再生劑對老化SBS改性瀝青性能的影響研究

崔 川

(保定市公路管理局 保定 071000)

伴隨著SBS改性瀝青技術(shù)的成熟，其已廣泛應(yīng)用到了我國高速公路的上面層施工中[1]。但是，SBS改性瀝青路面在使用中由于雨水的侵蝕、太陽的照射、空氣的氧化、組分的揮發(fā)等共同作用，會逐漸老化，其物理性能嚴(yán)重下降，并且難以恢復(fù)到原始狀態(tài)，我國每年都產(chǎn)生大量廢舊SBS改性瀝青混合料[2]。目前，基質(zhì)瀝青可以采用增加再生劑的方法來改善性能達(dá)到廢舊瀝青再利用的目的，但是SBS改性瀝青由于添加了改性劑SBS，其再生機(jī)理與基質(zhì)瀝青有很大差異，基質(zhì)瀝青的再生劑及用量等經(jīng)驗(yàn)不能直接用于SBS改性瀝青的再生利用。

國內(nèi)外學(xué)者對SBS改性瀝青的再生機(jī)理、再生后高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性、化學(xué)組分等方面對SBS改性瀝青的再生進(jìn)行了研究[3]。本文擬通過實(shí)驗(yàn)研究的方法對不同再生劑和再生劑添加量對老化SBS改性瀝青性能的影響進(jìn)行研究。

1 不同老化程度SBS改性瀝青再生劑添加量實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計

選用新SBS改性瀝青作為實(shí)驗(yàn)原料，采用4種不同的老化時間分別對其人工老化并測試其針入度、黏度、軟化點(diǎn)和延度并與新SBS改性瀝青作對比。然后，分別將4種老化SBS改性瀝青添加不同量的再生劑，并測試其物理性能指標(biāo)，與新SBS改性瀝青和國家要求進(jìn)行對比，研究不同老化程度的SBS改性瀝青的性能隨再生劑添加量增加的變化趨勢。

1.2 SBS改性瀝青老化處理及性能實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)所用新SBS改性瀝青按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程分別對進(jìn)行25 ℃針入度、5 ℃延度、軟化點(diǎn)和135 ℃延度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對SBS改性瀝青的老化根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化處理模擬瀝青老化。老化處理中將烘箱的溫度保持在165 ℃左右，老化處理的時間分別為4，6，8，10 h，將完成老化處理的瀝青迅速放入到測定4大指標(biāo)的模具中制備試樣。老化處理后的SBS改性瀝青的性能實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在老化處理完成后的48 h內(nèi)完成，其性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理見表1。

表1 新老瀝青性能對比

由表1可見，新SBS改性瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，老化后隨著老化時間的增加，其25 ℃針入度和5 ℃延度均呈減小趨勢，且老化后的數(shù)據(jù)不能滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，究其原因是因?yàn)槠浒l(fā)生了輕質(zhì)組分揮發(fā)、氧化等一系列的化學(xué)和物理反應(yīng)。軟化點(diǎn)隨著老化程度的上升呈現(xiàn)上升的趨勢，135 ℃黏度隨著老化程度呈現(xiàn)下降趨勢，這2個指標(biāo)雖然能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)要求，但是黏度越低、軟化點(diǎn)越高在使用中尤其是在低溫使用環(huán)境中使用壽命越低、越容易損壞，因此，老化SBS改性瀝青性能全面下降且不能達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

1.3 再生SBS改性瀝青的制備

添加再生劑前首先將再生劑置于130 ℃的烘箱中，待其達(dá)到流動狀態(tài)將其與不同老化程度的瀝青分別以一定的比例相混合，本研究中再生劑以老化瀝青質(zhì)量的3%，6%，9%和12%進(jìn)行添加，添加完成后將其置于150 ℃的油中，采用油浴加熱15 min并充分?jǐn)嚢枋乖偕鷦┖屠匣癁r青均勻混合。

1.4 不同老化程度再生SBS改性瀝青性能實(shí)驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范要求，對不同老化程度的再生SBS改性瀝青的25 ℃針入度、5 ℃延度、135 ℃黏度和軟化點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將其數(shù)據(jù)整理見表2～表5。

表2 不同老化程度再生SBS改性瀝青25 ℃針入度

表3不同老化程度再生SBS改性瀝青5℃延度

再生劑添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%以下老化時間/(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改性瀝青軟化點(diǎn)

