孙博学 曹青霞 张军林 马元功

（1甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘肃 兰州 730030；2甘肃畅陇公路养护技术研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

1 前言

沥青混凝土路面由于其具有行车舒适、维修方便、低噪音等优点，受到道路使用者和建造者的青睐。目前，沥青混凝土路面的应用占所有路面材料用量的95%以上，随着道路服役年限的增加，沥青混凝土路面的养护维修工程增多，产生的废旧料容易污染环境，且占地。沥青混凝土再生技术不仅可以有效利用废旧路面材料，同时节约工程造价，具有广阔的应用前景。

就地热再生技术中废旧料利用率达到70%～100%，均需要添加沥青再生剂才能恢复老化沥青性能；厂拌热再生技术中，随着回收沥青路面材料的比例增加，仅通过外加新沥青不能恢复老化沥青的性能，同样需要添加沥青再生剂。但是，经过调查分析，目前市场上再生剂品种繁杂，大多数再生剂由低黏度轻质油组成，或者在其基础上添加增粘剂、改性剂、抗老化剂等成分调和而成。通过试验研究，多数低粘度的再生剂存在旋转薄膜老化前后质量不合格的问题，高粘度再生剂的再生效果有限，需要通过加大再生剂用量来达到再生效果。论文选择了五种常用的沥青再生剂为研究对象，借助红外光谱仪、气相色谱仪进行五种再生剂主要成分构成进行了分析。同时，通过五种再生剂RTFOT前后的质量损失和黏度比，评价了再生剂的热稳定性，并将旋转薄膜老化前后的质量损失与气相色谱分析中初馏点温度之间建立了相关性，相关系数为0.9237。

2 试 验

2.1 试验材料

本试验选取市场常用的五种再生剂进行研究，代号分别为XK、GL、KLF、CA、SC。这五种再生剂的技术指标见表1所示。

表1 再生剂技术指标

2.2 试验方案

1）红外光谱分析：采用Thermo Fisher Scientific生产的便携式红外光谱仪进行试验，将五种再生剂分别取适量，用一次性塑料滴管将待测样滴到ZnSe晶体板上，使样品完全覆盖到晶体板，确保无残留气泡。

2）气相色谱分析：采用Agilent Technologies 7890A气相色谱仪，高温模拟蒸馏数据处理软件进行数据处理。具体的试验方法参照《沥青高温气相色谱模拟蒸馏标准测试方法》。从初馏点开始，每间隔5～10℃时测定测试样的回收率，每间隔测试沸点之间回收率相减得到馏分质量分数，即5～10℃之间蒸馏出的馏分含量。

3 试验与讨论

3.1 红外光谱分析

图1～图5分别为XK、GL、KLF、CA、SC五种再生剂RTFOT前后的红外光谱图对比。

由图1可见，XK再生剂中含有CH3反对称和对称伸缩振动峰（2958cm-1）、CH2反对称和对称伸缩振动峰（2924cm-1及2858cm-1）、饱和脂肪族酯的C=O键伸缩振动峰（1740cm-1）、脂肪酸的C=O键伸缩振动峰（1707cm-1）及烷烃CH3链的C-H弯曲振动（1450cm-1、1375cm-1）、氧上带脂肪链的脂肪醚C-O伸缩振动峰（1160cm-1）及指纹区的芳香杂环化合物。因此，XK再生剂的特征官能团显示，其主要由饱和分和胶质组成。

图1 XK再生剂RTFOT前后红外光谱图

图2 GL再生剂RTFOT前后红外光谱图

由图2可见，GL再生剂主由CH3反对称和对称伸缩振动峰（2958cm-1）、CH2反对称和对称伸缩振动峰（2924cm-1及2858cm-1）、芳烃C=C键产生的三个峰位（1600±10cm-1、1500～1450cm-1和1380±10cm-1）、亚砜基S=O（1030cm-1）及苯环上的CH面外弯曲振动吸收峰（870～670cm-1）。绝大多数芳香烃化合物在1600±10cm-1、1500～1450cm-1和1380±10cm-1这几个频率区间内出现3～4个吸收带。其中1600cm-1和1500～1450cm-1是具有高度的芳香烃特征的吸收峰。因此，GL主要由芳烃和胶质组成，为芳烃中溶解胶质成分。

由图3和图4可见，CA和KLF再生剂均含有克炼沥青特征峰（1700cm-1）和芳香分特征峰（1600±10cm-1、1500～1450cm-1和1380±10cm-1）。 但CA在966cm-1处有明显直链C=C双键特征峰，说明这两种再生剂主要由克炼的抽出油组成，区别在于CA再生剂中加入了少量SBS或SBR进行了改性。

