SBS改性瀝青二次老化性能分析

王渭萍，陶正文

（1.江西交通工程咨詢監(jiān)理中心，江西 南昌330000；2.江西省交通咨詢公司，江西 南昌330000）

0 引言

目前，我國高速公路絕大多數為瀝青路面。按照國家公路發(fā)展規(guī)劃及高速公路的使用狀況來看，每年需要大修的高速公路將超過在建的規(guī)模。瀝青路面再生技術是將需要翻新改造的舊瀝青路面，通過銑刨、回收、篩分，再和再生劑、添加劑、新礦料、新瀝青混合，重新拌和成滿足道路建設需要的再生瀝青混合料，并應用于路道面層和基層的整套生產技術[1]。瀝青路面再生技術能最大限度地利用廢舊瀝青路面混合料，節(jié)省大量的礦料和瀝青資源，是我國公路建設可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。SBS改性瀝青混合料廣泛應用于我國各地區(qū)高速公路面層，該類瀝青路面再生利用的關鍵技術就是SBS改性瀝青混合料的再生瀝青。已有研究表明，SBS改性瀝青的老化機理為基質瀝青的老化和SBS改性劑的降解[2-3]，添加再生劑僅改善了基質瀝青四種組分的配伍性，而無法恢復已降解的SBS改性劑[4-5]。高海云通過試驗研究了老化SBS改性瀝青再生利用的可行性，認為摻加自制再生劑，可使老化的SBS改性瀝青恢復到與原樣SBS改性瀝青相同的技術標準，且再生SBS改性瀝青的抗疲勞性能及抗老化性能優(yōu)于原樣SBS改性瀝青[6]。但對于再生瀝青的二次老化及混合料的性能，目前研究甚少。本研究通過對SBS改性瀝青原樣、第一次老化、再生、二次老化及其混合料的性能進行試驗分析，探究SBS改性瀝青二次老化性能變化規(guī)律，為瀝青路面再生技術的發(fā)展提供理論參考。

1 SBS改性瀝青二次老化性能分析

本文采用我國高等級瀝青路面面層常用的SBS改性瀝青作為研究對象。按照現行的《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），對原樣瀝青通過薄膜烘箱加熱試驗進行老化，然后添加8%的S—250瀝青再生劑對第一次老化的瀝青進行再生，最后，對再生的瀝青利用薄膜烘箱加熱試驗進行第二次老化。分別測定原樣、第一次老化、再生、第二次老化的SBS改性瀝青的針入度（25℃，0.1mm）、軟化點（5℃）、延度（5℃）和黏度（135℃）。再生劑的性能指標如表1 所示。原樣、第一次老化、再生和第二次老化的SBS改性瀝青的各項指標試驗結果如表2所示。

表1 S—250瀝青再生劑性能指標

表2 SBS改性瀝青試樣試驗結果

從表2中可以得出結論。

（1）SBS改性瀝青在兩次老化的過程中，針入度和延度都減小，軟化點和黏度都增加。原樣瀝青中，大小分子含量較合理。在高溫環(huán)境下，大分子間的作用力較大，分子移動阻力較大，運動速度慢，起到骨架支撐作用；小分子組分雖然比較容易移動，但受到大分子的約束，填充于骨架中，因而表現為較好的高溫性能；低溫環(huán)境下，分子運動比較困難，但由于原樣瀝青分子量分布較寬，大量小分子存在于大分子之間起到增塑和增韌作用，故低溫性能也比較好。瀝青老化后，小分子如芳香分含量減少，大分子含量相對增加。瀝青質的增加使得瀝青的延性變差，高溫黏度增加，具體體現在瀝青的路用性能指標上是：針入度越來越小，軟化點越來越高，延度越來越低，黏度越來越大。

（2）在第一次老化處理加入再生劑后，SBS改性瀝青的各項性能指標得到一定程度的恢復，即再生瀝青的針入度升高，軟化點下降，延度升高，黏度下降。從流變學的角度講，當再生瀝青的黏度恢復到原樣瀝青的水平時，表明瀝青得到了再生。故瀝青再生時，以黏度恢復為主要控制指標。此時，再生瀝青的針入度得到了一定程度的恢復，但比原樣瀝青低，軟化點下降比較顯著，甚至比原樣瀝青更低，這是因為再生劑中含有較多的芳香分，延度指標恢復卻很不理想。

SBS改性瀝青第一次老化與第二次老化各項性能指標變化如表3所示。

表3 兩次老化SBS改性瀝青性能變化

從表3 中可以看出，第一次和第二次老化后，SBS 改性瀝青的針入度和黏度變化幅度相差不大，但軟化點和延度的變化幅度差異顯著。第一次老化過程中，SBS 改性瀝青軟化點的上升幅度較小，僅為0.4℃，但第二次老化過程中，軟化點上升達到7.6℃，比第一次老化軟化點的增加值多7.2℃?？梢?，SBS改性瀝青在經歷重復老化后，再生劑添加的芳香分在老化過程中較容易失去，從而使軟化點變化更顯著。同樣，從延度下降的趨勢可以看出，隨著老化次數的增加，瀝青的低溫性能降低幅度也越來越大。

