SBS改性沥青二次老化性能分析

2014-12-25王渭萍陶正文

交通运输研究 2014年23期

王渭萍，陶正文

（1.江西交通工程咨询监理中心，江西南昌330000；2.江西省交通咨询公司，江西南昌330000）

0 引言

目前，我国高速公路绝大多数为沥青路面。按照国家公路发展规划及高速公路的使用状况来看，每年需要大修的高速公路将超过在建的规模。沥青路面再生技术是将需要翻新改造的旧沥青路面，通过铣刨、回收、筛分，再和再生剂、添加剂、新矿料、新沥青混合，重新拌和成满足道路建设需要的再生沥青混合料，并应用于路道面层和基层的整套生产技术[1]。沥青路面再生技术能最大限度地利用废旧沥青路面混合料，节省大量的矿料和沥青资源，是我国公路建设可持续发展的重要组成部分。SBS改性沥青混合料广泛应用于我国各地区高速公路面层，该类沥青路面再生利用的关键技术就是SBS改性沥青混合料的再生沥青。已有研究表明，SBS改性沥青的老化机理为基质沥青的老化和SBS改性剂的降解[2-3]，添加再生剂仅改善了基质沥青四种组分的配伍性，而无法恢复已降解的SBS改性剂[4-5]。高海云通过试验研究了老化SBS改性沥青再生利用的可行性，认为掺加自制再生剂，可使老化的SBS改性沥青恢复到与原样SBS改性沥青相同的技术标准，且再生SBS改性沥青的抗疲劳性能及抗老化性能优于原样SBS改性沥青[6]。但对于再生沥青的二次老化及混合料的性能，目前研究甚少。本研究通过对SBS改性沥青原样、第一次老化、再生、二次老化及其混合料的性能进行试验分析，探究SBS改性沥青二次老化性能变化规律，为沥青路面再生技术的发展提供理论参考。

1 SBS改性沥青二次老化性能分析

本文采用我国高等级沥青路面面层常用的SBS改性沥青作为研究对象。按照现行的《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），对原样沥青通过薄膜烘箱加热试验进行老化，然后添加8%的S—250沥青再生剂对第一次老化的沥青进行再生，最后，对再生的沥青利用薄膜烘箱加热试验进行第二次老化。分别测定原样、第一次老化、再生、第二次老化的SBS改性沥青的针入度（25℃，0.1mm）、软化点（5℃）、延度（5℃）和黏度（135℃）。再生剂的性能指标如表1 所示。原样、第一次老化、再生和第二次老化的SBS改性沥青的各项指标试验结果如表2所示。

表1 S—250沥青再生剂性能指标

表2 SBS改性沥青试样试验结果

从表2中可以得出结论。

（1）SBS改性沥青在两次老化的过程中，针入度和延度都减小，软化点和黏度都增加。原样沥青中，大小分子含量较合理。在高温环境下，大分子间的作用力较大，分子移动阻力较大，运动速度慢，起到骨架支撑作用；小分子组分虽然比较容易移动，但受到大分子的约束，填充于骨架中，因而表现为较好的高温性能；低温环境下，分子运动比较困难，但由于原样沥青分子量分布较宽，大量小分子存在于大分子之间起到增塑和增韧作用，故低温性能也比较好。沥青老化后，小分子如芳香分含量减少，大分子含量相对增加。沥青质的增加使得沥青的延性变差，高温黏度增加，具体体现在沥青的路用性能指标上是：针入度越来越小，软化点越来越高，延度越来越低，黏度越来越大。

（2）在第一次老化处理加入再生剂后，SBS改性沥青的各项性能指标得到一定程度的恢复，即再生沥青的针入度升高，软化点下降，延度升高，黏度下降。从流变学的角度讲，当再生沥青的黏度恢复到原样沥青的水平时，表明沥青得到了再生。故沥青再生时，以黏度恢复为主要控制指标。此时，再生沥青的针入度得到了一定程度的恢复，但比原样沥青低，软化点下降比较显著，甚至比原样沥青更低，这是因为再生剂中含有较多的芳香分，延度指标恢复却很不理想。

