（道路与铁道工程专业论文）再生剂选择及再生沥青性能分析.pdf

s e l e c t i o no fr e g e n e r a t i o na g e n ta n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so f r e c y c l e da s p h a l t b y c a i c h e n g x i u b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 5 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g h i g h w a y a n dr a i l w a ye n g i n e e r i n g c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rz h a x u - d o n g a p r i l ，2 0 1 1 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 椿；戈丧 日期： 矽j 7 年5 月；7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师 蕉波秀犀波孝 日期： 加j y 年岁月罗日 日期： 五j 年多月日 - 摘要 为了节约资源并避免环境污染，在沥青路面大中修工程中，废旧沥青路面材 料的再生利用得到越来越广泛的关注，相应地，如何添加合适的再生剂以恢复老 化的旧沥青的技术性能成为研究的热点之一。为此，本文结合浙江省s 1 0 2 省道 杭昱线( 临安段) 厂拌热再生试验段，开展再生剂选择及再生沥青性能分析的研 究，以期为确定合理的再生剂品种和掺量提供科学依据。 充分调研国内外沥青路面再生技术研究和应用的现状及成功经验，对现场试 验路段的回收沥青，不同种类的再生剂进行性能试验，以沥青路面厂拌热再生技 术为主要研究对象，根据测试结果定性定量地客观评价沥青老化程度，研究老化 机理。在此基础上，选取合适的再生剂进行掺配，比较分析再生沥青的再生效果， 并确定合理的掺配比率。 根据沥青再生机理和再生剂性质，选择掺配比率为2 、4 、6 、8 、1 0 、 1 2 的a 型、b 型、d 型再生剂，以及掺配比率为1 、3 、5 、7 、9 的c 型再生剂，分别与旧沥青掺配再生，进行性能试验及d s c 热稳定性分析。综合分 析测试结果，确定使用掺量为5 的c 型再生剂再生旧沥青的技术经济性能最佳。 将掺配7 a 型再生剂、1 0 b 型再生剂、5 c 型再生剂、1 1 d 型再生剂的 再生沥青，分别与新沥青按照2 0 、4 0 、6 0 、8 0 的掺配比率掺配再生，进行 性能试验及d s c 热稳定性分析。综合分析测试结果，确定新沥青掺量为6 0 。 总之，通过广泛的分析和大量的室内外试验研究，确定了适合的再生剂种类 和掺量，从而为厂拌热再生大面积推广应用提供科学依据。 关键词：再生剂；1 日沥青路面；再生沥青；厂拌热再生；掺配比率；适用性 a b s t r a c t i no r d e rt oe c o n o m i z er e s o u r c e sa n da v o i de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，t h er e c y c l i n g o fw a s t e da s p h a l tp a v e m e n tm a t e r i a l s ，i nt h em e d i u ma n dm a j o ra s p h a l tp a v e m e n t r e p a i re n g i n e e r i n g ，h a sg o tm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n a c c o r d i n g l y , i tb e c o m e s o n eo f t h es t u d yh o t s p o t sh o wt oc h o o s et h ea p p r o p r i a t er e g e n e r a t i o na g e n tt or e s u m et h e t e c h n i c a lp e r f o m a n c e so fo l da s p h a l t t h e r e f o r e ，c o m b i n e dw i t ht h et r i a ls e c t i o no f c e n t r a lp l a n th o tr e c y c