王雅馨

（甘肃路桥公路投资有限公司，甘肃 兰州 730030）

目前，我国公路新建项目已进入饱和状态，对于老旧公路的养护及废旧沥青混合料的回收再利用成为以后研究的重要方向。因此，寻求如何解决老化沥青再生利用的难题，是当前研究的重点，攻克沥青再生利用的难题对于国家节约资金成本及降低施工环境污染等方面都有重大意义及影响[1-3]。

生物质重油是将生物质热解油进行加工处理得到其中的重质油成分，然后在经过提炼加工获得工业生物质重油[4-6]。其组成成分在一定程度上和沥青的构造成分相近，并且在物理性质方面两种物质具有一定的互补性。根据以往专家学者的研究发现，根据生物质重油与沥青的掺配量，可以分为掺配量为100%的新型沥青、掺配量在25%～75%之间的作为沥青的稀释剂及掺配量不大于10%时作为沥青的改性剂。总结前人的研究发现，以往研究主要侧重沥青与生物质重油生产的可行性研究、合成加工工艺及生成产品的性能等领域的研究。但是，对于在沥青再生利用方面关于生物质重油的利用研究相对较少，生物质重油沥青再生前后相关试验指标、性能及再生机理都需进一步深入研究[7]。

基于上述考虑，主要针对改性后的生物质重油沥青的流变性能进行深入的试验研究测试，分析其改性原理。试验首先先将90#克炼沥青实施长期老化，然后将生物质重油加入老化后的沥青中得到再生的改性沥青，分别对其进行粘度试验（RV）、高温流变试验（DSR）、低温流变试验（BBR），对其由温变引起的试样的流动形态变化进行实验分析，从宏观方面对生物质重油再生沥青的再生进行解读。

1 实验原材

1.1 原材料

1）沥青。试验中使用的沥青是克炼90# 沥青，其各项参数指标见表1。

表1 克炼90# 沥青技术指标要求

2）生物质重油。文章使用的生物质重油是通过对甘蔗渣进行高温提炼得到的黏稠状液体，其主要元素成分见表2。

表2 生物质重油元素组成比例

1.2 生物质重油再生沥青的制备

首先制备得到PAV沥青，然后将PAV沥青在135℃的烘箱中加热0.5h后，将制备好的改性剂按照5%、10%和15%的掺配量掺配到PAV沥青中，立即将掺配后的PAV沥青加热到163℃，并采用磁力搅拌器使两者充分混合反应，磁力搅拌器的搅拌时间应控制在0.5h，搅拌完成后将混合后的改性沥青冷却至室温后密封保存，即制作得到试验使用的改性再生沥青。试样制得后，分别对其进行布氏粘度试验（RV）、高温流变试验（DSR）、低温流变试验（BBR），研究其再生沥青在高温条件和低温条件下的流动变化性能，然后通过与未添加生物质重油前的老化沥青进行试验数据分析比对，证明在沥青路面再生领域生物质重油的可行性和适用性。

2 试验方法与数据分析

2.1 RV试验

由于粘度是表征沥青流动变形能力的重要试验参数，试验结果显示，随着温度的升高沥青的粘度减小，宏观方面表现为摊铺的混合料容易拌和及压实效果越好。本文选用布式粘度表征其粘度特性，选用27#转子，转速为20r/min，然后分别让其在试验环境120℃、135℃、150℃、165℃和180℃的条件下检测不同掺配量的改性再生沥青的粘度值，各温度下的测试结果如图1所示。

图1 生物质重油再生沥青不同温度下粘度变化

观察图1可以得出以下结论：首先，生物质重油再生沥青的粘度随温度的上升出现下降趋势，并且粘度与温度两者之间满足数值推导；其次，生物质重油再生沥青的粘度随改性剂含量的变大出现减小的现象，同时当温度为一定值时，当生物质重油掺配比例的不断变大，与未掺配生物质重油的再生沥青试验数据相比较，掺配了生物质重油的再生沥青的粘度试验数值减少幅度变得越来越大。故为了保证摊铺时混合料容易拌和及压实效果越好，应科学合理的掌握生物质重油的掺配量。

2.2 DSR试验

本文选用动态剪切流变仪（DSR）对其高温状态下的流动情况和变形程度做分析研究，试验分为试样温度扫描和频率扫描。试样温度扫描采用Φ25mm的转子，转速为10r/s，样品高度为1mm，试验开始温度为30℃，严格控制试验的温度变化速率，使其保持在2℃/min，扫描的终止76℃，且不能超过该温度值；试样温度扫描采用Φ8mm的转子，试验温度控制在20℃，两块平板间的间距为2mm，试验时转子的转速范围应控制在0.1～400r/s，试样的应力变形控制到0.5%。

