李雪連，郭甲林，崔之靖，葉峻宏，張顯安，田江浩*

（1.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410114；2.湖北交通工程檢測中心有限公司，湖北武漢 443000）

通過再生技術回收利用舊瀝青混合料中的老化瀝青，可以減少廢舊瀝青對環(huán)境的污染[1]。由于舊瀝青老化會降低瀝青的流變性能和黏結性能，使集料表面的瀝青薄膜易剝落，造成瀝青混合料的抗拉強度不足，影響路面的使用壽命[2]。

流變性能差限制了再生瀝青的推廣。許多學者針對該問題展開了研究，瀝青是流變性的黏彈性材料，鑒于蠕變與松弛是其固有特性，可采用蠕變與松弛性能來表征其流變特性[3]。GOH等人[4-5]對從再生瀝青路面（reclaimed asphalt pavement，簡稱為RAP）中抽取的回收老化瀝青進行多重應力蠕變恢復（multi-stress creep recovery，簡稱為MSCR）試驗，分析再生瀝青的高溫蠕變性能。張勇等人[6]將再生劑分別按0 %、4 %、6 %、8 %和10 % 5 個摻配比例加入至RAP 舊瀝青中，分析了不同再生劑摻量對針入度、延度、軟化點和高溫穩(wěn)定性的影響。由于試驗條件的限制，對瀝青或再生瀝青的松弛性能研究少見。ZHOU 等人[7]對比分析RAP 和再生劑對再生瀝青高溫蠕變性能的影響。薛忠軍等人[8]將彎曲梁流變（bending beam rheometer，簡稱為BBR）試驗得到的蠕變?nèi)崃窟M行轉換，得到松弛模量，進而分析其松弛性能。韓森等人[9]采用動態(tài)剪切流變儀（dynamic shear rheological test，簡稱為DSR）對再生瀝青進行低溫頻率掃描試驗，基于頻率與松弛時間的關系分析了低溫松弛性能。王維營[10]采用BBR 試驗和Burgers 模型，分析了不同溫度下不同老化瀝青摻量時再生瀝青的低溫松弛性能。肖慶一等人[11]通過瀝青的路用性能指標確定了再生劑的最佳用量，并對再生瀝青的低溫抗裂性能進行了試驗分析。這些研究主要針對再生瀝青的高溫蠕變或低溫松弛的某一性能進行分析，鮮有學者同時對二者進行研究。因此，本研究擬以不同摻量的再生劑和SBS改性瀝青同時進行蠕變與松弛試驗，分析再生瀝青的流變性能，以期為再生瀝青的循環(huán)利用提供借鑒。

1 試驗材料與方法

1.1 原材料

選用英杰維特公司生產(chǎn)的EVOFLEX 8182 型再生劑，其技術指標滿足《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTG/T5521—2019）[12]的要求，瀝青采用SBS改性瀝青（I-D），具體指標見表1。采用TFOT進行老化試驗，老化溫度、時間分別為173 ℃、10 h，老化后指標見表2，均滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004）[13]的要求。

表1 SBS改性瀝青技術指標Table 1 Technical indexes of SBS modified asphalt

表2 室內(nèi)老化瀝青技術指標Table 2 Technical indexes of indoor aging asphalt

1.2 再生瀝青的制備

參考已有的研究成果的SBS 改性瀝青、再生劑和老化瀝青的摻量[14]，制備9 組再生瀝青，具體見表3。制備過程為：先將再生劑加入老化瀝青中，攪拌5 min；再將SBS 改性瀝青加入混合物中，采用高速剪切儀機械攪拌20 min，得到混合均勻的再生瀝青。

表3 再生瀝青試件的配比Table 3 Ratio of recycled asphalt specimen

1.3 試驗方法

1.3.1 三大指標試驗

瀝青的軟化點、針入度和延度數(shù)值按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）[15]的方法進行測試。

1.3.2 高溫蠕變試驗

采用動態(tài)剪切流變儀（dynamic shear rheology，簡稱為DSR）試驗系統(tǒng)進行多重應力蠕變恢復試驗。60°C 時，先用0.1 kPa應力持續(xù)加載10 s，其中前1 s 為應力加載時間，后9 s 為應力卸載時間，該過程循環(huán)20 次。然后，在3.2 kPa 應力下，循環(huán)10 次。不同應力水平下的恢復率R與不可恢復蠕變?nèi)崃縅nr的計算公式為：

式中：ε1為蠕變加載循環(huán)1 s 末的應變值，ε1=εc-ε0，其中，εc為蠕變循環(huán)完成后的應變值，ε0為蠕變開始時的初始應變值；ε10為恢復結束后的應變值，ε10=εr-ε0，其中，εr為恢復循環(huán)完成時的應變值。

1.3.3 低溫松弛試驗

瀝青彎曲蠕變試驗比松弛試驗更易實現(xiàn)，因此，基于蠕變?nèi)崃亢退沙谀Ａ恐g的卷積關系，先通過瀝青彎曲蠕變試驗獲得瀝青勁度模量，再換算成瀝青蠕變模量，最后轉換為瀝青松弛模量。參考文獻[15]，在－10°C 和－20°C 下，分別對瀝青小梁試件的中間加載應力，持續(xù)240 s，由計算機軟件自動記錄，并計算8、15、30、60、120 和240s 的瀝青勁度模量S和蠕變速率m。再根據(jù)時溫等效原理，以－10°C為基準溫度、－20°C為轉換溫度，利用Origin軟件對勁度模量主曲線建立CAS模型方程，見式（3）。最后，通過式（4）和式（3），采用MATLAB軟件進行迭代計算，得到瀝青的松弛模量。

