老化与新鲜沥青共混扩散行为对再生沥青混合料低温抗裂性能的影响机制及工艺优化研究

本文推荐：该研究通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和半圆弯曲试验（SCB），系统分析了RAP预热温度（110-150°C）、拌和时间（60-180 s）和拌和温度（140-170°C）对老化-新鲜沥青共混度（BD）及再生沥青混合料低温断裂能（Gf）的影响，揭示了时间-温度耦合作用下界面扩散均匀性与沥青二次老化的平衡关系，为工程实践中再生混合料生产工艺（如推荐拌和温度≥160°C）和施工间隔控制（90-180分钟）提供了关键数据支撑。

　　

1 引言

随着道路基础设施大规模翻修，再生沥青混合料（RAP）的高值化利用成为研究热点。RAP表面老化沥青与新鲜沥青的共混扩散行为直接影响混合料性能，但现有研究对工程实践中时间-温度耦合作用的扩散机制及其与低温抗裂性的关联缺乏定量分析。

2 材料与方法

研究采用安徽某高速公路AC-20层RAP（40%掺量），以SBS改性沥青为新鲜沥青，XT-1再生剂（5%掺量）恢复老化沥青性能。通过单因素变量法设计实验：RAP预热温度（90-150°C）、拌和时间（60-180 s）、拌和温度（140-170°C），并模拟生产后160-170°C下0-240分钟的时间-温度耦合条件。采用15-20 mm大理石示踪骨料结合FTIR定量共混度（BD），通过分层萃取法分析界面扩散均匀性，SCB试验（-10°C，1.2 mm/min加载速率）评价低温断裂能（G_f）。

3 结果与分析

3.1 共混度与工艺参数的关系

FTIR建立的羰基指数（I_C=O）模型（R²=0.9959）显示，RAP预热温度从90°C升至150°C时BD提高41.9%，但130°C后增幅趋缓；拌和时间≥150 s时BD达峰值（67.2%提升）；拌和温度≥160°C后BD稳定（12.5%提升）。

3.2 时间-温度耦合下的扩散行为

分层萃取显示，老化沥青在RAP骨料表面呈梯度分布（外层I_C=O比内层低0.00482）。160°C下保持30分钟可使三层I_C=O差异缩小38.9%，但超过90分钟会因沥青老化导致扩散均匀性下降。

3.3 低温抗裂性能

SCB试验表明，RAP预热110°C时断裂能最高（比90°C提升19.3%），但150°C时因二次老化降低7.3%；拌和温度170°C下断裂能提升19.0%；生产后保持90分钟断裂能达峰值（9.5%提升），240分钟后下降9.5%。

3.4 共混扩散与性能的关联

Pearson分析显示，排除RAP预热老化干扰后，BD与G_f强相关（r=0.95-0.98）。界面扩散均匀性（I_C=O范围）与G_f呈负相关，表明均匀扩散可提升低温性能，但过度延长时间（>180分钟）会引发老化劣化。

4 结论

研究提出工艺优化建议：RAP预热≤130°C、拌和≥150 s/160°C、施工间隔90-180分钟。该成果为再生混合料生产中的共混-扩散平衡控制及低温抗裂性提升提供了理论依据和工程指导。