SBS改性沥青第一次老化与第二次老化各项性能指标变化如表3所示。

表3 两次老化SBS改性沥青性能变化

从表3 中可以看出，第一次和第二次老化后，SBS 改性沥青的针入度和黏度变化幅度相差不大，但软化点和延度的变化幅度差异显著。第一次老化过程中，SBS 改性沥青软化点的上升幅度较小，仅为0.4℃，但第二次老化过程中，软化点上升达到7.6℃，比第一次老化软化点的增加值多7.2℃。可见，SBS改性沥青在经历重复老化后，再生剂添加的芳香分在老化过程中较容易失去，从而使软化点变化更显著。同样，从延度下降的趋势可以看出，随着老化次数的增加，沥青的低温性能降低幅度也越来越大。

2 混合料二次老化性能分析

2.1 级配设计

采用的沥青为原样、第一次老化、再生和第二次老化后的SBS改性沥青。采用的粗集料为料场集中取料，以玄武岩为主，细集料为机制砂。填料采用石灰岩磨细矿粉，矿粉相对密度为2.743，亲水系数为0.78。粗、细集料、矿粉的筛分结果及矿料级配曲线如表4 所示，混合料级配曲线如图1所示。通过马歇尔试验确定再生沥青混合料的最佳沥青用量为4.6%。

表4 混合料矿料级配组成

图1 混合料矿料级配曲线

2.2 路用性能

（1）高温稳定性

参照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），在60℃、0.7MPa 条件下进行车辙试验，试验结果如表5所示。

表5 车辙试验结果

从表5可以看出，四类SBS改性沥青混合料的动稳定度均大于3 000次/mm，满足规范要求。SBS改性沥青老化后，混合料的高温稳定性有所提高，再生剂的加入使混合料的高温稳定性基本恢复到原样沥青混合料的水平。但第一次老化后，混合料的动稳定度增加了1 600 次/mm，而第二次老化后混合料的动稳定度仅增加了422 次/mm。而从表3 可以看出，SBS 改性沥青的软化点在第二次老化中上升的幅度远大于第一次老化中上升的幅度。第一次老化过程中，SBS改性沥青软化点的上升是由于芳香分的散失造成的，同时由于沥青胶质含量的增加、稠度的增大，混合料的高温稳定性大幅增加。而在第二次老化过程中，SBS改性沥青混合料的高温性能并没随着沥青软化点的大幅升高而明显增加，这是因为虽然沥青的软化点上升较大，但由于经过较长时间老化，SBS改性沥青中的SBS改性剂被降解，严重影响了混合料的高温稳定性。可见，在SBS改性沥青的再生中，应考虑加入适量的SBS改性剂，以提高混合料的性能。

（2）低温抗裂性

在温度为-10℃、速率为50mm/min的试验条件下进行小梁低温弯曲试验，试验结果见表6。

表6 小梁低温弯曲试验结果

由表6可知：从抗弯拉强度来看，混合料的低温性能随着沥青的老化而有所下降，但下降幅度并不大；从弯拉应变来看，混合料的低温性能随着沥青的老化下降比较明显，特别是第二次老化后，混合料的低温性能不能满足规范要求。第一次老化后的沥青加入再生剂后，混合料的最大弯拉应变恢复程度很小，而沥青经历第二次老化后，混合料的最大弯拉应变下降十分显著，混合料最大弯拉应变的变化规律与沥青延度变化规律相同，可见加入再生剂并不能使沥青混合料的低温性能得到很好的恢复，混合料的低温性能随着沥青老化程度的加大而加速下降。

低温劲度模量是综合反映沥青混合料在低温下的应力和应变性能，弯拉模量在一定程度上反映了混合料的柔性，一般来说，弯拉模量越小，表明混合料柔性越好。从表6中可以看出，随着沥青的老化，混合料的柔性减小；再生剂的加入使混合料的柔性得到一定程度的恢复，但经历第二次老化后，混合料的弯曲进度模量增长迅速。可见，经历重复老化后，混合料的低温性能下降得越来越快。

（3）水稳定性

按现行规范要求进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，试验结果见表7。