（1）温度扫描特性

观察图2可以得出以下结论：首先，沥青经过老化后，车辙因子G*/sinδ 增加了3.73倍左右，故可以间接说明铺筑后使用过程中沥青发生的老化对于加强沥青路面高温情况下抵抗车辙有显著效果，当再生沥青中掺入的生物质重油的含量增多后，其车辙因子会随着减小，当生物质重油的掺入含量为5%时，与未掺配生物质重油的老化沥青相比，再生沥青的G*/sinδ 减少26.5%、当生物质重油的掺入含量为10%时，与未掺配生物质重油的老化沥青相比，再生沥青的G*/sinδ 减少69.7%、当生物质重油的掺入含量为15%时，与未掺配生物质重油的老化沥青相比，再生沥青的G*/sinδ 减少86.8%。通过试验数据拟合发现，再生沥青的G*/sinδ 与生物质重油掺入含量两者可以通过数值换算相互推导。通过线性表达式发现，当生物质重油的掺入含量超过21.5%时，再生沥青的车辙因子不满足规范要求的高温分级标准。

图2 车辙因子(G＊/sinδ)随温度的变化情况

（2）频率扫描特性

观察图3可以得出以下结论：首先，随着扫描频率的增大，不同生物质掺配量下再生老化沥青、基质沥青及未掺配生物质重油的老化沥青的复数模量均呈现出上升的趋势；其次，与老化前的基质沥青相比，老化后基质沥青的复数模量明显升高变大，但随着老化后基质沥青中加入不同掺入含量的生物质重油物质，其复数模量的变化与生物质重油掺入含量呈相反变化，当掺入的含量变大时，再生沥青的复数模量的减小程度会变得越大；最后，当掺入含量为15%时，基质沥青的试验频率扫描线性和再生沥青的试验频率扫描线性大体相似。由此可见，在提高老化沥青的抗流变方面适量的生物质重油能起到很好的加强作用，若生物质重油掺配量较少或者超过最佳掺配量时，再生沥青抵抗流动变形的方面反而不能得到有效的提升和加强。

图3 复数模量随频率扫描的变化情况

2.3 BBR试验

采用低温弯曲梁试验（BBR）来试验评价生物质重油再生沥青的低温流动变形能力，试验依据满足AASHTO T131相关要求，试验要求在-12℃的环境下检测再生沥青试样的蠕变劲度S和蠕变速率m，且再生沥青的相关参数应满足S<300MPa,m>0.3的要求。其中，当S减小时、m变大，表明再生沥青在低温环境下在抵抗开裂变形的方面突出。

图4 生物质掺入含量与蠕变劲度变化关系

图5 生物质掺入含量与蠕变速率变化关系

观察图3、图4可以得出以下结论：首先，与老化前的基质沥青相比，老化后基质沥青的蠕变劲度明显升高变大，但随着老化后基质沥青中加入不同掺配量的生物质重油物质，再生沥青的蠕变劲度会出现减小变化，当增大生物质重油的掺入含量时，再生沥青的复数模量的减小程度会不断变大；其次，与老化前的基质沥青相比，老化后基质沥青的蠕变速率明显降低减小，但随着老化后基质沥青中加入不同掺配量的生物质重油物质，再生沥青的蠕变劲度会出现增大变化，当增大生物质重油的掺入含量时，再生沥青的复数模量的增大程度会不断变大；由图3可知，当改性剂的掺入含量为5%、10%、15%时，其相应的再生沥青的S都满符合S<300MPa的要求，与老化再生沥青的试验数据对比，相应掺入含量的再生沥青的S降低了21.2%、35.6%和52.3%；由图4可知，当改性剂的掺入含量为5%、10%、15%时，其相应的再生沥青的m都符合m>0.3的要求，但掺配量为5%时，再生沥青的蠕变速率接近下限要求，与老化再生沥青的试验数据对比，相应掺入含量的再生沥青的m增加了10.1%、24.4%和49.5%。

由此可见，不同掺配量下的再生沥青的蠕变劲度S的变化规律与前文相关参数的变化规律相似，但再生沥青的蠕变速率m随掺配量的变化趋势与之呈相反趋势，说明老化后的沥青的抵抗低温条件开裂的能力降低，但随着生物质重油的掺入，再生沥青的低温抗开裂能力能得到显著的改善，当掺配量为5%时，再生沥青的蠕变速率接近下限要求，故在进行掺配时，应控制生物质重油的掺配量不得小于5%。

3 结论

文章分别验证RV试验、DSR试验及BBR试验对改性后的生物质重油沥青的流变性能进行深入的试验研究测试，通过整合处理试验数据，总结得到以下结论：

1）生物质重油再生沥青的粘度随其掺配量的增加而降低，且当温度为一定值时，随着生物质重油掺配量的增大，与未掺配生物质重油的再生沥青相比，再生沥青的粘度值减少幅度变得越来越大。

2）随着生物质重油掺配量的增加，老化沥青的车辙因子呈下降趋势，且当生物质重油的掺配量为15%时，基质沥青的试验频率扫描线性和再生沥青的试验频率扫描线性大体相似，故建议生物质重油在老化沥青的掺配中掺配量不应超过15%。

3）随着生物质重油的掺入，再生沥青的低温抗开裂能力能得到显著的改善，当掺配量为5%时，再生沥青的蠕变速率接近下限要求，故在进行掺配时，应控制生物质重油的掺配量不得小于5%。