l i n gi nh a n g y ur o a do fs10 2p r o v i n c i a lh i g h w a yi nz h e ji a n g p r o v i n c e t h et h e s i sc a r r i e do u tar e s e a r c ho nt h es e l e c t i o no fr e g e n e r a t i o na g e n t a n d p e r f o m a n c ea n a l y s i s o fr e c y c l e da s p h a l tt op r o v i d eas c i e n t i f i cp r o o ff o r t h e d e t e m i n a t i o no far e a s o n a b l ev a r i e t ya n dc o n t e n to f t h er e g e n e r a t i o na g e n t t h ec u r r e n ts i t u a t i o n sa n dt h es u c c e s se x p e r i e n c e so f r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nf o r a s p h a i tp a v e m e n tr e c y c l i n g t e c h n o l o g y a th o m ea n da b r o a dh a db e e nf u l l y i n v e s t i g a t e d t h ep e r f o r m a n c e so f t h er e c y c l e da s p h a l tf r o mt h ef i e l dt r i a ls e c t i o na n d t h ed i f f e r e n tt y p e so fr e g e n e r a t i o na g e n tw e r et e s t e d t a k i n gt h ec e n t r a lp l a n th o t r e c y c l i n gt e c h n o l o g ya st h em a i no b j e c to fs t u d y , t h ea g i n gd e g r e e so fa s p h a l t w e r e e v a l u a t e do b je c t i v e l yi naq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ew a yw i t ht h et e s t e dr e s u l t st o r e s e a r c ht h ea g i n gm e c h a n i s m t h e n ，t h ea p p r o p r i a t et y p e so fr e g e n e r a t i o na g e n t w e r e c h o s e na n dm i x e dt od e t e r m i n et h er e a s o n a b l eb l e n d i n gp r o p o r t i o nb yc o m p a r i n ga n d a n a l y z i n gt h er e c l a i m e de f f e c t so f r e c l a i m e da s p h a l t s a c c o r d i n gt o t h er e c l a i m e dm e c h a n i s mo fa s p h a l ta n d t h e p r o p e r t i e s o f r e g e n e r a t i o na g e n t ，w es e l e c t e dt h er e g e n e r a t i o nt y p e so fa ，b ，d w i t hd i f f e r e n t b l e n d i n gp r o p o r t i o no f2 ，4 ，6 ，8 ，10 a n d 12 a sw e l la sat y p eo fcw i t ht h e b l e n d i n gp r o p o r t i o no f1 ，3 ，5 ，7 a n d9 a n dm i x e dw i t ht h er e c y c l e da s p h a l t s t ot e s tt