再生剂对老化SBS改性沥青性能的影响研究

2018-10-11崔川

交通科技 2018年5期

崔川

(保定市公路管理局保定 071000)

伴随着SBS改性沥青技术的成熟，其已广泛应用到了我国高速公路的上面层施工中[1]。但是，SBS改性沥青路面在使用中由于雨水的侵蚀、太阳的照射、空气的氧化、组分的挥发等共同作用，会逐渐老化，其物理性能严重下降，并且难以恢复到原始状态，我国每年都产生大量废旧SBS改性沥青混合料[2]。目前，基质沥青可以采用增加再生剂的方法来改善性能达到废旧沥青再利用的目的，但是SBS改性沥青由于添加了改性剂SBS，其再生机理与基质沥青有很大差异，基质沥青的再生剂及用量等经验不能直接用于SBS改性沥青的再生利用。

国内外学者对SBS改性沥青的再生机理、再生后高温稳定性和水稳定性、化学组分等方面对SBS改性沥青的再生进行了研究[3]。本文拟通过实验研究的方法对不同再生剂和再生剂添加量对老化SBS改性沥青性能的影响进行研究。

1 不同老化程度SBS改性沥青再生剂添加量实验

1.1 实验设计

选用新SBS改性沥青作为实验原料，采用4种不同的老化时间分别对其人工老化并测试其针入度、黏度、软化点和延度并与新SBS改性沥青作对比。然后，分别将4种老化SBS改性沥青添加不同量的再生剂，并测试其物理性能指标，与新SBS改性沥青和国家要求进行对比，研究不同老化程度的SBS改性沥青的性能随再生剂添加量增加的变化趋势。

1.2 SBS改性沥青老化处理及性能实验

将实验所用新SBS改性沥青按照相关试验规程分别对进行25 ℃针入度、5 ℃延度、软化点和135 ℃延度进行实验，并记录实验数据。对SBS改性沥青的老化根据《公路沥青及沥青混合料试验规程》采用旋转薄膜烘箱老化处理模拟沥青老化。老化处理中将烘箱的温度保持在165 ℃左右，老化处理的时间分别为4，6，8，10 h，将完成老化处理的沥青迅速放入到测定4大指标的模具中制备试样。老化处理后的SBS改性沥青的性能实验应该在老化处理完成后的48 h内完成，其性能实验结果整理见表1。

表1 新老沥青性能对比

由表1可见，新SBS改性沥青的各项性能指标均能满足国家相关标准，老化后随着老化时间的增加，其25 ℃针入度和5 ℃延度均呈减小趋势，且老化后的数据不能满足国家相关标准技术要求，究其原因是因为其发生了轻质组分挥发、氧化等一系列的化学和物理反应。软化点随着老化程度的上升呈现上升的趋势，135 ℃黏度随着老化程度呈现下降趋势，这2个指标虽然能够满足国家标准的相关技术要求，但是黏度越低、软化点越高在使用中尤其是在低温使用环境中使用寿命越低、越容易损坏，因此，老化SBS改性沥青性能全面下降且不能达到国家相关标准的技术要求。

1.3 再生SBS改性沥青的制备

添加再生剂前首先将再生剂置于130 ℃的烘箱中，待其达到流动状态将其与不同老化程度的沥青分别以一定的比例相混合，本研究中再生剂以老化沥青质量的3%，6%，9%和12%进行添加，添加完成后将其置于150 ℃的油中，采用油浴加热15 min并充分搅拌使再生剂和老化沥青均匀混合。

1.4 不同老化程度再生SBS改性沥青性能实验

根据规范要求，对不同老化程度的再生SBS改性沥青的25 ℃针入度、5 ℃延度、135 ℃黏度和软化点分别进行实验研究，将其数据整理见表2～表5。

表2 不同老化程度再生SBS改性沥青25 ℃针入度

表3不同老化程度再生SBS改性沥青5℃延度

再生剂添加质量分数/%以下老化时间/(h)延度/cm46810315.012.711.68.5618.816.815.612.8924.122.120.918.31229.728.326.323.9

表4 不同老化程度再生SBS改性沥青软化点

表5 不同老化程度再生SBS改性沥青黏度

由表2～5可见，加入再生剂以后SBS改性沥青的25 ℃针入度、5 ℃延度和软化点会逐渐恢复，并随着再生剂添加量的增加其性能逐渐好转。但是黏度指标并没有随着再生剂的添加逐渐向新SBS再生沥青的性能恢复，而是随着再生剂添加量的增加进一步变小，即性能进一步下降。

