SBS改性瀝青溫拌再生初步試驗研究

努爾麥麥提·阿卜力米提，胡立琴，劉 宏

(1. 成都理工大學，成都 610059； 2. 成都東軟學院，成都 611844)

當前國內(nèi)對溫拌基質(zhì)瀝青再生技術(shù)的研究日益成熟，同時，目前國內(nèi)公路建設(shè)多采用SBS改性瀝青，因此，為提升SBS改性瀝青路用性能、延長公路使用壽命，亟需對溫拌再生改性瀝青再生技術(shù)進行研究[1]。國內(nèi)外的研究主要集中在有機物、化學試劑以及泡沫瀝青等的溫拌方法以及再生混合料方面，并且已取得了不少學術(shù)成就[2-4]。有學者研究了溫拌改性瀝青結(jié)合料的疲勞特性，并與混合料的疲勞特性進行對比，發(fā)現(xiàn)溫拌改性瀝青結(jié)合料的疲勞特性與熱拌混合料相比具有一定的優(yōu)勢，但優(yōu)勢并不顯著[5-6]。再生混合料中再生瀝青的性能極大程度上決定了混合料的耐久性[1]，而目前針對溫拌再生改性瀝青基本特性的研究較少，基于此，本文對溫拌再生改性瀝青的部分技術(shù)性能展開研究，研究成果可應(yīng)用于道路建設(shè)工程中，為道路節(jié)能環(huán)保、降低工程造價、提升道路性能提供參考。

1 再生劑與溫拌劑制備

1.1 再生劑制備

鑒于環(huán)氧化合物中的官能團可與二嵌段(SB)的端羥基和端羧基發(fā)生反應(yīng)，使得二嵌段恢復為三嵌段(SBS)，從而使老化的SBS改性劑性能得以恢復，且催化滲透劑可以加速這種反應(yīng)的發(fā)生，因此，向普通再生瀝青中添加2%～10%(步長為2%)的環(huán)氧官能團化合物、5%的催化滲透劑，在130 ℃～150 ℃溫度下，經(jīng)過速度為300 rpm、時間為10 min的攪拌，得到新的再生劑A。將含有不同比例環(huán)氧官能團的再生劑在165 ℃的條件下通過高速剪切機加入經(jīng)過壓力老化試驗(PAV)的SBS改性瀝青中，制得5種再生SBS改性瀝青。對5種再生SBS改性瀝青的針入度、軟化點、延度三大指標和彈性恢復率進行檢測，再生SBS改性瀝青技術(shù)指標檢測結(jié)果如表1所示。其中，原樣SBS改性瀝青是指未經(jīng)老化的SBS改性瀝青，其他再生瀝青是指經(jīng)過老化后添加不同摻量再生劑的SBS改性瀝青，下同。

表1 再生SBS改性瀝青技術(shù)指標檢測結(jié)果

由表1可知：

(1) 隨著環(huán)氧官能團摻量的增加，針入度呈現(xiàn)降低的變化規(guī)律，軟化點、延度和彈性恢復呈現(xiàn)增加的變化規(guī)律，但以上指標均在10%摻量時出現(xiàn)降低波動。試驗結(jié)果表明：環(huán)氧官能團的加入能夠有效改善老化的SBS改性劑的相關(guān)性能，使老化的SBS改性劑得以再生，這主要是由于環(huán)氧官能團與SBS改性劑中的斷鏈發(fā)生了反應(yīng)[7]。

(2) 當環(huán)氧官能團摻量為8%時，再生SBS改性瀝青各項技術(shù)指標均滿足技術(shù)要求，且和原樣SBS技術(shù)指標接近；當環(huán)氧官能團摻量超過8%時，相關(guān)性能出現(xiàn)了降低波動。試驗結(jié)果表明：8%的環(huán)氧官能團摻量可以有效改善SBS改性劑性能，可以使已經(jīng)發(fā)生性能降解的改性劑性能得以恢復。

(3) 選定環(huán)氧官能團摻量為8%的再生劑制得的瀝青作為最佳再生SBS改性瀝青。

1.2 溫拌劑制備

根據(jù)已有研究[2]，溫拌劑原材料采用35%陽離子表面活性劑、5%醇類化合物及60%去離子水。溫拌劑制備步驟如下：

① 將35%陽離子表面活性劑加入60%去離子水中，在35 ℃溫度下攪拌2 h；② 加入5%醇類化合物，在35 ℃溫度下攪拌1.5 h；③ 于室溫下靜置4 h。

通過以上步驟，制得溫拌劑B。

2 溫拌再生SBS改性瀝青性能試驗

2.1 技術(shù)指標性能分析

向含8%再生劑A的再生SBS改性瀝青中加入溫拌劑B，劑量為4%～10%(步長為2%)，得到溫拌再生SBS改性瀝青C產(chǎn)品。對C產(chǎn)品的針入度、軟化點、延度三大指標進行檢測，溫拌再生SBS改性瀝青三大指標檢測結(jié)果如表2所示。