式中：Tref為荷載作用溫度；τh為荷載作用時間；Sglassy、λ、β分別為參數(shù)。

2 試驗結果與分析

2.1 再生瀝青的三大指標

分別對9組不同再生劑摻量的再生瀝青進行軟化點、針入度和延度三大指標試驗，結果如圖1所示。

圖1 再生瀝青的三大指標Fig.1 Three indexes of recycled asphalt

軟化點和針入度反映了瀝青對溫度的敏感性，針入度越大，軟化點越小，瀝青的高溫抗變形能力就越差[16]。從圖1 中可以看出，再生瀝青的針入度和延度隨再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加而增大，但其軟化點卻隨之減小。表明：再生劑和SBS改性瀝青的摻入會降低再生瀝青的高溫抗變形能力。而延度反映了瀝青的塑性，延度越大，瀝青的塑性越好。其原因是再生劑中的芳香分能夠溶解和分散瀝青質(zhì)，并能補充瀝青老化損失的膠質(zhì)和輕質(zhì)組分，在一定程度上與老化瀝青中的亞砜、酮類和羧酸等氧化產(chǎn)物取得了化學平衡。其次，原樣SBS 改性瀝青的加入后，再生SBS 改性瀝青的SBS 改性劑得到了補充，使SBS 與基質(zhì)瀝青間的交聯(lián)作用得以恢復，韌性得到了改善。當再生劑和SBS 改性瀝青的摻量分別為4 %和70 %時，再生瀝青的常規(guī)指標與SBS改性瀝青的接近。

2.2 高溫蠕變性能

分別在0.1、3.2 kPa 應力下對再生瀝青進行多重應力蠕變恢復試驗，得到不同應力水平下不可恢復蠕變?nèi)崃亢突謴吐嗜鐖D2～3所示。

從圖2～3 中可以看出，再生瀝青在0.1 kPa 應力下的Jnr值小于0.32 kPa 應力下的，而0.1 kPa 應力下的R值大于0.32 kPa 應力下的。表明：應力大小對再生瀝青的高溫蠕變性能影響顯著。隨著再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加，再生瀝青的Jnr值逐漸增加，但R值逐漸減小，表明降低了再生瀝青的高溫抗變形能力。雖然SBS 改性瀝青在一定程度上改善了老化瀝青中破壞的結構，但由于再生劑的加入，補充了瀝青老化過程中損失的輕質(zhì)組分，使硬質(zhì)的老化瀝青變軟。因此，再生瀝青的高溫抗變形能力比老化瀝青的略差。隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青的Jnr0.1值增幅變大。相較于4%+70%的再生瀝青，4.5%+70%的再生瀝青和5 %+70 %的再生瀝青Jnr0.1值分別增加了25%和30%。

圖2 再生瀝青的Jnr值Fig.2 The Jnr value of recycled asphalt

圖3 再生瀝青的R值Fig.3 The R value of recycled asphalt

2.3 低溫松弛性能

再生瀝青在－10°C 和－20°C 時的勁度模量S和蠕變速率m試驗結果如圖4～5 所示。經(jīng)式（4）～（5）轉換后，得到相應的松弛模量，結果如圖6所示。

圖4 再生瀝青的勁度模量Fig.4 Stiffness modulus of recycled asphalt

圖5 再生瀝青的蠕變速率Fig.5 Creep rate of recycled asphalt

圖6 再生瀝青松弛模量主曲線Fig.6 Principal curve of relaxation modulus of recycled asphalt

從圖4～5中可以看出，再生瀝青的勁度模量S隨再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加而降低，但蠕變速率m增大。表明：再生瀝青的低溫性能得到了改善。從圖6中可以看出，再生瀝青的松弛模量在初始時間內(nèi)差異較小，隨著時間的延長松弛模量差異變大。隨著再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加，再生瀝青的松弛模量逐漸減小，整體松弛作用時間也相應縮短。

由于松弛模量主曲線的斜率（即松弛速率）可用來評價瀝青的松弛性能[17]。從圖6 中還可以看出，隨著再生劑和SBS 改性瀝青摻量增加，得到了再生瀝青的松弛速率逐漸變大，即提高了低溫松弛性能。表明：再生劑和SBS 改性瀝青可以改善再生瀝青的低溫性能。其主要原因是隨著SBS改性瀝青的加入，原本因老化而破壞的SBS 與瀝青之間的網(wǎng)狀結構逐漸恢復了，增強了其交聯(lián)作用，改善了其低溫抗裂性能。

3 結論

1）再生瀝青的針入度和延度隨再生劑和SBS改性瀝青摻量的增加而增大，其軟化點減小。當再生劑摻量為4%且SBS 改性瀝青摻量為70%時，再生瀝青的針入度、軟化點、延度與SBS 改性瀝青接近。

2）再生瀝青的不可恢復蠕變?nèi)崃侩S著再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加而提高，而蠕變恢復率則隨之降低。表明：再生瀝青的高溫蠕變性能有所降低，再生劑影響更為顯著。

3）再生瀝青的松弛速率隨著再生劑和SBS 改性瀝青摻量的增加而增大。表明：再生劑和SBS改性瀝青能改善再生瀝青的低溫松弛性能。