SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能研究

吳正光，李路佳，康愛紅，2

（1.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127；2.江蘇邗建集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州225127）

SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能研究

吳正光1，李路佳1，康愛紅1，2

（1.揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225127；2.江蘇邗建集團(tuán)有限公司，江蘇揚(yáng)州225127）

基于實(shí)際工程所選取的12種具有代表性的舊瀝青路面回收料抽提回收得到不同老化程度的SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料，以再生瀝青路面膠結(jié)料的135℃黏度、25℃針入度為主控指標(biāo)，通過室內(nèi)試驗(yàn)研究，推薦了與舊瀝青路面膠結(jié)料老化性能相適應(yīng)的再生材料及建議摻量；通過薄膜老化試驗(yàn)，分析再生瀝青路面膠結(jié)料抗老化性能，結(jié)果表明不同再生方法所得的再生瀝青路面膠結(jié)料的抗老化性能均能夠滿足路用要求。

瀝青路面；膠結(jié)料；SBS；再生性能

隨著我國(guó)多數(shù)瀝青路面進(jìn)入大中修階段，舊瀝青路面回收料（RAP）的再生利用受到人們?cè)絹?lái)越多的重視[1]。舊瀝青路面膠結(jié)料的再生利用是舊瀝青路面再生的關(guān)鍵技術(shù)之一[2]，其再生性能將直接影響再生瀝青路面的使用壽命。高等級(jí)公路舊瀝青路面表面層多采用SBS改性瀝青[3]，其熱再生利用率有待提高。因此，對(duì)SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能的研究具有重要意義。

1 舊瀝青路面膠結(jié)料性能分析

通過離心抽提、阿布森法[4]回收得到12種不同來(lái)源的舊瀝青路面膠結(jié)料，通過軟化點(diǎn)、布氏黏度、延度、針入度、動(dòng)態(tài)剪切流變和簡(jiǎn)支梁彎曲蠕變等試驗(yàn)，測(cè)試舊瀝青路面膠結(jié)料的性能指標(biāo)值，并對(duì)其進(jìn)行性能分析及老化等級(jí)劃分。

1.1 舊瀝青路面膠結(jié)料性能測(cè)試

由上述6種試驗(yàn)方法測(cè)得舊瀝青路面膠結(jié)料的性能指標(biāo)值，見表1。

表1 SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料性能指標(biāo)值

1.2 舊瀝青路面膠結(jié)料老化等級(jí)劃分

舊瀝青路面膠結(jié)料的老化程度用舊瀝青老化系數(shù)評(píng)價(jià)[5]，其數(shù)值按下式計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

由表2中可見：軟化點(diǎn)值的相對(duì)變化系數(shù)較小，基本保持在0.5以內(nèi)；黏度值的相對(duì)變化系數(shù)超過2，其余3個(gè)指標(biāo)的變化系數(shù)也大于0.5，說明在評(píng)價(jià)舊瀝青路面膠結(jié)料老化程度時(shí)，相對(duì)于其他4個(gè)指標(biāo)，軟化點(diǎn)具有一定的局限性。綜合考慮以上因素，初步選取135℃黏度、疲勞設(shè)計(jì)溫度、25℃針入度為舊瀝青路面膠結(jié)料老化等級(jí)劃分指標(biāo)。

由圖1可見，疲勞設(shè)計(jì)溫度值與135℃黏度值呈現(xiàn)一致的變化趨勢(shì)，說明在對(duì)舊瀝青路面膠結(jié)料進(jìn)行老化程度分級(jí)時(shí)，兩個(gè)指標(biāo)具有可替代性，而現(xiàn)今對(duì)舊瀝青路面膠結(jié)料進(jìn)行再生時(shí)，主要是控制黏度指標(biāo)以恢復(fù)舊瀝青的流變性能，且動(dòng)態(tài)剪切流變儀價(jià)格昂貴，一般設(shè)計(jì)、施工單位不具備試驗(yàn)條件[6]，不便于大量推廣，因此對(duì)舊瀝青路面膠結(jié)料老化程度進(jìn)行分級(jí)時(shí)，最終選取135℃黏度、25℃針入度為舊瀝青路面膠結(jié)料老化等級(jí)劃分指標(biāo)。

