脱油沥青复合改性道路沥青的性能

2019-04-15郝增恒盛兴跃

筑路机械与施工机械化 2019年3期

刘攀，李璐，郝增恒, 2，盛兴跃，张毅

(1.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆 401336； 2.招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067)

0 引言

随着溶剂脱沥青技术的快速发展，产生了大量的脱油沥青(DOA)，中国每年产生的DOA达千万吨，且产量还将逐年增加。DOA的主要成分为胶质、沥青质及少量油分，不同原料及工艺生产的DOA性能差异较大，但软化点高、黏度大、针入度低是其共同特性[1-2]。DOA通常作为廉价的燃料油使用，但这样并不能发挥其自身的优点，且造成资源浪费，不利于环保。因此，DOA的合理利用一直是研究的焦点。

DOA价格低廉，用于生产道路沥青是一个可行的技术方案[3-6]，但其脆性较大，不适合直接铺筑路面。将DOA掺入基质沥青能显著提高沥青的高温稳定性，但对混合料的低温抗裂性及水稳定性不利。SBS是目前应用最为广泛的沥青改性剂，可以改善沥青的高低温性能、疲劳性能及抗开裂强度，提髙路面的使用性能，并延长路面的使用寿命[7-9]。赵睿等对DOA/SBS调和改性70#沥青进行了试验研究，发现掺加DOA后，改性沥青软化点升高，针入度和5 ℃延度減小，黏度增大，高温性能得到改善[10]；孔令云等研究揭示了10%DOA、2%SBS复配改性沥青可到达4%SBS改性沥青的水准，混合料的低温抗裂性及水稳定性均满足要求[11]。本文将DOA、SBS与70#基质沥青复合制得改性沥青，研究其路用性能，并对其经济性进行分析，研究成果可以为该项技术的推广应用提供支撑。

1 试验准备

1.1 主要原材料

1.1.1 脱油沥青

选择4种脱油沥青(DOA)，分别编号为DOA1、DOA2、DOA3和DOA4，基本性能指标如表1所示。

表1 DOA的基本性质

从表1可以看出，DOA的软化点高，针入度及延度低，说明DOA黏度大、黏结性差、脆性大，这是由于DOA本身含有的重质组分较多而导致的。在利用DOA时，要考虑其对沥青及沥青混合料性能的影响。

1.1.2 基质沥青及改性剂

基质沥青为韩国SK-70#道路沥青，基本性能指标如表2所示；采用SBS 1301-1(YH-791H)改性剂，线性结构，嵌段比为30/70。

1.2 DOA/SBS复合改性沥青的制备

DOA/SBS复合改性沥青的制备方式有2种：如DOA与基质沥青混合均匀后，再加入SBS改性；或者首先制备SBS改性基质沥青，再掺入DOA。本文采用以上2种方式制备DOA/SBS复合改性沥青，并对比其性能，确定合适的制备工艺。

表2 SK-70#道路沥青的基本性质

2 不同DOA的性能及应用分析

2.1 DOA种类对沥青性能的影响

不同原油或不同工艺所得的DOA性能有所差别，考察DOA种类对沥青常规性能指标的影响，DOA掺量均为10%，试验结果如表3所示。

表3 DOA种类对沥青常规性能指标的影响

在基质沥青中掺入DOA后，沥青的针入度降低，软化点升高，延度降低，旋转黏度增大，蜡含量增加。不同种类的DOA对沥青性能的影响不同，就针入度和延度而言，DOA4改性沥青最佳，DOA3改性沥青次之，DOA2改性沥青再次，DOA1改性沥青最差；就软化点而言，DOA2改性沥青最佳，DOA1改性沥青次之，DOA3改性沥青再次，DOA4改性沥青最差；就旋转黏度而言，DOA1改性沥青最佳，DOA2改性沥青次之，DOA3改性沥青再次，DOA4改性沥青最差；就残留针入度比而言，DOA3改性沥青最佳，DOA2改性沥青次之，DOA1改性沥青再次，DOA4改性沥青最差。综合来看，DOA1改性沥青和DOA2改性沥青性能较差，DOA4改性沥青抗老化性能较差，且含蜡量较高，因此本文选择DOA3。

