数是两种沥青各自软化点、针入度对数 的线性函数。对同基属的不同原油蒸馏法得到的沥青进行调合，则有近似的对数线性关系式。 如果将胶体结构类型差别很大的沥青进行调合，其调合规律较为复杂，甚至会出现异常现象， 新旧沥青的调合近于此类。我国道路使用沥青品种、基属多样，不同层面使用的沥青也不一 致。故而，进行新旧沥青调合性能的研究，总结不同性状沥青间调合规律对沥青路面的再生 利用具有实际意义。 宁连公路马武段再生改造工程口”的的原始路面旧沥青为克拉玛依a h 7 0 # ，通过掺加不 同比例再生剂，其性能变化如下表1 5 ，随着再生剂掺量的增加，再生沥青的粘度变小、针 入度增大、延度变大、软化点下降，有效地改善了老化沥青的性能。 表1 - 5 不同再生剂掺量的再生沥青性能 再生剂掺量0l3579 l l 再生后粘度6 0 4 5 7 4 0 4 3 2 32 6 3 2 1 61 7 91 4 9 1 03 m p a s 针入度2 5 。c ，0 1 m m3 8 15 0 45 7 26 7 6 7 9 31 0 4 6 1 0 6 5 延度门5 。c ，c m 2 03 85 56 7 8 l 8 89 6 软化点 6 3 16 1 35 8 85 7 25 5 65 4 15 2 7 ( 6 ) 分析与总结 再生剂的扩散效果直接关系到旧沥青路面的再生效果，只有了解影响再生的因素，才能 指导再生施工，但直到现在，再生剂、新沥青与旧沥青在整个再生应用过程中的机理还远没 有弄清楚，沥青胶结料的再生规律同样存在很多问题值得我们去探索。 1 2 4 再生混合料配合比设计现状与分析 多数国家认为再生沥青混合料设计和普通沥青混合料设计相同”，德国、瑞典、荷兰 等许多国家应用马歇尔方法进行再生沥青混合料的设计，对再生沥青混合料还应进行抗疲 劳、抗车辙能力以及劲度模量、压实和易性的测试。荷兰和比利时应用基于b i s a r 路面程 序、类似s h e l l 设计的方法进行再生沥青混合料设计，影响因子包括混合料劲度、疲劳参 数、荷载、地基模量等。 美国的再生沥青混合料设计方法主要与它的再生混合料拌和施工工艺，即连续式拌和工 艺相适应。目前，有的州已在利用s u p e r p a v e 的方法来设计再生沥青混合料，并给出了实 验室和现场操作的技术手册。美国沥青再生技术指南【2 ”对新加沥青的等级提出了建议：当 r a p 掺鼍1 5 时，新沥青的等级无须改变；当1 5 1 5 0 a h 7 0 # + 0 5 矿粉 6 55 】 1 5 0 a h 7 0 # + 1 矿粉6 55 l 1 0 0 a h 7 0 # + 2 矿粉 6 55 l8 0 a h 7 0 # + 4 矿粉 6 55 17 1 a h 7 0 # + 6 矿粉 6 55 15 8 a h 7 0 # + 8 矿粉6 55 15 0 a h 7 0 # 十】0 矿粉 6 25 24 4 通过上