沥青再生剂的开发应用研究现状

沥青再生剂的开发应用研究现状

刘忠骏

（重庆交通大学 土木工程学院，重庆  400074）

摘要：沥青混凝土是我国道路建设中最常用的一种材料，道路的建设和养护维修都需要消耗大量的石油沥青，这使得沥青可用资源越来越少，为了减少石油沥青的消耗，利用再生剂对旧路进行再生是一种有效方法。近年来，各国学者对沥青再生剂的开发和应用进行了大量的研究分析，为了明确国内外沥青再生剂开发应用的研究现状，本文对沥青再生机理、沥青再生剂的产品开发和性能研究等热点问题的研究进展进行了综述与总结，为沥青再生剂未来的进一步研究做一个参考和依据。

关  键  词：沥青再生机理；沥青再生剂；开发应用；综述

0引言

沥青再生剂是一种可以恢复老化沥青基本物理性质以及路用性能的新兴路面养护材料，当将其添加到老化沥青中，凭借其自身优良的扩散与相容性不仅能快速渗透到沥青面层和老化沥青融为一团，还可以和老化沥青产生反应，使老化沥青针入度、粘度、延度和软化点得到恢复，还能生成新的保护层，提高沥青路面使用寿命。

1沥青的再生理论

沥青是一种胶体分散体系，其中固体颗粒的沥青质为分散相，它对胶质具有亲液性，对饱和分和芳香分具有憎液性，因此作为中间介质的胶质包裹着沥青质分散在饱和分和芳香分中形成相对稳定的胶体溶液[1-2]。从某种意义上讲，老化沥青性能的恢复是沥青老化的逆过程。目前，较为认同的沥青再生原理有以下三种，即“组分调和理论”、“相容性理论”及“橡胶增塑理论”。

1.1组分调和理论

组分调和理论是从化学组分的角度考虑，在老化沥青中加入含有某种成分的低粘度油料（再生剂）或适当稠度、用量的新沥青进行调配，改善沥青四组分之间的配伍关系，溶解和分散多余的沥青质，调节沥青的粘度和流变性能等，最终使再生沥青的性能满足基本路用要求。

1.2相容性理论

相容性理论是建立在高分子溶液理论基础上形成的。高分子溶液理论认为沥青可以看作是一种以大分子量沥青质为溶质，溶解在小分子量的软沥青质（沥青中除沥青质外其他化学组分的总称）中的高分子溶液。溶液的稳定性主要取决于沥青质的相对含量以及溶质与溶剂之间溶解度参数的差异。Hildebrand研究发现当沥青质和软沥青质的溶解度参数相近或相等时，就能形成稳定的高分子溶液[3]。

1.3橡胶增塑理论

橡胶增塑理论认为沥青结构与橡胶类似，是由网状结构的大分子和油分两相组成，影响其稳定性的关键因素为网状结构大分子之间的极性作用以及网状结构与油分的相对含量[4]。沥青的再生就是添加适量的油分，破坏沥青质所形成的网状结构，恢复油分对大分子的润滑作用。

2沥青再生剂的性质

2.1沥青再生剂的作用机理

再生剂是指能够有效调节老化沥青化学组分并使老化沥青的物理性能和化学性质重新满足规范要求的有机材料，也称为软化剂、调和剂等。有报道称[5-6]，含有芳香族油成分的再生剂对老化沥青具有更好的再生效果。这主要是因为芳香族油的分子量较小，相对运动更为方便，在大分子之间可以起到很好的润滑作用，且芳香族油具有很好的溶解性和贯入性，能有效切断大分子链的诸多连接点，破坏沥青中的网状结构，降低老化沥青的刚度。

沥青再生剂的主要作用应主要包括以下两个方面：

（1）调节老化沥青的化学组分比例，达到互相匹配的状态形成稳定的胶体溶液，使得老化沥青的粘度降低至正常使用范围。当废旧沥青混合料与再生剂拌合后，可以由原来脆硬的状态转变为软塑形态，以便在机械和热的作用下与新沥青、新集料混合均匀，得到重复利用。

（2）再生剂渗透进入废旧沥青混合料中，有效溶解分散老化沥青中呈凝聚状态的沥青质，调节沥青胶体结构，使得老化沥青重新具有良好的胶结能力，从而改善老化沥青的流变性能。

3沥青再生剂的开发研究

国外最早从二十世纪七十年代发生石油危机后就已开始着手沥青再生剂的研究，到目前为止，欧、美、日等发达国家已有很多种类再生剂应用于路面再生养护，出台了许多沥青再生剂的技术标准和规范。美国锐糠石油炼制公司在二十世纪70年代开发出了金熊油系列

沥青再生剂Reclamite，它已有40多年的应用历史。在低成本沥青市场中，这种再生剂由于生产成本低，以及资源回收的经济效益，使其在价格上有很大的优势。JimBrownridge与ChandlerGrady[7]针对该再生剂在路面养护中的作用、再生剂的使用和需求进行了详细的探索。他们首先分析再生剂的组成并对比再生剂与普通沥青乳液之间的不同，指出再生剂的基础油分选择至关重要，理想的基础油分为环烷基或蜡自由基基质，原因在于他们的分子结构能增强粘结剂的溶解、吸收以及熔融能力。