表2 舊瀝青主要技術(shù)性能指標(biāo)老化系數(shù)

圖1 舊瀝青135℃黏度與疲勞設(shè)計(jì)溫度變化趨勢(shì)圖

以12種舊瀝青路面膠結(jié)料的135℃黏度值為研究對(duì)象，以SBS改性瀝青初始黏度值1.6 Pa·s及《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）規(guī)定的極限值3 Pa·s為劃分依據(jù)，將舊瀝青路面膠結(jié)料劃分為3檔；再以舊瀝青路面膠結(jié)料的25℃針入度值為研究對(duì)象，以測(cè)試5℃延度、-12℃蠕變勁度時(shí)由黏性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔训呐R界值所對(duì)應(yīng)的舊瀝青路面膠結(jié)料針入度值為劃分依據(jù)，將12種舊瀝青路面膠結(jié)料劃分為6個(gè)老化等級(jí)，見表3。

表3 舊瀝青路面膠結(jié)料老化程度分級(jí)

2 再生材料性能

2.1 再生機(jī)理

舊瀝青再生，從化學(xué)的角度來(lái)看，是瀝青老化的逆過程。根據(jù)瀝青膠體結(jié)構(gòu)理論，以老化性能及等級(jí)劃分的研究為基礎(chǔ)，針對(duì)回收瀝青的老化程度，選擇合適的再生方法，在提高再生瀝青流變性能的同時(shí)，盡量提高舊瀝青路面膠結(jié)料的摻量。以組分調(diào)和作為方法依據(jù)，以相容性理論作為理論依據(jù)，具體措施通常是摻加新瀝青材料或者再生劑。

2.2 再生劑

瀝青再生劑是摻加到再生瀝青混合料中，用于恢復(fù)已老化瀝青性能的添加劑[7]。根據(jù)《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG F41-2008）的要求，選用的再生劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)酿ざ?、良好的流變性質(zhì)、足夠的芳香分含量和較低的薄膜烘箱試驗(yàn)黏度比等特性[8]。

基于本研究中舊瀝青路面膠結(jié)料芳香分含量較少的現(xiàn)實(shí)，筆者從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上選取了2種富芳香分再生劑，經(jīng)測(cè)試，性能見表4。由表4可見，這2種再生劑的主要區(qū)別在于60℃黏度差異較大，薄膜加熱試驗(yàn)（TFOT）后質(zhì)量損失及黏度比均符合規(guī)范要求。

表4 再生劑性能指標(biāo)

2.3 新瀝青材料

試驗(yàn)所用新瀝青為SBS改性瀝青，其主要性能指標(biāo)見表5。

表5 SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

3 SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能評(píng)價(jià)

3.1 再生瀝青性能恢復(fù)評(píng)價(jià)

在江蘇省高等級(jí)公路上面層常采用SBS改性瀝青，因此本研究中再生SBS類瀝青的目標(biāo)值為針入度50 ×10-1mm、黏度1.6±0.1 Pa·s。

3.1.1 再生劑對(duì)舊瀝青再生性能的影響

針對(duì)SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料的老化性能，加入一定摻量的2個(gè)不同黏度等級(jí)的再生劑，測(cè)試舊瀝青路面膠結(jié)料再生后的針入度、黏度指標(biāo)值，從而針對(duì)不同老化程度的舊瀝青路面膠結(jié)料選取較合適的再生劑種類及摻量。

對(duì)黏度大于1.6 Pa·s的不同老化程度的SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料加入再生劑A或再生劑B，摻量取3%、5%、7%、9%、11%進(jìn)行研究，通過布氏黏度和針入度試驗(yàn)測(cè)試再生后瀝青的135℃黏度值及針入度值，繪制黏度、針入度與再生劑摻量的關(guān)系圖，如圖2～6所示。