h ep e r f o r m a n c e sa n dt h ed s ct h e r m a ls t a b i l i t ya n a l y s e s t h et e s tr e s u l t sw e r e a n a l y z e ds v n t h e t i c a l l yt od e t e r m i n et h er e g e n e r a t i o na g e n tt y p eco f5 w i t ht h e r e c y c l i n ga s p h a l tf o rt h eo p t i m u mt e c h n i c a la n de c o n o m i c a lp e r f o r m a n c e t h er e c y c l e da s p h a l t sw e r ep r e p a r e dw i t ht h ed i f f e r e n tr e g e n e r a t i o nt y p e sa n d t h e b l e n d i n gp r o p o r t i o n ss u c ha s7 o ft y p ea ，1 0 o ft y p eb ，5 o f t y p eca n d11 o f t y p ed ，a n dm i x e dw i t ht h ed i f f e r e n tb l e n d i n gp r o p o r t i o n so fn e wa s p h a l t o f2 0 ， 4 0 。6 0 a n d8 0 ，r e s p e c t i v e l y t h e nt h ep e r f o r m a n c e sw e r et e s t e d ，a n d t h ed s c t h e r 】a 1 s t a b i l i t ya n a l y s e sw e r ec o n d u c t e d b a s e o nt h et e s tr e s u l t s ，6 0 o ft h e b l e n d i n gp r o p o r t i o no fn e wa s p h a l tw a sd e t e r m i n e d i ns h o r t a c c o r d i n gt ot h ew i d ea n a l y s e sa n dl o t so f i n d o o ra n do u t d o o rt e s t s ，t h e u a p p r o p r i a t et y p eo fr e g e n e r a t i o na g e n ta n di t sb l e n d i n gp r o p o r t i o na r ed e t e r m i n e dt o p r o v i d et h e s c i e n t i f i cp r o o ff o rt h el a r g e - a r e aa p p l i c a t i o no fc e n t r a lp l a n th o t r e c y c l i n gt e c h n o l o g y k e yw o r d s ：r e g e n e r a t i o na g e n t ；r e c y c l e da s p h a l tp a v e m e n t ；r e c y c l e da s p h a l t ； c e n t r a lp l a n th o tr e c y c l i n g ；b l e n d i n gp r o p o r t i o n ；a p p l i c a b i l i t y i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论 1 1 问题的提出1 1 2 国内外研究概况2 1 3 主要研究内容6 第二章旧沥青的抽提回收与性能分析 2 1 旧沥青再生机理分析8 2 2 原材料选择与性能检验1 0 2 3 旧沥青的抽提回收与性能分析1 1 2 4 新旧沥青四组分分析1 3 2 5 小结15 第三章不同再生剂及掺量对1 日沥青性能的影响分析 3 1 再生剂品种选择与性能分析1 7 3 2 再生剂融合时间分析1 9 3 3 不同再生剂及其掺量对旧沥青性能的影响分析2 0 3 4 再生剂合理掺量的确定2 9 3 5 小结3 2 第四章新沥青掺量对再生沥青性能的影响分析 4 1 新沥青的融合方式分析3 3 4 2 新沥青掺量对再生沥青性能的影响分析3 4 4 3 新沥青合理掺量的确定4 0 4 4d 、结4 0 第五章再生沥青d s c 热稳定性分析 5 1 试验准备4 2 5 2 新、旧沥青热稳定性分析4 4 5 3 再生沥青热稳定性分析4 5 5 4 混合沥青热稳定性分析4 8 5 5 小结4 9 第六章结论与展望 6 1 主要结论51 6 2 进一步研究展望一5 2 参考文献5 3 致谢5 7 附录a 攻读硕士期间发表的论文5 8 附录b 攻读硕士期间参与的科研项目5 9 1 1 问题的提出 第一章绪论 高等级公路沥青路面在交通荷载和环境因素的反复作用下必然会出现老化、 车辙、松散、裂缝、坑槽和龟裂等损坏，因此必须进行大中修。