2 混合料二次老化性能分析

2.1 級配設計

采用的瀝青為原樣、第一次老化、再生和第二次老化后的SBS改性瀝青。采用的粗集料為料場集中取料，以玄武巖為主，細集料為機制砂。填料采用石灰?guī)r磨細礦粉，礦粉相對密度為2.743，親水系數為0.78。粗、細集料、礦粉的篩分結果及礦料級配曲線如表4 所示，混合料級配曲線如圖1所示。通過馬歇爾試驗確定再生瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.6%。

表4 混合料礦料級配組成

圖1 混合料礦料級配曲線

2.2 路用性能

（1）高溫穩(wěn)定性

參照《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011），在60℃、0.7MPa 條件下進行車轍試驗，試驗結果如表5所示。

表5 車轍試驗結果

從表5可以看出，四類SBS改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均大于3 000次/mm，滿足規(guī)范要求。SBS改性瀝青老化后，混合料的高溫穩(wěn)定性有所提高，再生劑的加入使混合料的高溫穩(wěn)定性基本恢復到原樣瀝青混合料的水平。但第一次老化后，混合料的動穩(wěn)定度增加了1 600 次/mm，而第二次老化后混合料的動穩(wěn)定度僅增加了422 次/mm。而從表3 可以看出，SBS 改性瀝青的軟化點在第二次老化中上升的幅度遠大于第一次老化中上升的幅度。第一次老化過程中，SBS改性瀝青軟化點的上升是由于芳香分的散失造成的，同時由于瀝青膠質含量的增加、稠度的增大，混合料的高溫穩(wěn)定性大幅增加。而在第二次老化過程中，SBS改性瀝青混合料的高溫性能并沒隨著瀝青軟化點的大幅升高而明顯增加，這是因為雖然瀝青的軟化點上升較大，但由于經過較長時間老化，SBS改性瀝青中的SBS改性劑被降解，嚴重影響了混合料的高溫穩(wěn)定性?？梢?，在SBS改性瀝青的再生中，應考慮加入適量的SBS改性劑，以提高混合料的性能。

（2）低溫抗裂性

在溫度為-10℃、速率為50mm/min的試驗條件下進行小梁低溫彎曲試驗，試驗結果見表6。

表6 小梁低溫彎曲試驗結果

由表6可知：從抗彎拉強度來看，混合料的低溫性能隨著瀝青的老化而有所下降，但下降幅度并不大；從彎拉應變來看，混合料的低溫性能隨著瀝青的老化下降比較明顯，特別是第二次老化后，混合料的低溫性能不能滿足規(guī)范要求。第一次老化后的瀝青加入再生劑后，混合料的最大彎拉應變恢復程度很小，而瀝青經歷第二次老化后，混合料的最大彎拉應變下降十分顯著，混合料最大彎拉應變的變化規(guī)律與瀝青延度變化規(guī)律相同，可見加入再生劑并不能使瀝青混合料的低溫性能得到很好的恢復，混合料的低溫性能隨著瀝青老化程度的加大而加速下降。

低溫勁度模量是綜合反映瀝青混合料在低溫下的應力和應變性能，彎拉模量在一定程度上反映了混合料的柔性，一般來說，彎拉模量越小，表明混合料柔性越好。從表6中可以看出，隨著瀝青的老化，混合料的柔性減?。辉偕鷦┑募尤胧够旌狭系娜嵝缘玫揭欢ǔ潭鹊幕謴?，但經歷第二次老化后，混合料的彎曲進度模量增長迅速?？梢姡洑v重復老化后，混合料的低溫性能下降得越來越快。

（3）水穩(wěn)定性

按現行規(guī)范要求進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，試驗結果見表7。

表7 浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗結果

從表7中可以看出，混合料的水穩(wěn)定性隨著瀝青老化而下降，老化后的SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范要求。加入再生劑后，混合料的水穩(wěn)定性得到一定程度的恢復。第二次老化過程中，混合料的水穩(wěn)定性下降速度比第一次老化時下降的幅度大，可見再生瀝青老化對混合料的水穩(wěn)定性影響更加顯著。

3 結論

（1）SBS改性瀝青在老化過程中，針入度和延度減小，軟化點和黏度都增加；加入再生劑后，瀝青的路用性能可以得到一定程度的恢復，能滿足規(guī)范要求，但延度恢復不理想。

（2）再生SBS 改性瀝青在第二次老化過程中，膠結料及混合料的路用性能下降速度均比第一次老化快，第二次老化后的瀝青混合料的路用性能甚至會出現不滿足規(guī)范要求的情況，建議在SBS改性瀝青的再生過程中加入適量的SBS改性劑，以改善再生混合料的路用性能。

[1] 呂偉民，嚴加伋.瀝青路面再生技術[M].北京：人民交通出版社，1989.

[2] 王仕峰，張玉軍，王迪珍. SBS 改性瀝青的老化行為[J].合成橡膠工業(yè)，2003，26（5）：301-304.

[3] 耿九光.瀝青老化機理及再生技術研究[D].西安：長安大學，2009.

[4] 歐陽君.SBS 改性瀝青老化機理與再生行為研究[D].上海：同濟大學，2012.

[5] 季節(jié).再生瀝青及其混合料路用性能的評價技術[D].上海：同濟大學，2007.

[6] 高海云.老化SBS 改性瀝青再生利用試驗研究[J].上海公路，2013（3）：54-56.