图3 KLF再生剂RTFOT前后红外光谱图

图4 CA再生剂RTFOT前后红外光谱图

图5 SC再生剂RTFOT前后红外光谱图

由图5可见，SC再生剂除了芳香分、饱和分、树脂的特征峰以外，还有胺的N-H伸缩振动峰（3030～3080cm-1）。因此，SC再生剂由芳香分、饱和分、胶质及胺类抗剥落剂调和组成，其中大部分为芳香分和饱和分。

3.2 高温气相色谱模拟蒸馏

高温气相模拟蒸馏技术就是利用气相色谱模拟再生剂从常温升高到750℃时的蒸馏过程，轻质组分（如饱和分和芳香分）的沸点低，较低温度优先蒸馏出来，而分子量大的组分沸点高，在较高的温度才能蒸馏出来。由于不同再生剂的组分含量不同，根据再生剂在相同温度下蒸馏组分的含量不同，可以判断再生剂的大致组成。初馏点（IBP）指沥青回收率为0.5%时对应的沸点。表2为五种再生剂老化前后初馏点的温度及沸程切割区间数据。图6为五种再生剂沸点—回收率曲线。图7为五种再生剂RTFOT前后沸程切割区间。图8为五种再生剂RTFOT前后初馏点温度。图9为初馏点温度与质量损失之间的关系。图10为五种再生剂含碳数质量分布图。

表2 五种再生剂RTFOT前后初馏点及沸程切割区间

图6 五种再生剂沸点—回收率曲线变化图

图7 五种再生剂RTFOT前后沸程切割区间

图8 五种再生剂RTFOT前后初馏点温度

图9 初馏点温度与质量损失之间关系

图10 五种再生剂含碳数质量分布图

由图6、图7可见，五种再生剂随沸点的增加，回收率的变化各不相同。其中KLF、CA、SC主要由沸点为0-540℃轻质组分构成，0-540℃沸程切割区间内，KLF、CA、SC的回收率达到了90%以上，结合该三种再生剂的红外光谱图，同样可以说明；GL再生剂主要由34.1%沸点为400-450℃左右的某种轻质油分和剩余沸点在540-800℃左右的胶质构成；XK再生剂主要由12.5%的0-540℃轻质组分和大部分胶质组成。在整个试验温度范围内（0-750℃），GL和XK的回收率分别仅为77.5%和66.3%。

图11可见，五种再生剂中，KLF、CA、SC再生剂均在分子量在C20-C35之间具有明显的分布，＞C35的分子量分布接近于0；GL再生剂在C25处存在分布极值，C30-C48接近于0，C48-C70之间具有1%左右的混合物分布；XK再生剂在C22-C40均有少量混合物均匀分布，C50-C68之间具有1%～2%的混合物分布。结合红外光谱及图6、图7的分析结论可见，C20-C40之间的混合物主要为轻质组分，C40-C70之间主要为胶质成分，＞C70主要为沥青质，蒸馏过程中残留在色谱柱中，所以五种再生剂＞C70的物质分布均为0。

图8为五种再生剂RTFOT前后初馏点温度，将初馏点温度与质量损失之间进行拟合，得到线性关系为y=-0.0524x+23.10，相关系数为0.9237（如图9）。可见，初馏点越低，再生剂的耐老化性能越大，五种再生剂中XK和GL的初馏点和质量损失最小，满足《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008规定。同样说明，再生剂中轻质组分含量越大，越容易发生热损失，热稳定性变差；胶质含量越多，再生剂热稳定性越好。因此，在选择沥青再生剂时，不能偏向于芳烃油含量大的再生剂，胶质含量大的低黏度油料具有更好的再生效果和热稳定性。

4 结论

论文以五种沥青再生剂为研究对象，通过红外光谱、高温气相模拟蒸馏试验、旋转薄膜烘箱试验进行了再生剂组分构成及热稳定性的研究，得出以下结论：

1）五种再生剂中，KLF、CA、SC主要由轻质组分构成，GL主要由轻质组分和胶质组成，XK主要由胶质组分构成。

2）轻质组分含量高的KLF、CA、SC，经过旋转薄膜烘箱试验后质量损失大，均不满足《公路沥青路面再生技术规范》JTG F41-2008对于沥青再生剂的热稳定性要求。胶质成分含量高的GL和XK的热稳定性好，RTFOT前后的质量损失满足规范要求。

3）五种沥青再生剂馏点温度与质量损失之间进行具有线性相关关系，相关系数为0.9237。初馏点越低，再生剂的耐老化性能越好。

4）结合红外光谱及高温模拟蒸馏试验结果，得出C20-C40之间的混合物主要为轻质组分，C40-C70之间主要为胶质成分，＞C70主要为沥青质，蒸馏过程中残留在色谱柱中，导致五种再生剂＞C70的物质分布均为0。

5）选择沥青再生剂时，不能偏向于芳烃油含量大的再生剂，胶质含量大的低黏度油料具有更好的再生效果和热稳定性。