2.2 DOA掺量对沥青性能影响

选择DOA3，考察其掺量对沥青常规性能指标的影响，试验结果如表4所示。

表4 DOA掺量对沥青常规性能指标的影响

由表4可知，随着DOA3掺量的增加，改性沥青的针入度和延度逐渐减小，而软化点和旋转黏度逐渐增大。DOA的主要成分是胶质、沥青质和少量油分，它是一种高软化点的硬沥青。在基质沥青中加入DOA后会变硬，同时沥青中胶质和沥青质组分变多，使沥青变脆，导致延度下降。RTFOT后，残留针入度比随DOA3掺量的增加呈逐渐增大之势，表明DOA对改善沥青的抗老化性能是有利的。这是由于DOA中易挥发、易氧化的轻组分很少，所以其抗老化性能更好。综合以上分析，DOA掺量不宜过高，本文DOA3掺量选择为20%。

2.3 DOA/SBS复合改性沥青制备方式的影响

SBS作为一种橡胶弹性体，与沥青材料有着不同的物性特点，会显著改变沥青的性质[12]。DOA3掺量为20%时，向沥青体系掺加2%的SBS，考察DOA/SBS复合改性沥青制备方式对沥青常规性能指标的影响，试验结果如表5所示。

由表5可知，DOA/SBS复合改性沥青具有优异的综合性能。其中，方法1制备的改性沥青具有更高的软化点和延度，说明其热稳定性和低温延性更好。RTFOT后，方法1的残留针入度比较方法2更大，表明其抗老化性能更优。离析试验后，方法1的软化点差较小，证明其储存稳定性更佳。因此，本文采用方法1制备DOA/SBS复合改性沥青。

表5 DOA/SBS复合改性沥青制备方式对沥青常规性能指标的影响

2.4 SBS掺量对沥青性能的影响

DOA3掺量为20%时，采用方法1制备DOA/SBS复合改性沥青，考察SBS掺量对DOA/SBS复合改性沥青常规性能指标的影响，试验结果如表6所示。

由表6可知：DOA/SBS复合改性沥青的针入度高于DOA改性沥青，SBS的掺入明显提高了DOA改性沥青的延度，沥青体系的柔韧性和抗裂性得以提高，满足路用要求；对于软化点，DOA/SBS复合改性沥青最高，DOA改性沥青次之，基质沥青最低，说明复合改性沥青热稳定性更好；此外，SBS的掺入进一步提高了沥青体系的黏度，说明在相同温度下，DOA/SBS复合改性沥青的黏滞性更强；且在试验掺量下，改性沥青旋转黏度均未超过规范的最大值(3 mPa·s)；且RTFOT后，残留针入度比和延度整体呈上升趋势，说明SBS对改善沥青的抗老化性能有利。

表6 SBS掺量对沥青常规性能指标的影响

SBS掺量越高，在一定范围内对沥青体系的性能越有利，但综合考虑经济性及离析稳定性等因素，可以选用较低的SBS用量，从而达到降低成本的目的。综上所述，20%DOA、3%SBS复合改性沥青的性能指标基本满足SBS改性沥青的1-D级标准。

2.5 DOA/SBS复合改性沥青混合料的路用性能

沥青混合料作为路面材料，在使用的过程中受到车辆荷载的反复作用以及环境因素的长期作用[13-14]；因此，DOA/SBS复合改性沥青混合料应具有良好的路用性能，以保证路面正常使用。

图1 AC-13合成级配曲线

图2 SMA-13合成级配曲线

采用DOA/SBS复合改性沥青作为胶结料，分别取选玄武岩集料、石灰石矿粉、聚酯纤维等材料，其性能指标均满足相关规范的要求。集料的级配如图1、2所示，分别以最佳油石比5.0%、5.8%制备AC-13及SMA-13沥青混合料。DOA/SBS复合改性沥青混合料的制备方式分为湿法和干法，采用湿法有利于DOA与基质沥青混合均匀，对控制沥青混合料的性能稳定有利。因此，本文选择湿法制备DOA/SBS复合改性沥青混合料，综合评价DOA/SBS复合改性沥青混合料的路用性能，试验结果如表7所示。

由表7可知，对于AC-13和SMA-13混合料，掺入DOA后，沥青混合料的高温稳定性都增强，但低温抗裂性、疲劳性能和水稳定性有不同程度的下降。与SBS复合后，沥青混合料的低温抗裂性和疲劳性能都显著提升，水稳定性也有所增强，且高温性能更为优异。综合来看，DOA/SBS复合改性沥青混合料的各项性能均满足要求。