表5 不同老化程度再生SBS改性瀝青黏度

由表2～5可見，加入再生劑以后SBS改性瀝青的25 ℃針入度、5 ℃延度和軟化點(diǎn)會逐漸恢復(fù)，并隨著再生劑添加量的增加其性能逐漸好轉(zhuǎn)。但是黏度指標(biāo)并沒有隨著再生劑的添加逐漸向新SBS再生瀝青的性能恢復(fù)，而是隨著再生劑添加量的增加進(jìn)一步變小，即性能進(jìn)一步下降。

1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

查閱我國相關(guān)道路瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，添加再生劑后的再生SBS改性瀝青的各項(xiàng)性能均滿足我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但是添加再生劑對老化SBS改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)的影響不盡相同。老化SBS改性瀝青中添加再生劑后針入度的改善非常明顯，老化時間為4～8 h時，只要添加的再生劑適宜，即可達(dá)到甚至超過新SBS改性瀝青的性能。對于延度指標(biāo)的改善也非常明顯，添加適量的再生劑以后其延度可接近新SBS改性瀝青的性能，而且延度可達(dá)到添加以前的數(shù)倍，例如，老化10 h的試樣添加12%的再生劑以后，其延度可達(dá)到添加前的508.5%。軟化點(diǎn)指標(biāo)在添加再生劑以后得到了一定程度的改善但是改善的效果并不明顯，以數(shù)據(jù)最接近新SBS改性瀝青的老化4 h、添加12%再生劑的瀝青為例，其軟化點(diǎn)為66.4 ℃，僅比添加再生劑以前降低了2.7 ℃，仍然比新SBS改性瀝青高3.2 ℃。再生SBS改性瀝青的黏度并沒有因?yàn)樘砑釉偕鷦┒玫礁纳疲喾刺砑釉偕鷦┮院笃漯ざ确炊M(jìn)一步下降。

究其原因是因?yàn)樵偕鷦┍旧碇荒軐匣疭BS改性瀝青增加芳香酚，芳香酚本身是一種流動性好、分子量低的物質(zhì)，加入后調(diào)整了再生SBS改性瀝青的成分，改善了針入度和延度，但是會降低黏度。SBS改性瀝青在老化的過程中不僅是成分組成比例的改變，其在老化過程中會降解分子鏈，再生劑本身無法修復(fù)降解的分子鏈，所以對軟化點(diǎn)的改善不明顯。

老化時間為4 h的老化SBS改性瀝青添加再生劑9%時，其針入度最接近新SBS改性瀝青，則其為該項(xiàng)指標(biāo)的最佳添加量，而當(dāng)老化時間加長到8 h后，再生劑的添加量為12%時其針入度與新SBS改性瀝青最接近。由于各個性能指標(biāo)的最佳再生劑添加量也略有差異，所以道路施工中最佳再生劑添加量應(yīng)根據(jù)瀝青的老化情況進(jìn)一步研究確定。

2 復(fù)合再生劑添加研究

普通再生劑本身不能修復(fù)降解的分子鏈，難以全面恢復(fù)老化SBS改性瀝青的性能，所以一般在老化瀝青再生時除添加再生劑外還要添加適量的新SBS改性瀝青[4]，但是根據(jù)其老化機(jī)理和國內(nèi)外的相關(guān)研究，認(rèn)為添加再生劑的同時添加含有雙環(huán)氧基團(tuán)的化合物同樣可以起到全面恢復(fù)老化SBS改性瀝青性能的作用。

2.1 試件的制備

本實(shí)驗(yàn)在SBS改性瀝青的再生過程中采用含有雙環(huán)氧基團(tuán)的化合物和普通再生劑混合的復(fù)合再生劑，并在實(shí)驗(yàn)室中將其攪拌均勻，其與普通再生劑的主要區(qū)別為添加了含有雙環(huán)氧基團(tuán)的化合物，除了能夠增加老化SBS改性瀝青芳香酚以外，其中的含有雙氧基團(tuán)的化合物也能與老化SBS改性瀝青發(fā)生反應(yīng)對其性能產(chǎn)生影響。老化SBS改性瀝青的制備及復(fù)合再生劑的添加量和添加方法與上文相同。

