基于SBS改性沥青特征指标的多次再生评价

邹桂莲，鄢 然，张 陈

(华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510641)

基于SBS改性沥青特征指标的多次再生评价

邹桂莲，鄢 然，张 陈

(华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510641)

为更好地对回收的SBS改性沥青路面材料进行循环利用，采用延度、弹性恢复率、黏度、黏韧性等特征性指标对改性沥青多次老化再生效果进行评价。结果表明:随着老化与再生次数增多，各指标对老化与再生的敏感性不同，延度、韧性指标最敏感;多次老化再生的效果逐渐变差，典型的流变特性逐渐丧失，建议对SBS改性沥青进行3次以上再生时，可考虑将之作为老化的普通沥青使用。

SBS改性沥青;多次再生;效果评价;特征指标

1 试验材料与研究方法

1．1 试验材料

试验采用某国产品牌SBS(I-D)改性沥青，主要性能指标如表1所示。再生剂技术指标如表2所示，其满足《公路沥青路面再生技术规范》(JTG F41—2008)的相关要求。

表1 SBS改性沥青主要技术指标

表2 再生剂主要技术指标

1．2 老化方法与再生剂掺量

研究采用室内模拟老化试验对SBS改性沥青进行老化，这种方式获得的老化沥青性能稳定、易于操作、可重复性好。大量研究表明，旋转薄膜烘箱能够很好地模拟施工过程的老化，再经过压力老化容器(PAV)老化后，沥青的老化程度相当于路面使用5～8年。

研究表明，再生剂对沥青各技术指标的恢复不是同步的，因此以25℃针入度恢复至原样沥青水平来确定再生剂的掺量(表3)。再生剂掺量为9%(占沥青的质量百分数)时老化后沥青针入度水平恢复到与原样沥青相当，故选定9%为再生剂掺量，后续的二次再生、三次再生均采用相同的再生剂掺量以便对比分析。

2 多次再生对针入度的影响

中国采用针入度分级体系评价沥青，针入度反映的是一种条件黏度，针入度指数反映沥青的感温特性。本试验中SBS改性沥青多次老化及再生后的针入度及针入度指数如表4所示。

试验结果表明，随着老化与再生次数增多，沥青越来越难以完全恢复到老化前的针入度水平，再生效果越来越差，沥青越来越硬，感温性随之降低。

3 多次再生对延度的影响

延度反映沥青在受到外力拉伸作用时的塑性变形能力。规范中规定测试SBS改性沥青延度的温度为5℃，但多次深度老化使得沥青延展性迅速下降，难以测定5℃延度，因此将试验温度提升至10℃，试验结果如表5所示。从表5可见，随着再生次数增加，沥青延度逐渐下降，而延度与沥青的低温性能相关，延度下降，沥青变脆，低温性能变差［18］。延度指标对老化与再生很敏感，一次老化与再生已经使延度迅速下降。

表3 再生前后沥青的针入度和软化点

表4 针入度试验结果

4 多次再生对弹性恢复性能的影响

弹性恢复率是反映SBS改性沥青的特征性指标之一，与SBS改性沥青抵抗永久变形能力密切相关。作为典型的流变材料，SBS改性沥青受力产生变形，外力撤销后，将产生瞬时弹性恢复、延迟弹性恢复以及不可恢复的永久变形。弹性恢复试验是检测沥青流变特性的方法，但具体试验规程各国有所不同:德国、法国是将SBS改性沥青拉伸20 cm后10 s时剪断，测定30 min恢复率;美国的AASHTO 301-95是在拉伸20 cm并持载5 min后剪断，测定1 h的恢复率;ASTM D 6084-97以及中国的现行规程采用拉伸10 cm后立即剪断，测定1 h的恢复率。为更好地反映SBS改性沥青的流变特性，本研究设计的延性测试方法为:在25℃下将沥青试件拉伸至10 cm后，保持10 min再剪断，测试沥青试件剪断后各时间点的弹性恢复率，如果试件在持载等待时间内断裂，则从断裂时开始计时，试验结果如图1所示。试验中，二次老化样品在拉至10 cm并保持3 min后自行断裂，三次老化样品在拉伸过程中已断裂，说明沥青持载能力越来越差。试验结果表明，卸载剪断后SBS改性沥青的前10 min主要体现瞬时弹性恢复能力，10 min后弹性恢复逐渐减缓，主要体现延迟弹性恢复特性。老化对SBS改性沥青的弹性恢复率影响显著，一次老化后弹性恢复率下降最明显，随着老化次数的增加，弹性恢复率越来越小，但是下降趋势减缓。一次再生后弹性恢复率的恢复明显，与原样沥青差别不显著，但是二次、三次再生后，恢复能力逐渐下降;二次再生SBS改性沥青的瞬时弹性恢复能力损失较小，但是延迟弹性回复能力下降明显;三次再生后，SBS改性沥青的瞬时弹性恢复能力以及延迟弹性恢复能力均显著持续下降。这说明随着老化程度加深，SBS改性沥青中有效的弹性成分越来越少，而流变特性的改变必将影响路面抵抗永久变形的能力。