目前，我国对沥 青路面的大中修基本上是刨除旧沥青路面而加铺新沥青路面或者是在原有路面之 上再铺设一层新的沥青混合料罩面，这种做法不仅会产生大量的1 日沥青混合料废 弃物，而且重新铺筑沥青路面需要大量的沥青和砂石材料。同时，废旧沥青混合 料是一种可再生利用的材料资源，若将其废置于公路沿线，不仅会造成浪费，而 且会占用大量的土地，还会对公路的边坡及绿化造成长期的危害。结合两型社会 的建设，近年来道路建设中的新材料、新技术、新工艺越来越受到建设单位和工 程技术人员的重视，其中开展沥青路面再生利用技术是近期应用并逐渐被人们所 关注的一项新技术，对工程建设具有重要的理论和实际意义及应用价值。 沥青路面再生利用技术是通过最大限度利用沥青和砂石材料，最大限度地利 用资源和减少环境污染的技术，将需要翻修或废弃的旧沥青路面，经翻挖、回收、 破碎、筛分，再与部分新集料和新沥青及再生剂适当配合，重新加热拌制成获得 满足路用性能要求的再生沥青混合料。不仅可以矫正原有路面材料的缺陷，而且 还可以改造原有路面结构，延长路用寿命。由于沥青再生路面因其具有良好的行 车舒适性和优越的使用性能，因此沥青路面再生技术在国外已经广泛采用，在国 内也得到越来越多的关注，且在再生机理、再生沥青混合料设计理论、再生剂研 发、生产工艺、质量检验评定工作等方面进行了一些研究，并取得一定成果，但 总体上处于技术探索阶段，尚未大量推广应用。因此，我国沥青路面再生技术的 研究和推广已成为摆在研究人员和工程技术人员面前的一个亟待解决的技术难 题，开展系统深入的研究对降低维修养护工作量和成本、减少公路初期投资成本、 节约能源、合理处置废料、保护生态环境等有着极其重大的意义，是一项符合循 环经济发展模式和可持续发展战略的技术措施。 为此，结合浙江省1 0 2 省道杭昱线( 临安段) 旧沥青路面的使用状况和大中修 需求，充分调研国内外沥青路面再生技术研究和应用的现状及成功经验，对现场 试验路段的回收沥青、不同种类的再生剂进行性能试验，以沥青路面厂拌热再生 技术为主要研究对象，分析再生沥青再生机理，根据测试结果定性定量地客观评 价旧沥青再生效果。在此基础上，选取合适的再生剂进行掺配，比较分析再生沥 青的再生效果，并确定最佳的掺配比率，从而为大面积推广再生沥青应用提供科 学依据。 本课题的研究成果可作为浙江省1 0 2 省道杭昱线( 临安段) 厂拌热再生沥青 混合料设计和施工的依据，可减少大量筑路材料的用量，减少工程投资，具有明 显的经济效益；同时，废旧沥青混合料的再生利用不仅实现了公路建设的可持续 发展，而且为解决高等级公路改扩建和养护过程中的旧料废弃问题提供了一种有 效的途径，减少施工对交通的影响，是一项绿色环保技术，具有显著的社会效益 和环境效益。 1 2 国内外研究概况 沥青路面再生利用技术属于道路维修范畴，过去再生路面材料主要用于轻型 交通的路面和基层，近几年已逐渐应用于重交通道路上，成为国内外学者关注的 一项新技术【l 】，在再生沥青再生机理、再生剂研发、混合料设计理论、生产工艺 及质量控制等方面进行了大量研究，并取得一定成果。 1 2 1 国外研究概况 在1 9 1 5 年，国外已经开始了对沥青路面再生利用技术的研究，但是，这项技 术在当时并没有得到足够的重视，主要原因是由于大规模的新道路建设。直到 1 9 7 3 年，石油危机爆发，人们又重新对旧沥青路面材料再生利用开始重视起来， 并且，开始进行了广泛的研究【卜3 1 。 1 9 9 8 年，美国联邦公路局( f h w a ) 公布的资料表明：在美国的5 0 个州的政府 公路局里，作为骨料及粘结料的代替材料，他们差不多都选择了沥青路面旧料， 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；再生沥青混合料的 用量到了1 9 8 5 年，就猛增到将近2 亿吨，几乎为全部路用沥青混合料用量的一半。 美国n c h r p 的研究显示，从再生沥青混合料的性能方面分析表明，在新旧沥青 混合材料中，r a p 中的旧沥青还是会起到一定的作用的。d a v i d s o n 等人把再生剂 的作用看作为“稀释 过程，也就是在老化后的马歇尔试件中，添加少量在紫外 线下可以发荧光的粉剂型再生剂，并在紫外线下，观测再生剂的渗透以及稀释的 情况。