1.5 实验结果分析

查阅我国相关道路沥青技术标准，添加再生剂后的再生SBS改性沥青的各项性能均满足我国技术标准，但是添加再生剂对老化SBS改性沥青各项指标的影响不尽相同。老化SBS改性沥青中添加再生剂后针入度的改善非常明显，老化时间为4～8 h时，只要添加的再生剂适宜，即可达到甚至超过新SBS改性沥青的性能。对于延度指标的改善也非常明显，添加适量的再生剂以后其延度可接近新SBS改性沥青的性能，而且延度可达到添加以前的数倍，例如，老化10 h的试样添加12%的再生剂以后，其延度可达到添加前的508.5%。软化点指标在添加再生剂以后得到了一定程度的改善但是改善的效果并不明显，以数据最接近新SBS改性沥青的老化4 h、添加12%再生剂的沥青为例，其软化点为66.4 ℃，仅比添加再生剂以前降低了2.7 ℃，仍然比新SBS改性沥青高3.2 ℃。再生SBS改性沥青的黏度并没有因为添加再生剂而得到改善，相反添加再生剂以后其黏度反而进一步下降。

究其原因是因为再生剂本身只能对老化SBS改性沥青增加芳香酚，芳香酚本身是一种流动性好、分子量低的物质，加入后调整了再生SBS改性沥青的成分，改善了针入度和延度，但是会降低黏度。SBS改性沥青在老化的过程中不仅是成分组成比例的改变，其在老化过程中会降解分子链，再生剂本身无法修复降解的分子链，所以对软化点的改善不明显。

老化时间为4 h的老化SBS改性沥青添加再生剂9%时，其针入度最接近新SBS改性沥青，则其为该项指标的最佳添加量，而当老化时间加长到8 h后，再生剂的添加量为12%时其针入度与新SBS改性沥青最接近。由于各个性能指标的最佳再生剂添加量也略有差异，所以道路施工中最佳再生剂添加量应根据沥青的老化情况进一步研究确定。

2 复合再生剂添加研究

普通再生剂本身不能修复降解的分子链，难以全面恢复老化SBS改性沥青的性能，所以一般在老化沥青再生时除添加再生剂外还要添加适量的新SBS改性沥青[4]，但是根据其老化机理和国内外的相关研究，认为添加再生剂的同时添加含有双环氧基团的化合物同样可以起到全面恢复老化SBS改性沥青性能的作用。

2.1 试件的制备

本实验在SBS改性沥青的再生过程中采用含有双环氧基团的化合物和普通再生剂混合的复合再生剂，并在实验室中将其搅拌均匀，其与普通再生剂的主要区别为添加了含有双环氧基团的化合物，除了能够增加老化SBS改性沥青芳香酚以外，其中的含有双氧基团的化合物也能与老化SBS改性沥青发生反应对其性能产生影响。老化SBS改性沥青的制备及复合再生剂的添加量和添加方法与上文相同。

2.2 复合再生剂实验研究

上文已经对不同老化程度的SBS改性沥青的再生进行了研究，本次实验主要研究添加含有双环氧基团化合物复合再生剂与普通再生剂的区别，以及不同添加量对再生SBS改性沥青性能的影响，所以仅选取老化程度较高的老化时间为8 h的试样进行实验。根据规范要求对添加复合再生剂的再生SBS改性沥青的25 ℃针入度、5 ℃延度、135 ℃黏度和软化点分别进行实验研究，将其数据整理见表6。

表6 不同复合再生剂添加量的再生SBS改性沥青性能

由表6可见，采用添加双环氧基团的化合物的复合再生剂后，再生SBS改性沥青性能得到了全面的改善。为方便将其与添加普通再生剂的再生SBS改性沥青对比，将老化时间为8 h不同再生剂添加量的实验数据整理成图1～图4。

图1 25 ℃针入度对比图

图2 5 ℃延度对比图

图3 软化点对比图

图4 黏度对比图

由图1～图4可见，在对再生SBS改性沥青针入度的影响上，采用复合再生剂与普通再生剂差别不大。对延度的影响上，复合再生剂对再生SBS改性沥青的改善作用略微大于普通再生剂。同样添加量的情况下，添加复合再生剂的再生SBS改性沥青的软化点随着添加量的逐渐增加而降低，且明显低于添加普通再生剂，更接近新SBS改性沥青的软化点，对其性能的改善更加明显。添加复合再生剂的再生SBS改性沥青的黏度随着再生剂添加量的增加而逐渐增大，而添加普通再生剂的再生沥青黏度则随着再生剂的增加有减小的趋势，添加复合再生剂黏度逐渐向新SBS改性沥青接近，对再生SBS改性沥青的黏度有明显的改善作用。

添加复合再生剂的再生SBS改性沥青软化点和黏度性能明显优于添加普通再生剂的原因是，复合再生剂中所含有双环氧基团的化合物会与老化SBS改性沥青降解的产物发生接枝反应，部分恢复SBS改性沥青的分子特点，使其性能更接近于新SBS改性沥青。