表5 延度试验结果

图1 老化再生次数与恢复时间对弹性恢复率的影响

5 多次再生对沥青黏韧性的影响

黏韧性是改性沥青的特征性指标之一，用以评价改性沥青的黏结力和握裹力。SBS改性沥青具有较大的黏韧性，尤其是较大的韧性。韧性反映了内聚黏结强度，韧性部分越大，凝聚力越大，材料在荷载作用下抵抗剪切变形的能力越强，高温性能越好。另一方面，韧性越大，材料发生破坏时需要消耗的能量越大，因而材料的疲劳性能越好。多次老化再生SBS改性沥青的黏韧性试验结果如表6所示。

试验结果表明:老化对SBS改性沥青的黏韧性影响较大，随着老化次数的增加黏韧性迅速下降，其中韧性下降更加明显;再生后，黏韧性有所恢复，但韧性部分恢复较小;三次老化与再生后，改性沥青的韧性部分几乎消失。

表6 黏韧性试验结果

图2是SBS改性沥青与70#普通沥青的荷载变形曲线，可见SBS改性沥青具有明显的韧性部分，70#普通沥青则接近于针形，几乎没有韧性部分，主要体现为黏性。

图3为二次老化与再生后的SBS改性沥青的黏韧性试验结果。从图3可以看出，二次老化后SBS改性沥青的韧性消失，二次再生后黏韧性得到一些恢复，但是韧性部分已经不明显，随着三次老化与再生，曲线形态基本与70#普通沥青一致，呈针状，没有明显的韧性部分［19］。

图2 SBS改性沥青与70#基质沥青荷载变形曲线

图3 SBS改性沥青二次老化与二次再生荷载变形曲线

6 多次再生对沥青黏度的影响

黏度是反映沥青流变性能的重要指标，60℃黏度与沥青在工作温度范围内的高温抗车辙能力相关联，而高温黏度可以反映沥青的泵送性能与施工和易性，一般采用135℃作为测试温度［20］。本文采用毛细管动力黏度与Brookfield旋转黏度计分别测定SBS沥青多次老化及再生前后的60℃黏度与100℃以上的高温黏度。试验结果表明，原样沥青的60℃动力黏度为16206 Pa·s，一次老化后黏度增大为48倍，达到776880 Pa·s，一次再生后黏度恢复至100347 Pa·s，是原样沥青的6倍多，沥青老化性能得到明显恢复，但无法恢复至原有黏度水平。高温黏度测试结果如图4所示。从图4可以看出，SBS改性沥青黏度随着老化次数增加而增加，第三次老化后沥青的黏温曲线要明显高于二次老化和一次老化沥青的黏温曲线;随着再生次数增加，高温黏度指标的恢复效果变差，一次再生黏度恢复较好，二次再生的黏度恢复效果显著下降，三次再生黏度恢复最不显著，说明多次老化后的SBS改性沥青与再生剂的相容性越来越差。