圖2 3#、4#舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能

圖3 5#、6#舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能

圖4 7#、8#舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能

圖5 9#、10#舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能

圖6 11#、12#舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能

由圖2～6可知，隨著再生劑摻量的增加，黏度呈逐漸減小趨勢(shì)，針入度呈逐漸增大趨勢(shì)，兩個(gè)指標(biāo)均呈現(xiàn)出不同程度的恢復(fù)。

以再生SBS類瀝青的目標(biāo)針入度值50×10-1mm及黏度值1.6±0.1 Pa·s為基準(zhǔn)，由圖2可知，3#、4#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度不是很大，而針入度較大，因此選用黏度較大的再生劑B，且其建議再生劑摻量分別為4%、5%。

由圖3可知，5#、6#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度和針入度都不是很大，因此再生劑A或再生劑B均可以，且其建議再生劑摻量分別為7%再生劑A或8%再生劑B、9.5%再生劑A或11%再生劑B。

由圖4可知，7#、8#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度不是很大，而針入度很小，因此選用黏度較小的再生劑A，且其建議再生劑摻量分別為7%、8.5%，但單摻再生劑不能使黏度和針入度同時(shí)達(dá)到目標(biāo)值，因此需加入新SBS改性瀝青。

由圖5可知，9#、10#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度很大而針入度不是很小，因此選用黏度較小的再生劑A，且其建議再生劑摻量分別為8.5%、9.7%。

由圖6可知，11#、12#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度很大而針入度很小，因此選用黏度較小的再生劑A，且其建議再生劑摻量分別為11.5%、11.6%，但是單摻再生劑其黏度指標(biāo)得到恢復(fù)時(shí)，針入度指標(biāo)仍然偏小，因此需加入新SBS改性瀝青。

基于上述分析的再生方法，以上10種舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能見表6。

3.1.2 新瀝青對(duì)舊瀝青路面膠結(jié)料再生性能的影響

由于1#、2#舊瀝青路面膠結(jié)料的黏度低于SBS改性瀝青的原始黏度值，因此應(yīng)在1#、2#舊瀝青路面膠結(jié)料中加入新SBS改性瀝青，7#、8#、11#、12#舊瀝青路面膠結(jié)料的再生瀝青與1#、2#舊瀝青路面膠結(jié)料具有類似的性能特征，因此將新SBS改性瀝青以不同的比例（占瀝青總摻量）添加到以上6種瀝青樣品中，測(cè)試其135℃黏度、針入度指標(biāo)值，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表6 摻加再生劑后10種舊瀝青路面膠結(jié)料的再生性能

表7 摻加新SBS改性瀝青后6種瀝青路面膠結(jié)料的再生性能

通過表7可得：1#舊瀝青路面膠結(jié)料由于其黏度很低，因此需要采用較大的摻量進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)SBS改性瀝青的摻量高達(dá)80%時(shí)，其黏度指標(biāo)恢復(fù)到目標(biāo)值。其余5種瀝青路面膠結(jié)料的黏度、針入度基本保持在1.4 Pa·s、40×10-1mm左右，與目標(biāo)值相差不大，通過摻加50%左右的新SBS改性瀝青，即可使其性能指標(biāo)恢復(fù)直至接近目標(biāo)值。

3.2 再生瀝青路面膠結(jié)料的老化性能評(píng)價(jià)

通過上述分析可知，SBS類舊瀝青路面膠結(jié)料通過相應(yīng)的再生方法，其大部分性能指標(biāo)都可以恢復(fù)到目標(biāo)值附近，為了驗(yàn)證不同再生方法所得的再生瀝青路面膠結(jié)料的抗老化性能，本研究在再生性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取6種具有代表性的再生瀝青路面膠結(jié)料，通過薄膜加熱試驗(yàn)（TFOT）后的135℃黏度、25℃針入度指標(biāo)值與初始再生指標(biāo)值的比值來(lái)評(píng)價(jià)再生瀝青的抗老化性能，并對(duì)比分析不同再生方法得到的再生瀝青路面膠結(jié)料抗老化性能的差異。測(cè)試及計(jì)算結(jié)果見表8。

