沥青路面养护剂在老化沥青还原中的试验研究

1. 引言

沥青作为一种复杂的高分子碳氢化合物，在一定温度与荷载作用下表现为典型的弹-粘-塑性，是一种热塑性的树脂材料，它在热、光、水、氧的作用及车辆的碾压下会发生老化现象，沥青老化的过程就是沥青组成成分发生转化的过程，沥青中的轻质组分逐渐挥发，并不断发生氧化反应，使沥青中的油份、树脂逐渐减少，沥青质相对增多，沥青变稠、黏度降低、柔软度变差，且因为沥青质部分转化为沥青炭，致使沥青路面粘塑性降低，路面相继出现干涩、开裂，即发生沥青路面的老化。随着老化现象的发展，沥青变脆，沥青路面的抗变形能力降低，路面的使用性能也随之逐渐降低，在行车荷载和冰冻的作用下，极易产生裂缝使沥青与矿料脱离，最终形成龟裂和松散而导致路面的破坏。

在沥青发生初期老化时，如果在路面表面涂刷或喷洒一种防老化剂或再生剂之类的材料，以补充沥青中的轻质成分，使沥青变软，增加它的柔韧性和弹性，则能够提高沥青的黏结性和使用寿命，延缓沥青老化现象的发生。沥青路面养护剂或还原剂正是这样的材料。

2.沥青养护剂的性能

前苏联早在上世纪60 年代，美国、德国在70 年代，就开始从事沥青路面养护还原剂的研制。这类材料一般由芳烃类溶剂、轻质油分、树脂与胶质等成分组成，能渗入沥青层，有效补充沥青组分中的油份，恢复老化沥青的活性。施工后可以在路面形成一个密封层，有效抵御水、紫外线、化学品对沥青路面的侵蚀，与原来路面材料融合，不会造成原有路面的摩擦系数下降，能够达到很好的防渗水作用，是针对早期沥青面层损坏的一种较好预防性养护方法。现在这些类型材料我国已有引进，如沥再生、魁道沥青复原剂等产品。

沥青路面养护剂具有轻微挥发性气味，一般为黑色油状液体，其主要成分为稀释剂、石油蒸馏液和再生剂。

沥青路面养护剂对老化沥青性能改善的一般体现在几个方面：

1）调节沥青的粘度，增加其树脂质；

2）调节沥青的流变性，补充油份， 使旧沥青变软，增加柔韧性和弹性；

3）填加的聚合物改性剂，使沥青具有更加良好的稳定性和抗老化性；

4）能够有效渗透至旧沥青层 ，使其形成一层保护膜。

具体表现为对旧沥青的针入度、延度、软化点等性能的改善提高。

3.老化模拟试验

在沥青路面长期使用的过程中，受日照时间和气温的影响，温度反复升降导致温度应力疲劳，混合料的极限拉伸应力变小，应力松弛性能降低，将会出现不同程度的裂缝损坏，特别是路面表层，老化速度最快。沥青的老化过程是长期而且复杂的。沥青老化过程在沥青热拌和过程就已经开始，在道路的使用寿命周期中，随着时间、天气、阳光等外在因素的影响，老化一直在发生。因此，沥青路面养护剂在沥青老化到何种程度仍能有效的发挥其作用是必须研究一个重要指标。

本研究采用RTFOT和PAV试验分别模拟沥青短期和长期老化情况制备试件，以此分析沥青路面养护剂对老化沥青的性能改善和适用范围。

试验原样基质沥青采用70号沥青。老化沥青通过旋转薄膜烘箱试验以及压力老化试验分别模拟短期老化和长期老化制取试样。试验方法《沥青及沥青混合料试验规程》（ JTJ 052 - 2000）中的T0604，T0605，T0606，T0620。试验数据整理如表1：

由试验结果分析，沥青老化后，其性能下降，软化点提高，针入度、延度降低，呈现硬化状态，PAV沥青性能下降尤为显著。试验结果表明，老化后沥青延度急剧下降，沥青变得脆硬，沥青的柔性降低。

近年来有研究表明，沥青在老化过程中则逐渐变硬变脆，柔韧性降低，粘度由于沥青中的沥青质属于大分子物质，大分子物质的增加必然引起粘度提高，长期老化后的沥青软化点要远高于短期老化后的沥青软化点，这是因为其组分中沥青质含量比短期老化后的沥青质含量要高的缘故。

4.沥青还原试验

试验目的是确定还原剂的适用条件。试验样品采用RTFOT沥青、PAV沥青，分别添加相同剂量的还原剂。见表2：

沥青经过短期老化过程后，在路面的长期使用过程中轻质油分的挥发损失已不再是沥青老化的主要原因，而与大气中氧的反应及分子结构的变化将是沥青路面长期使用过程中老化的主要原因。由试验结果分析，添加还原剂后，老化沥青性能得到部分改善。其中延度值改善显著，如RTFOT沥青延度为38mm，添加还原剂后，其延度为55，提高了45%，PAV沥青则提高了100%。

5.用量试验

试验目的是通过还原剂的掺入量与老化沥青性能改善之间的关系，确定还原剂的合理用量范围。试验采用原样沥青经老化后，分别掺入4%，5%，6%，7%，8%，9%的沥青还原剂，测定软化点、针入度、延度、60℃黏度（S27）等指标。试验结果见表3所示。

由试验结果分析，老化沥青的性能改善与沥青还原剂用量有一定的相关性。随着用量的增加，针入度呈现下降的趋势，当用量达8%时，针入度变化基本趋于平稳；随着用量的增加，黏度表现出与针入度较为一致的变化趋势。试验结果表明，针入度与黏度之间具有良好的相关性，即针入度下降黏度值增大。这种变化趋势与还原剂材料的组成有关，由于材料中添加了部分聚合物沥青材料，补充老化沥青损失的部分胶质，使得沥青的粘稠度增大。

用量的增加对软化点变化不大，变化趋势较平稳，在用量为4%～6%之间时，软化点呈现上升趋势，这是由于还原剂补充了相当的油份，使得沥青质的含量在组成比例上有所减小。当用量再增加时，变化已不明显，从经济上也不合适。

因此，由试验效果和经济性综合分析，沥青还原剂的用量定在4%是一个比较合适的标准。

6.结语

尽管从室内试验结果来看，长期老化沥青在还原剂作用下能够得到改善，但考虑到沥青路面建成投入使用开始，沥青逐渐被氧化、损耗，如果要保持其长期良好的路用性能，应该在路面使用初期就给与良好的养护，即预防性养护，使沥青恢复弹性及柔韧性， 使路面长期处于较佳的使用状态，因此对长期老化沥青的合适时机需要进一步研究分析。