试验结果表明，再生剂用量与渗透并平衡整个试件的时间成反比，也就是 说，当再生剂的用量为沥青用量的1 3 5 2 时，它的整个渗透过程就需要 4 8 h 1 4 4 h 。乔治亚州等人将正在使用的多段再生沥青路面和混合材料与新沥青混 合料进行对比分析，结果表明，再生沥青混合料的老化速度都小于新沥青混合料， 并且，其水稳定性能也要比新沥青混合料好1 1 1 。 美国得克萨斯州交通协会和得克萨斯农机大学化学系的研究人员通过对旧沥 青的抽提回收过程中的若干问题进行研究，重点分析在回收过程中旧沥青的老化 程度和各溶剂分离以及回收能力等。研究人员主要从试验方法、溶剂类型、试验 2 时间、试验设备等方面进行了探讨与改进。在研究过程中发现，在回收的过程中， 由于溶剂类型以及试验方法等不同，i e l 沥青会存在着不同程度的老化。 美国佐治亚州用再生沥青混合料和新沥青混合料分别铺筑试验路段，并且进 行了跟踪观测，观测发现，两者的使用寿命及路用性能并无明显的区别，并且两 者的针入度、粘度以及空隙率等各项指标都非常的接近。 美国空军研究实验室的工程师m i c h a e li h a m m o n s 和a t h a rs a e e d 和在 a i r f i e l da n dh i g h w a yp a v e m e n t s2 0 0 8 中撰写署名为m i n i m u m s t a n d a r d sf o ru s i n gr e c y c l e dm a t e r i a l si nu n b o u n dh i g h w a yp a v m e n tl a y e r s ) ) 。文 章中对回收的旧沥青路面可用于再生的影响因素进行分析，确定了筛检试验、回 弹模量试验、剪应力试验、冲击载荷强度试验和霜冻敏感性试验是判断回收的旧 沥青材料能否进行再生需实施的试验。 从1 9 7 6 年起，日本就开始对沥青路面的再生技术进行了研究。日本道路协会 在1 9 8 4 年7 月出版了路面废料再生利用技术指南，并且，还把有关厂拌再生技 术编制成了手册。日本c o s m o 公司的田中晴也等人对沥青物理性质的影响即沥青 的化学组成进行了深入的研究。它的基本的研究方法就是采用多变量回归分析的 方法，其重点在于考察沥青的针入度和软化点以及高温粘度等指标与沥青分子量 及组分之间的关系，研究表明，沥青在1 2 0 、15 0 ( 2 、l8 0 c 的高温条件下的粘度， 与饱和分或芳香分、胶质、沥青质这3 个参数有很大的关系。沥青质及胶质等重质 成分使沥青的针入度变小，软化点升高、高温粘度升高，而饱和分或芳香分等轻 质成分却会使沥青的针入度变大、软化点降低、高温粘度降低【4 】。 旧沥青混合料再生在2 0 世纪8 0 年代之前，基本上都是采用的厂拌热再生法。 该方法就是将旧沥青混合料铣刨后运到工厂，再用专门的再生设备生产出再生混 合料，然后再拉到现场，再用路面摊铺机以及压路机进行摊铺和碾压，以形成新 的沥青路面。 随着路面加热技术的日渐成熟，到了8 0 年代后期，就地热再生法得到了世界 各国的普遍重视。该方法是将旧沥青混合料再生的加热和铣刨，以及添加新沥青 和新集料，添加再生剂，以及拌和和摊铺等一系列工序就地完成。该再生法施工 工艺非常简单，并且施工速度也非常快，但是，不足之处在于再生混合料的再生 质量难以得到保证，并且再生设备非常的昂贵。因此，目前主要的再生方法仍然 采用的是厂拌热再生法。但是，在低等级路面上，厂拌冷再生法以及就地冷再生 法，也都得到了不同程度上的应用。 国际经合组织( o f e c o a d ) 在1 9 9 7 年对1 4 个国家的路面材料再生利用情况 进行了调查，并发表了道路工程再生利用战略的白皮书，其中，沥青混合料 路面的再生技术的应用状况，反映了发达国家在这个领域的基本情况： 1 ) 旧沥青混合料路面的再生利用率为7 5 1 0 0 。 3 2 ) 冷再生技术推广程度，不管是厂拌还是路拌，都比较低。 3 ) 虽然很多国家采用现场热再生技术，但只在少数国家的推广程度比较高。 4 ) 厂拌热再生技术应用最为普遍，且再生材料主要还是用于路面结构，很少 用作回填材料或其他用途1 5 j 。 瑞典皇家工学院的u l f i s a c s s o n 教授和高级研究员r o b e r tk a r l s s o n 于2 0 0 2 年 在瑞典公路署的支持下，对再生剂在再生沥青中的渗透原理进行了全面系统的研 究。