表2 溫拌再生SBS改性瀝青三大指標檢測結(jié)果

由表2可知：

(1) 溫拌劑B的加入對溫拌再生SBS改性瀝青的技術(shù)性能有影響，但對于針入度和延度的改變幅度不大。

(2) 溫拌劑B的加入使得溫拌再生SBS改性瀝青針入度逐步提升，有效改善了其低溫性能。

(3) 溫拌劑B的加入使得溫拌再生SBS改性瀝青軟化點呈現(xiàn)逐步降低的規(guī)律，表明溫拌劑B對材料的高溫性能有不利影響。

(4) 溫拌劑B的加入使得溫拌再生SBS改性瀝青延度出現(xiàn)了較為明顯的增加，表明溫拌劑B對提升材料塑性具有顯著效果。

2.2 旋轉(zhuǎn)黏度試驗分析

旋轉(zhuǎn)黏度是施工控制的重要指標，主要表征結(jié)合材料的流動性能和對集料的整體裹覆性，是施工和易性的重要體現(xiàn)。現(xiàn)對不同再生劑和溫拌劑摻量下的溫拌再生SBS改性瀝青材料展開旋轉(zhuǎn)黏度試驗分析，溫拌再生SBS改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度檢測結(jié)果如表3所示。

表3 溫拌再生SBS改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度檢測結(jié)果

由表3可知：

(1) 在摻加再生劑A時，隨著環(huán)氧官能團摻量的增加，再生SBS改性瀝青在135 ℃和175 ℃條件下的旋轉(zhuǎn)黏度均逐步提升，表明環(huán)氧官能團的加入使老化的SBS改性劑性能得到有效改善，使已經(jīng)老化的SBS改性瀝青再生，黏度逐步恢復、延性提升。同時可以看出，再生劑A摻量為8%時，老化的瀝青基本恢復初始性能，再次表明8%為再生劑A的最佳摻量[8]。

(2) 在摻加溫拌劑B時，隨著溫拌劑摻量的增加，溫拌再生SBS改性瀝青在135 ℃和175 ℃條件下的旋轉(zhuǎn)黏度均出現(xiàn)了下降的情況，表明溫拌劑B可以降低結(jié)合料的黏度，這就使得在拌和過程中不需要達到過高溫度，也能達到預(yù)期的溫拌效果。

2.3 高溫性能分析

相關(guān)研究及上述研究成果表明[9]，溫拌劑的加入能夠使SBS改性瀝青結(jié)合料的低溫性能提升、高溫性能降低，為更好地評價溫拌再生SBS改性瀝青的高溫抗變形能力，現(xiàn)在最佳再生劑A摻量(8%)條件下，對不同摻量溫拌劑B的臨界溫度進行研究分析，溫拌再生SBS改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度檢測結(jié)果如表4所示。

表4 溫拌再生SBS改性瀝青旋轉(zhuǎn)黏度檢測結(jié)果

由表4可知：

(1) 溫拌劑B摻量的增加使得溫拌再生SBS改性瀝青的臨界溫度降低，溫拌劑B摻量由0增至10%后，臨界溫度降低率達到了7.6%，整體降幅較小。

(2) 臨界溫度降低主要是由于在水和熱瀝青的環(huán)境下，35%陽離子表面活性劑可以在瀝青結(jié)合料內(nèi)部形成自由面，使瀝青內(nèi)部的相對移動更順暢，這也是造成溫拌再生SBS改性瀝青高溫抗變形能力降低的原因之一。

由前述結(jié)論和相關(guān)研究可知[2]，溫拌劑的加入對低溫性能有提升作用，因此本文不再對低溫性能做進一步研究分析。

3 結(jié)論

(1) 環(huán)氧官能團的加入能夠有效改善老化的SBS改性劑的相關(guān)性能，這是由于環(huán)氧官能團與SBS改性劑中的斷鏈發(fā)生反應(yīng)，使老化的SBS改性劑得以再生。環(huán)氧官能團摻量為8%時制得的再生SBS改性瀝青性能最佳。

(2) 溫拌劑B的加入對溫拌再生SBS改性瀝青的技術(shù)性能有影響，但對針入度和延度的改變幅度不大。溫拌劑B的加入對高溫性能不利，但整體影響不大，因此具體摻配比例應(yīng)根據(jù)施工需求現(xiàn)場確定。

(3) 對于再生劑A來說，隨著環(huán)氧官能團含量的提升，再生SBS改性瀝青在135 ℃和175 ℃條件下的旋轉(zhuǎn)黏度均逐步提升，逐步恢復了老化的SBS改性劑的黏性，并使其流動性能提升；隨著溫拌劑B摻量的增加，溫拌再生SBS改性瀝青溫拌效果明顯。

(4) 溫拌劑B摻量由0增至10%后，溫拌再生SBS改性瀝青的臨界溫度降低率達到了7.6%，整體降低幅度較小。35%陽離子表面活性劑可以在瀝青結(jié)合料內(nèi)部形成自由面，使得瀝青內(nèi)部的相對移動更順暢，這也是造成溫拌再生SBS改性瀝青高溫抗變形能力降低的原因之一。