氯丁膠乳對老化瀝青再生性能的影響研究

程曉鋒

(張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司 張家口市 075000)

瀝青路面翻修改建產(chǎn)生舊料廢棄問題，處理不當(dāng)易造成資源浪費和環(huán)境污染。目前，瀝青路面再生技術(shù)已運用到各等級公路， RAP再生利用及瀝青再生劑已是科研人員的研究熱點，再生劑的品質(zhì)直接影響著再生瀝青混合料的路用性能，而再生劑中輕質(zhì)油分易揮發(fā)及抗老化性能不足等缺陷導(dǎo)致老化瀝青再生效果不佳[1-3]。氯丁膠乳作為一種高聚物分子改性基高分子材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用建筑的防水、防滲、防腐等工程，其自身高溫穩(wěn)定性好、抗老化性強(qiáng)、耐水性好，長期浸泡在水中的壽命可達(dá)50年[4-5]。因此，本研究采用氯丁膠乳對老化瀝青進(jìn)行再生，通過再生瀝青三大指標(biāo)、低溫性能、抗老化性能對比兩種常用的國產(chǎn)再生劑分析氯丁膠乳對老化瀝青的再生效果。

1 實驗

(1)材料

國產(chǎn)再生劑A；國產(chǎn)再生劑B；國產(chǎn)陽離子氯丁膠乳，由環(huán)氧樹脂改性膠乳加入氯丁橡膠乳液及聚丙烯酸酯、合成橡膠、各種乳化劑、改性膠乳等所組成的高聚物膠乳，PH值6.0～7.5；SBS改性瀝青I-D級；老化瀝青，參照T 0610-2011瀝青旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(RTFOT)制備。

(2)試驗儀器

針入度儀，軟化點儀，延度儀，高速剪切機(jī)，旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱，彎曲梁流變儀。

(3)老化瀝青制備

將改性瀝青加熱至流動狀態(tài)后注入盛樣瓶中，稱取質(zhì)量后將盛樣瓶放入163℃±0.5℃下預(yù)熱不小于16h的旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱的環(huán)形架上，控制環(huán)形架轉(zhuǎn)速為15r/min，同時以4000mL/min流速向盛樣瓶中通入熱空氣，烘箱溫度在10min內(nèi)上升到163℃后開始計時，85min后逐步取樣，制備得到老化瀝青。

(4)試驗方法

加熱老化瀝青至140℃，分別摻入0、2%、4%、6%、8% (占老化瀝青質(zhì)量比重)的國產(chǎn)再生劑A、國產(chǎn)再生劑B、氯丁膠乳，通過剪切試驗機(jī)以5000r/min的速率剪切30min，然后靜置8h制備再生瀝青。對再生瀝青的針入度、延度、軟化點、低溫性能、抗老化性能進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 三大指標(biāo)

2.1.1針入度

針入度是評價瀝青粘性的指標(biāo)，針入度越小，瀝青粘度越大，反之越小。不同比例再生劑摻量下的再生瀝青針入度見圖1。

圖1 不同比例再生劑摻量下再生瀝青針入度

由圖1可知，添加國產(chǎn)再生劑A與國產(chǎn)再生劑B的再生瀝青針入度隨再生劑摻量的增大線性增大，且國產(chǎn)再生劑A各摻量針入度恢復(fù)情況均優(yōu)于國產(chǎn)再生劑B；添加氯丁膠乳的再生瀝青針入度減小，且隨著氯丁膠乳摻量的增加不斷減小，減小幅度不大，這是由于氯丁膠乳破乳后聚氯丁二烯分子分散吸附在老化瀝青表面，加強(qiáng)了瀝青分子間的作用力，從而導(dǎo)致了瀝青粘度增大，針入度減小，因此氯丁膠乳的摻量不宜過大，后續(xù)延度和軟化點試驗研究選用再生劑摻量為4%，此摻量情況下國產(chǎn)再生劑A與國產(chǎn)再生劑B針入度均能恢復(fù)到規(guī)范要求范圍。

2.1.2延度

延度是評價瀝青塑性的指標(biāo)，延度越大，瀝青的塑性越好。4%再生劑摻量下的再生瀝青延度試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同再生劑下再生瀝青延度