2 0 0 3 年在 j o u r n a lo fm a t e r i a l si nc i v i le n g i n e e r i n g ) ) 中撰文 a p p l i c a t i o no f f t i r a t rt oc h a r a c t e r i z a t i o no fb i t u m e nr e j u v e n a t o rd i f f u s i o n ) ) ，非常系统的归 纳了再生剂在旧沥青中的渗透理论和影响渗透的因素以及渗透模型，并用 f t i r a t r 对再生沥青中的再生剂的渗透情况，作了全面系统的观察及分析，确 定了渗透系数和温度对渗透的影响。2 0 0 6 年，在瑞典公路署的支持下，对影响再 生沥青效果材料方面的原因进行了深入研究，并且，于同年在 j o u r n a lo f m a t e r i a l s i nc i v i l e n g i n e e r i n g 中，撰文m a t e r i a l r e l a t e da s p e c t s o f a s p h a l t r e c y c l i n g s t a t e o f - t h e a r t ) ) ，讨论了影响沥青再生的各个方面的因素及综合比较 不同因素的影响大小，比较结果得出，影响再生效果最主要的两个因素就是沥青 的化学成分以及再生剂的化学成分【6 7 】。 而在1 9 7 8 年，几乎所有的芬兰城镇，都组织旧路面材料的收集与储存工作， 前联邦德国就已将全部废弃沥青路面材料加以回收利用。在其1 9 9 7 年，澳洲在其 a u s t r o a d s 的沥青混凝土路面再生指南中指出，利用6 0 1 日沥青混合料路 面的沥青混合料路面的使用寿命，与传统沥青混合料路面是相同的，并且其抗车 辙能力也得到了增强。 综上所述可知，欧美国家非常重视旧沥青路面再生技术的研究，它们在再生 沥青混合料的拌制工艺，以及与之配套的施工设备等方面进行的研制，并取得了 一定的成就，已经形成了一套比较完整的再生应用技术，并且该技术已经达到了 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 对再生剂的再生效果以及再生沥青混合料物理力学性能的评价方法等，进行了卓 有成效的研究，为沥青路面再生技术付诸实用提供了科学依据。 1 2 2 国内研究概况 虽然在早期，我国曾不同程度地利用废旧沥青混合料来修路，但实际上，我 国沥青路面再生起步于2 0 世纪8 0 年代初期。到了9 0 年代中后期，由于我国早期 建成的沥青混凝土路面陆续进入大中修或改建阶段，沥青混合料路面再生技术才 重新引起高度的重视。 在理论研究方面，从沥青流变学和化学热力学的角度，对沥青在老化过程中 其流变行为的变化规律进行了研究，研究了再生剂的作用和再生剂的质量技术指 4 标，以及再生沥青混合料的物理力学性能进行了系统的评价性试验研究。 在试验研究方面，一些大学和科研机构在再生路面混合料路用性能、再生剂 开发、再生机理、施工设备等方面进行了研究，山西、湖北、河北、河南等省市 已开展了广泛的试验研究，并铺筑了大量的试验路段。多年的实践证明，再生沥 青路面与同类型全新沥青路面性能相比较，无论是实际的使用效果上还是外观上， 都没有明显的差异。 东南大学的黄晓明教授及其研究生江臣在1 9 9 9 年，对高等级沥青路面热再生 技术及工程应用作了深入的研究，根据再生机理，重点开发了抗老化性能较好的 新型再生剂，并对热再生沥青混合料的设计和性能验证作了研究。2 0 0 6 年在高 等级公路沥青路面再生剂的研制一文中介绍了再生剂的机理、开发思路以及所 开发再生剂的性能、采用所开发的再生剂掺配旧沥青混合料的抗老化性能等都优 于传统的再生剂瞄j 。 2 0 0 4 年交通部西部科技项目办立项，由浙江兰亭高科与长沙理工大学等合作 开展了“沥青路面再生利用关键技术研究 ( 2 0 0 43 1 80 0 00 2 ) 。系统研究了旧沥青 路面等应用技术，并成功修筑了多条试验路，取得了满意的效果。李海军结合沥 青混合料路面材料构成特点，利用f i c k 定律分析得出新旧沥青粘结剂混溶质量影 响因素为温度、时间和浓度梯度【9 】。分析结果表明，根据沥青混合料路面热再生 方法的工艺特点，试验设计不同工艺因素下再生沥青粘结剂的混溶程度用旧矿粉 的转移量表征。对试验结果进行多因子方差分析，得出采用预热旧混合料、延长 拌合时间添加再生剂等工艺措施能够显著提高再生沥青混合料粘结剂的混溶再生 质量。 杨平选用广佛高速公路旧沥青混合料回收旧沥青为试验材料，通过沥青再生 相容性理论和红外光谱分析法，比较分析了新旧沥青在组成结构上的区别及沥青 老化机理。根据我国国情，利用调和生产沥青法，确定了旧沥青再生方法和再生 技术指标，并通过大量室内试验结果分析，拟定了广佛高速公路大修工程新旧沥 青掺配比率为 1 0 - 1 h 。 胡旭东选择轻质油、软化沥青a 及r a 一3 专用再生剂分别与旧沥青进行掺配研 究，提出r a 3 专用再生剂与回收旧沥青的最佳掺配为1 0 。