2.2 復(fù)合再生劑實(shí)驗(yàn)研究

上文已經(jīng)對不同老化程度的SBS改性瀝青的再生進(jìn)行了研究，本次實(shí)驗(yàn)主要研究添加含有雙環(huán)氧基團(tuán)化合物復(fù)合再生劑與普通再生劑的區(qū)別，以及不同添加量對再生SBS改性瀝青性能的影響，所以僅選取老化程度較高的老化時間為8 h的試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)規(guī)范要求對添加復(fù)合再生劑的再生SBS改性瀝青的25 ℃針入度、5 ℃延度、135 ℃黏度和軟化點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將其數(shù)據(jù)整理見表6。

表6 不同復(fù)合再生劑添加量的再生SBS改性瀝青性能

由表6可見，采用添加雙環(huán)氧基團(tuán)的化合物的復(fù)合再生劑后，再生SBS改性瀝青性能得到了全面的改善。為方便將其與添加普通再生劑的再生SBS改性瀝青對比，將老化時間為8 h不同再生劑添加量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理成圖1～圖4。

圖1 25 ℃針入度對比圖

圖2 5 ℃延度對比圖

圖3 軟化點(diǎn)對比圖

圖4 黏度對比圖

由圖1～圖4可見，在對再生SBS改性瀝青針入度的影響上，采用復(fù)合再生劑與普通再生劑差別不大。對延度的影響上，復(fù)合再生劑對再生SBS改性瀝青的改善作用略微大于普通再生劑。同樣添加量的情況下，添加復(fù)合再生劑的再生SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)隨著添加量的逐漸增加而降低，且明顯低于添加普通再生劑，更接近新SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)，對其性能的改善更加明顯。添加復(fù)合再生劑的再生SBS改性瀝青的黏度隨著再生劑添加量的增加而逐漸增大，而添加普通再生劑的再生瀝青黏度則隨著再生劑的增加有減小的趨勢，添加復(fù)合再生劑黏度逐漸向新SBS改性瀝青接近，對再生SBS改性瀝青的黏度有明顯的改善作用。

添加復(fù)合再生劑的再生SBS改性瀝青軟化點(diǎn)和黏度性能明顯優(yōu)于添加普通再生劑的原因是，復(fù)合再生劑中所含有雙環(huán)氧基團(tuán)的化合物會與老化SBS改性瀝青降解的產(chǎn)物發(fā)生接枝反應(yīng)，部分恢復(fù)SBS改性瀝青的分子特點(diǎn)，使其性能更接近于新SBS改性瀝青。

3 工程應(yīng)用

試驗(yàn)路段位于保定市境內(nèi)某省道，分為2段，分別采用添加普通再生劑的再生SBS改性瀝青和添加復(fù)合再生劑的再生SBS改性瀝青，再生劑的添加量統(tǒng)一為9%，采用鉆芯取樣的方法取樣并分別對其性能進(jìn)行試驗(yàn)，將其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表7。

表7 試驗(yàn)路段添加不同再生劑的瀝青性能

試驗(yàn)路段實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，添加2種再生劑的瀝青性能均能滿足國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。試驗(yàn)路段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果基本吻合，添加2種再生劑的25 ℃針入度和5 ℃延度性能相差不大，但是添加復(fù)合再生劑的瀝青軟化點(diǎn)和135 ℃黏度性能明顯優(yōu)于添加普通再生劑的瀝青。

4 結(jié)論

1) SBS改性瀝青再生劑通過向老化SBS改性瀝青添加芳香酚的方式可以顯著改善再生SBS改性瀝青的針入度和延度，對軟化點(diǎn)也有一定的改善作用，但是并不能改善再生瀝青的黏度，所以在道路建設(shè)中如采用再生SBS改性瀝青，在加入再生劑的同時必須同時加入新的SBS改性瀝青以全面改善其性能。

2) 采用含有雙環(huán)氧基團(tuán)化合物的復(fù)合再生劑除了對針入度和延度2個指標(biāo)的改善作用非常大之外，對軟化點(diǎn)和黏度也有很好的改善作用，所有的主要性能指標(biāo)均能接近或達(dá)到新SBS改性瀝青的性能，完全可以應(yīng)用于道路建設(shè)。

3) 在道路建設(shè)中，各地回收的老化SBS改性瀝青的老化程度不同，其最佳再生劑添加量也不相同，所以在道路建設(shè)中應(yīng)該根據(jù)回收的老化SBS改性瀝青的程度進(jìn)一步研究。