由表8可得，再生瀝青路面膠結(jié)料經(jīng)過老化后，其針入度比均大于65%，黏度均有所增大，且在接受范圍內(nèi)，說明再生瀝青路面膠結(jié)料抗老化性能均為良好。

表8 再生瀝青再次老化后的性能指標(biāo)

4 結(jié)論

（1）舊瀝青路面膠結(jié)料再生時(shí)，需綜合考慮黏度與針入度的恢復(fù)狀況，選擇添加再生劑或新瀝青材料。對(duì)于黏度較低的1#、2#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議新SBS改性瀝青摻量分別為80%、50%；對(duì)于黏度不是很大而針入度較大的3#、4#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議再生劑摻量分別為4%再生劑B、5%再生劑B；對(duì)于黏度和針入度都不是很大的5#、6#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議再生劑摻量分別為7%再生劑A或8%再生劑B、9.5%再生劑A或11%再生劑B；對(duì)于黏度不是很大而針入度很小的7#、8#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議再生劑摻量分別為7%再生劑A+50%新SBS改性瀝青、8.5%再生劑A+50%新SBS改性瀝青；對(duì)于黏度很大而針入度不是很小的9#、10#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議再生劑摻量分別為8.5%再生劑A、9.7%再生劑A；對(duì)于黏度很大而針入度很小的11#、12#舊瀝青路面膠結(jié)料，其建議再生劑摻量分別為11.5%再生劑A+50%新SBS改性瀝青、11.6%再生劑A+50%新SBS改性瀝青。（2）添加新瀝青的再生瀝青路面膠結(jié)料的抗老化性能稍優(yōu)于添加再生劑的抗老化性能；添加不同黏度等級(jí)再生劑的再生瀝青路面膠結(jié)料抗老化性能相近。（3）為充分發(fā)揮RAP中舊瀝青路面膠結(jié)料的作用，推薦使用再生劑進(jìn)行再生。

[1]拾方治，馬衛(wèi)民.瀝青路面再生技術(shù)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]馬濤，黃曉明，張永鵬.基于材料復(fù)合理論的老化瀝青再生規(guī)律[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，38（3）：520-525.

[3]康愛紅，陳娟，黃銘，等.舊SBS類瀝青路面膠結(jié)料性狀分析及老化等級(jí)評(píng)定[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，43（4）：726-730.

[4]交通部公路科學(xué)研究所.JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2011.

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[7]姚家鑫.瀝青再生劑的研制[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

A study on regeneration properties of reclaimed SBS asphalt

WU Zhengguang,LI Lujia,KANG Aihong
（1.College of Civil Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China;2.Jiangsu Hanjian Group,Yangzhou 225127,China）

Twelve kinds of reclaimed SBS modified asphalt binders of different aging degrees were obtained from representative asphalt pavements of a real project.Through indoor experiments,the recycling materials and recommended dosage which were adapted to the aging properties of reclaimed asphalt binders were put forward based on viscosity of 135℃and penetration of 25℃.The anti-aging performance of regenerated asphalt binders was analyzed by TFOT,which showed that the anti-aging performance of regenerated asphalt binders in different regeneration methods was able to properly meet the requirements of the road in use.

asphalt pavement;binder;SBS;regeneration properties

U414

A

1672-0679（2015）01-0048-05

（責(zé)任編輯：經(jīng)朝明）

2014-10-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51178409）；揚(yáng)州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（YZ2011108）;江蘇省“博士集聚計(jì)劃”（1301176C）

吳正光（1970-），男，江蘇高郵人，講師，從事道路工程研究，Email：zgwu@yzu.edu.cn。