结合依托项目试验路 的铺筑掺配成了五种再生沥青，进行了常规和s u p e r p a v e 技术性能分析，软化沥青 a 和r a 3 专用再生剂再生效果良好【1 2 】。 赵慧敏根据沥青老化规律和再生机理，利用沥青组分调节理论，基于回收旧 沥青针入度、高于和低于9 0 4 沥青的针入度三点，确定三鑫再生剂掺量为5 4 ， 河南再生剂掺量为6 4 ，大工再生剂掺量为5 9 。综合应用s h r p 手段评价后， 得出掺量6 4 河南再生剂的再生沥青的路用性能最好i l 引。 高及阳和周文结合海南东线高速公路府城至琼海段左幅路面现场热再生路面 5 的实体工程，抽提出现场的旧p e 改性沥青和旧基质沥青，选择海川公司生产的2 种再生剂( s b 1 和s b 2 ) 和海南东线公司生产的2 种再生剂( o p 9 0 0 和o p 1 1 0 0 ) ， 综合运用常规实验、四组分试验、傅里叶红外光谱试验、布氏粘度试验和d s r 试 验等试验手段确定了旧p e 改性沥青应掺配4 0 的s b 2 再生剂，旧基质沥青应掺配 3 0 的o p 9 0 0 再生剂。对再生沥青混合料随着旧料掺配比例的变化规律及同一旧 料掺配比例下不同级配的再生混合料进行路用性能验证【1 4 “5 1 。 李胜强结合渝涪高速公路( 分渝宜段和长涪段) ，根据再生沥青的再生机理及 再生剂性质，选用z s 再生剂，研究不同掺量的再生剂对旧沥青常规性能的影响， 得出最佳再生剂的掺量为5 。对再生混合料进行配合比设计，分析再生沥青混 合料的路用性能及影响因素，确定最合适的旧沥青混合料掺配率为4 0 【1 6 】。 李严选用2 种不同类型( a 、b ) 的再生剂对回收的旧沥青及旧沥青混合料进行 再生研究，大量的试验证明，通过添加再生剂能改善回收沥青和旧沥青混合料的 路用性能，且再生沥青混合料的性能与旧料的掺配率、再生剂的掺量有关，试验 表明a 型再生剂对旧沥青混合料的再生效果要优于b 型再生剂【1 7 】。 综上所述，虽然我国对旧沥青路面再生利用技术开展了一些试验与实践研究、 并取得一定的成果，但仍存在一些问题： 1 ) 不考虑混合料，单独针对旧沥青的再生研究少。 2 ) 缺乏对再生剂在旧沥青中渗透性的研究。 3 ) 缺乏对新沥青在再生沥青中渗透性的研究。 4 ) 再生沥青性能分析还需要深入研究。 总之，我国对旧沥青路面再生利用技术的研究仍停留在单一方法上的探究， 对再生利用技术的再生剂实用性及再生设备研究不多，虽然对再生剂的研究取得 了一定的成果，但还没有得到普遍应用。 1 3 主要研究内容 在已有关于再生沥青研究的基础上，本研究选取4 种再生剂与抽提回收的旧 沥青掺配，将a 型再生剂、b 型再生剂、d 型再生剂按照2 、4 、6 、8 、 1 0 、1 2 的比率与旧沥青掺配，c 型再生剂按照1 、3 、5 、7 、9 的比率 与旧沥青掺配，通过分析针入度、软化点、延度、粘度和d s c 热稳定性等性能确 定再生剂的品种和合理掺量，新沥青的合理掺量及再生沥青的再生效果。主要的 研究内容包括：旧沥青的抽提回收与性能分析；不同再生剂及其掺量对旧沥青性 能的影响分析；新沥青掺量对再生沥青性能的影响分析；再生沥青热稳定性分析 等。 根据上述研究内容，采取的研究路线如图1 1 所示。 1 ) 旧沥青的抽提回收与性能分析。通过分析旧沥青的再生机理及原材料性能 6 检验，对抽提回收的旧沥青进行针入度、软化点、粘度、四组分等分析，确定旧 沥青的老化程度及判断旧沥青混合料是否可用于厂拌热再生。 2 ) 不同再生剂及其掺量对旧沥青性能的影响分析。选取4 种再生剂与旧沥青 进行掺配，其中a 型再生剂、b 型再生剂、d 型再生剂的掺配比率为2 、4 、 6 、8 、1 0 、1 2 ，c 型再生剂的掺配比率为1 、3 、5 、7 、9 ，通过 分析掺配再生剂后的旧沥青针入度、软化点、延度、粘度等性能变化确定再生剂 的品种和合理掺量。 3 ) 新沥青掺量对再生沥青性能的影响分析。根据上述确定的4 种合理再生剂 掺量的再生沥青，与新沥青按照2 0 、4 0 、6 0 、8 0 的比率进行掺配，通过分 析针入度、软化点、延度、粘度等性能确定新沥青的合理掺量。 4 1 再生沥青d s c 热稳定性分析。利用d s c 测试新旧沥青，a 型再生沥青， b 型再生沥青，c 型再生沥青和掺配4 0 、6 0 、8 0 新沥青的c 型混合沥青的 热流值，分析再生沥青的热稳定性，评价再生效果。 图1 1 研究技术路线 7 第二章旧沥青的抽提回收与性能分析 旧沥青混合料中旧沥青是其重要组成部分，也是再生沥青中重要的组成部分。 它对旧沥青混合料及其再生沥青性能具有非常重要的影响，因此对旧沥青的相关 指标( 如针入度、软化点、延度、粘度) 的研究具有非常重要的意义。本章主要 从针入度、软化点、粘度、四组分等方面对旧沥青进行分析，确定旧沥青的老化 程度及再生机理，判断旧沥青混合料是否可用于沥青再生。 