3.1树脂油分合成类再生剂

通常使用的沥青再生剂是从原油中提取的粘度比较低的轻质油分，高温受热容易分解，在路面长期使用过程中，受光热水等外界因素的影响，抗老化能力较差，导致路面耐久性不良。树脂油分合成类能够较好弥补这一缺陷，其原理是，在轻质油分中加入粘度较高的树脂等物质，通过对油分增粘、共聚，可以抑制再生剂高温受热挥发，从而增加了再生剂抗老化能力，此外，加入树脂可提高轻质油分溶解度参数，解决了再生剂与老化沥青相容性差的问题。

3.2生物油类再生剂

早在1968年，Gordon[8]就开始选择回收的食用油、大豆蜡分别代表可回收型再生剂与可再生型再生剂，同商业性再生剂对比试验。试验结果表明，三种再生剂加入到 PG70-28 型基质沥青中，都能提高其延度低温性质。在此基础上，曹雪娟等人[9]通过研究新鲜大豆油、煎炸大豆油、生物柴油残渣3种常见植物油和一种矿物油再生剂对老化沥青三大指标、流变性质和微观组成的影响。结果表明，几种再生剂均可恢复老化沥青针入度、软化点和延度指标至基质沥青水平；红外光谱测试表明，植物油不含有芳烃类物质，矿物油再生剂降低了老化沥青羰基与亚砜基含量，3种植物油降低了老化沥青亚砜基含量，增加羰基含量。

4再生剂的掺量与路用性能

再生剂性能研究方面，国外学者从宏观和微观等多方面研究了再生剂对老化沥青以及废旧沥青混合料改善效果。Shen和Serji[10]等根据Surperpave配合比设计理论，分别选用沥青和再生剂作为再生组分制备再生沥青混合料，通过测试混合料体积指标、动稳定度、间接拉伸强度，得出再生剂对废旧沥青混合料性能的改善效果优于沥青，且当旧料掺量大于10%时,只有采用再生剂制备的再生混合料路用性能才能满足要求。Vadles[11]通过测试再生沥青混合料的低温性能、间接拉伸强度以及疲劳性能，研究了再生剂和旧料掺量对再生混合料路用性能的影响,结果表明,当旧料掺量不大于30%时,添加掺量为10%的再生剂，路用性能接近新沥青混合料。

5结语

旧沥青混合料的回收利用是一项具有环保、节能等多重意义的工程，再生剂是旧沥青回收过程中必要的添加剂。由于我国在沥青热再生技术刚处于起步阶段，虽然已经有了沥青热再生施工规范，但是主要是以国外的理论和我们八十年代的实践经验为框架建立起来的，可操作性并不是很强。通过对等研究热点进行综述，笔者认为目前沥青再生剂的开发仍然还有存在一些问题。

虽然生物油沥青再生剂的研究较为成熟，可再生的植物油再生剂具有进一步的经济社会效益，生物油再生剂整体上可以恢复旧沥青至原始水平，但部分性能还是不能满足路用要求，复合再生剂有望解决这部分不足。未来的研究可以集中于复合再生剂的研发及再生性能研究，并进一步研究复合再生剂再生沥青混合料的路用性能，以及复合再生剂的再生机理。

参考文献(References)：

[1]李进.沥青再生剂扩散行为及其影响因素研究[D].中国石油大学(华东),2010.

[2] Robertson RE. Chemical Properties of Asphalt sand Their Relationship to Pavement Performance [J]. Psychoneuroendocrinology, 1991,23(8):191503-191503-3.

[3] 耿九光.沥青老化机理及再生技术研究[D].长安大学,2009.

[4] 季节,徐世法,罗晓辉.重复再生沥青混合料与温拌沥青混合料性能评价[M].人民交通出版社,2011.

[5] 姚家鑫.沥青再生剂的研制[D].重庆交通大学,2008.

[6] Junan Shen,Bao shan Huang,Yoshitaka Hachiya.Validation of Performance-based Method for Determining Rejuvenator Cotentin HMA[J].International Journal of Pavement Engineering,2004,5(2):103-109.

[7] Brownridge J. GradyC.The Role of an asphalt Rejuvenator in Pavement Preservation Use and Need for Asphalt Rejuvenation[J]. Journal of Materials Science.2006,25(16):235-241.

8] Coons RF, Wright P H. An investigation of the hardening of asphalt recovered from pavements of various ages[J]. Association of Asphalt Paving Technologists.1968,37(5):510-528.

[9]曹雪娟,胡森,曹芯芯,毛鑫勃.植物油再生老化沥青胶结料性能研究[J].应用化工,2019,48(03):571-574

[10] Shen J, Amirkhanian S,Jennifer AM.Effects of rejuvenating agents on superpave mixtures contain in reclaimed asphalt pavement[J].Journal Of Materials In Civil Engineering.2007.5:376-384

[11] Valdes G,Perez Jimenez F, MiroR, etal. Experimental study of recycled asphalt mixtures with high percentages of reclaimed asphalt pavement[J].Construction and Building Materials,2011,25(3):1289-1297