图4 多次老化与再生对高温黏度的影响

7 结语

本文通过针入度指标确定再生剂用量，然后采用延度、弹性恢复率、黏度、黏韧性等指标对SBS改性沥青的多次老化与再生效果进行评价，主要结论如下。

(1)随着老化与再生次数增多，沥青越来越难以完全恢复到老化前的技术指标水平，但是各指标的敏感程度不一，其中延度、黏韧性、韧性指标对老化影响最敏感，一次老化后迅速下降，一次再生的效果表现不佳。针入度、黏度、弹性恢复率指标虽然也随着老化次数与再生次数增多越来越差，但第一次再生指标恢复效果较好，针入度以及针入度指数的显著下降发生在第三次老化与再生。

(2)SBS改性沥青一次再生后弹性恢复明显，与原样沥青差别不显著，但是二次再生、三次再生后，恢复能力逐渐下降，二次再生SBS改性沥青的瞬时弹性恢复能力损失较小，而延迟弹性回复能力下降明显，三次再生后，SBS改性沥青的瞬时弹性恢复能力以及延迟弹性恢复能力均显著持续下降。

(3)随着再生次数增加，高温黏度指标的恢复效果变差，一次再生黏度恢复较好，二次再生的黏度恢复效果显著下降，三次再生黏度恢复最不显著，说明多次老化后的SBS改性沥青与再生剂的相容性越来越差，施工和易性与碾压特性将受到负面影响。

(4)SBS沥青多次老化再生的效果逐渐变差，SBS典型的流变特性逐渐丧失，总体而言，一次、二次再生指标恢复相对较好，三次再生指标已经显著衰减，因此建议对SBS改性沥青进行三次或三次以上的再生时可考虑将之作为老化的普通沥青进行应用。

研究中，沥青与再生剂的混合充分，但在实际工程中，旧SBS沥青混合料与再生剂得不到如此充分的混合，因此再生效果将进一步下降，后续将通过老化的沥青胶砂以及沥青混合料进一步评价SBS改性沥青的多次再生效果。

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Evaluation of Effect of Repeated Recycling on Properties of SBS Modified Asphalt

ZOU Gui-lian，YAN Ran，ZHANG Chen
(School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China)

In order to better recycle SBS modified asphalt pavement materials，the effects of repeated aging and recycling on the modified asphalt were evaluated by the characteristic indices such as ductility，elastic recovery rate，viscosity and tenacity．The results show that with the increase of the times of aging and recycling，the sensitivity of each index differs，and the ductility and tenacity were the most sensitive;the effect of repeated recycling gradually deteriorates，and the typical rheological properties are gradually lost．It is recommended that SBS asphalt which has been recycled for more than three times should be regarded as ordinary aged asphalt．

SBS modified asphalt;repeated recycling;effect evaluation;characteristic index

U414．03

B

1000-033X(2017)09-0059-05

0 引 言

目前，国内首批大规模使用SBS改性沥青铺筑的沥青路面已经使用超过20年，2000年后大量铺筑的SBS改性沥青路面也已使用十几年，这些路面已经进入大修、重建阶段，这将产生大量的废旧SBS改性沥青路面材料。为更好地对材料进行循环利用，研究SBS改性沥青的再生及多次再生机理与效果具有重要意义［1-3］。

国外对SBS改性沥青再生机理与效果开展了大量的研究［4-7］，但是结论并不统一，有研究认为老化过程使得SBS改性剂明显降解，再生并不能恢复改性沥青的特有性质，再生SBS改性沥青混合料抗疲劳能力较差;也有研究认为，通过对老化SBS改性沥青进行再生试验，发现老化SBS改性沥青性能得到恢复，SBS改性沥青再生是可行的。国内的一些学者与道路工作者也相继开展了SBS改性沥青及其混合料的再生性与机理研究［8-12］，有学者认为通过恰当的方式可以实现SBS改性沥青的完全再生;也有研究认为再生剂对SBS改性沥青的再生效果不佳，再生SBS改性沥青的耐久性与低温性能较差［13-17］。本文采用针入度、延度、弹性恢复率、黏度、黏韧性等指标评价SBS改性沥青的多次老化与再生恢复效果。

2017-03-04

国家科技支撑课题项目(2014BAC07B01)

邹桂莲(1971-)，女，黑龙江牡丹江人，博士，教授，研究方向为道路材料、路面工程、桥面铺装等。

［责任编辑:高 甜］