2 1 旧沥青再生机理分析 沥青在车辆荷载和自然环境因素等的作用下，沥青会发生不可逆的老化。沥 青老化后，沥青的指标出现劣化，表现在沥青的粘度增大、软化点升高，针入度、 延度降低、芳香分减少( 饱和分基本不变) 、胶质和沥青质增加，老化越严重，指 标变化越明显。老化的沥青路面表现为耐久性、水稳定性和低温抗裂性降低、表 面干枯、脆化、进而出现开裂、松散等病害。 性能优良的沥青，其化学组分之间应保持适度的匹配，以形成稳定的胶体系。 旧沥青之所以失去使用性能是因为在交通荷载与自然因素的综合作用下，化学组 成失去了原有的配伍性，沥青稳定的胶体结构被破坏，导致沥青性能恶化。沥青 的再生是根据沥青胶体结构理论，以老化研究的结果为指导，结合旧沥青的老化 程度，选择合适的再生剂，通过调整沥青的各组分到较好的范围内，使沥青性能 得到较好地恢复。沥青路面的再生，首要条件是沥青的再生，而沥青再生必然要 使用合适的再生剂使其性能得以恢复。沥青再生实际是沥青老化的逆过程，对1 日 沥青再生的机理认识目前有两种理论。 1 1 组分调节理论 l w c o r b e t t 提出，将沥青分为芳香分、饱和分、胶质和沥青质四组分。饱 和分是软化剂，增塑性比芳香分强；胶质对改善沥青的延度有非常显著的效果； 沥青质是液态组分的增稠剂，稠化能力比胶质强，对延度改善效果不明显，且沥 青质比胶质需要更多的软化剂。 m i l t o nm e n gl i u 及柳永行等人以及e s s o 公司提出，沥青要想拥有比较好的 性能，只有在沥青中所含油分( 饱和分与芳香分之和) 、胶质、沥青质的量符合一 定的关系时才能得到。多种沥青的组分分析表明，优良的沥青，其组分比例大致 为：芳香分3 2 6 0 ，饱和分3 1 3 ，胶质1 9 3 9 ，沥青质6 1 5 。 各组分对沥青性质的影响如表2 1 所示。 8 表2 1 各组分对沥青性质的影响 组分感温性延度 对沥青质分散度高温粘度 饱和分好差差 差 芳香分好好 好 胶质差好好差 沥青质好稍差 好 “组分调节理论 是从化学组分转移出发分析老化沥青的组分变化。这是因 为，沥青老化后，由于组分的转移，某些组分就会偏多，而相应的某些组分偏少， 就会引起各组分之间比例的不协调，导致沥青的路用性能降低，如能想要恢复沥 青原来的性质，可以通过掺加再生剂，调节其组分来实现。 因此，旧沥青再生机理为：将旧沥青与原沥青的组分进行比较后，向旧沥青 中添加沥青再生剂使组分重新协调，补充缺失的组分，使旧沥青恢复原有性能。 2 1 相容性理论 沥青的高分子溶液理论认为，沥青是一种以低分子量的软沥青质为溶剂，以 高分子量的沥青质为溶质的高分子溶液。沥青质的含量以及沥青质与软沥青质之 间溶解度参数的差异，很大程度上决定高分子溶液的参数差值很小，就能形成稳 定溶胶。 相容性理论从化学热力学出发，认为沥青产生老化的原因是：在沥青的胶体 物质中，各组分相容性降低，导致沥青质与软沥青质之间溶解度参数增大，致使 它的化学组成失去了应有的配伍性。如能掺入一定的再生剂使其溶解度参数差减 小，则沥青就能恢复到甚至超过原来的性能。 当旧沥青中加入再生剂时，由于再生剂中含有部分缩合度高的芳香分，旧沥 青中沥青质、胶质对再生剂的吸附性大于旧沥青中的小分子芳香分和饱和分对再 生剂的吸附性，由此削弱了小分子芳香分和饱和分分子所受引力场的影响，因此， 必然存在着旧沥青与再生剂之间化学组分的重新调配，从而改善沥青四组分之间 的配伍性。 再生剂是一种添加到旧沥青中能调节其组分，改善其流动性能的低粘度剂。 主要作用可归纳为以下几点： 1 ) 调节旧沥青组分，使沥青各组分匹配。 2 ) 调节旧沥青粘度，使其过高的粘度达到所需再生沥青的粘度范围。 3 ) 与旧沥青充分融合，溶解、分散过多的沥青质，从而调节旧沥青的流变行 为，使旧沥青的非牛顿特性减弱。 4 ) 改善再生沥青混合料使其达到最佳的耐久性能。 9 综上所述，旧沥青再生就是根据沥青胶体料结构的要求按照沥青组分之间的 比例在旧沥青中添加低粘度再生剂，根据组分调节和沥青的相容性原理，使调配 后的再生沥青具有适当的粘度和能够满足沥青路面使用要求的工艺技术。因此再 生沥青实际上是一种调和沥青。 本课题对抽提回收后沥青的再生就是按照调和法的原理来进行的。先准确分 析旧沥青和新沥青其组分与性能的变化关系。以再生沥青目标值和新沥青的测试 结果为指导，并根据回收沥青组分及性能的变化，合理选择再生剂及其掺量。根 据再生沥青的性能指标确定再生剂的合理掺量，使沥青各组分调整到目标范围内， 从而使旧沥青性能得到较好地恢复。 2 2 原材料选择与性能检验 1 ) 新沥青 新沥青材料，应具有良好的粘性、温度稳定性，与集料有良好的粘附性以及 耐老化等性能。新沥青采用热拌沥青混合料相同的a 7 0 4 道路石油沥青。根据公 路工程沥青及沥青混合料试验规程( j