由圖2可知，國產(chǎn)再生劑A、國產(chǎn)再生劑B、氯丁膠乳再生瀝青的延度分別為33.6cm、25.7cm、30.8cm，原樣瀝青和老化瀝青的延度為32.4cm、17.6cm，表明國產(chǎn)再生劑A、國產(chǎn)再生劑B和氯丁膠乳均提高了老化瀝青的延度，從而改善了老化瀝青的塑性，其中國產(chǎn)再生劑A的延度恢復(fù)效果最好，氯丁膠乳次之，國產(chǎn)再生劑B恢復(fù)效果最差。

2.1.3軟化點

軟化點是反映瀝青溫度敏感性的指標(biāo)，軟化點越高，瀝青溫度敏感性越弱，抗車轍能力越好，反之，抗車轍能力越差。在自然因素和車輛荷載的作用下，瀝青變脆變硬，流動性變差，抗車轍能力增強(qiáng)，為恢復(fù)老化瀝青性能，需加入再生劑恢復(fù)瀝青流變性能。4%再生劑摻量下的再生瀝青軟化點試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同再生劑下瀝青軟化點

由圖3可知，國產(chǎn)再生劑A、國產(chǎn)再生劑B、氯丁膠乳均降低了再生瀝青的軟化點，且明顯低于老化瀝青，表明再生劑的加入降低了老化瀝青的高溫性能。氯丁膠乳對老化瀝青軟化點的恢復(fù)程度最大，軟化點恢復(fù)至接近原樣瀝青水平，恢復(fù)程度優(yōu)于兩種國產(chǎn)再生劑。

2.2 低溫性能

根據(jù)美國SHRP瀝青結(jié)合料低溫蠕變性能試驗[6]，通過彎曲梁流變試驗(BBR)測試-12℃不同再生劑摻量下勁度模量S和蠕變速率m，試驗結(jié)果見圖4、圖5所示。

圖4 不同比例再生劑摻量下瀝青低溫蠕變勁度S

圖5 不同比例再生劑摻量下再生瀝青蠕變速率m

由圖4、圖5可知，老化瀝青的低溫蠕變勁度模量隨再生劑摻量的增加呈減小趨勢，蠕變速率均不斷增大，表明了三種再生劑對老化瀝青的低溫性能均有不同程度的改善，其中氯丁膠乳對老化瀝青低溫勁度模量與蠕變速率改善較大，恢復(fù)接近至原樣瀝青性能，且明顯優(yōu)于兩種國產(chǎn)再生劑。由此可知，氯丁膠乳能較大程度改善老化瀝青的低溫性能。

2.3 抗老化性能

再生瀝青需具有較好的抗老化性能才能保證路面使用年限，這樣才能體現(xiàn)出瀝青再生利用的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)，采用旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗 (T0610-2011)對再生瀝青進(jìn)行二次老化，老化后質(zhì)量損失如表1所示。

表1 不同再生劑摻量下旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化后瀝青質(zhì)量變化

由表1可知，隨著兩種國產(chǎn)再生劑的摻量增加，瀝青質(zhì)量損失逐漸變大，這是由于再生劑中的輕質(zhì)油分高溫下易揮發(fā)，影響了再生瀝青的抗老化性能。氯丁膠乳再生瀝青質(zhì)量損失較小，且隨著摻量的增加沒有明顯變化，表明氯丁膠乳自身高溫性能和抗老化性能較好，從而對再生瀝青的質(zhì)量變化影響較小，提高了再生瀝青的抗老化性能。

3 結(jié)論

(1)對比分析氯丁膠乳及兩種國產(chǎn)再生劑對老化瀝青三大指標(biāo)的恢復(fù)程度，研究表明，氯丁膠乳降低了老化瀝青的針入度，但在摻量不大的情況下影響較小。4%摻量下的氯丁膠乳及兩種國產(chǎn)再生劑均不同程度恢復(fù)了老化瀝青的延度和軟化點，在延度性能恢復(fù)程度上，國產(chǎn)再生劑A>氯丁膠乳>國產(chǎn)再生劑B；氯丁膠乳恢復(fù)老化瀝青軟化點接近至原樣瀝青，恢復(fù)程度明顯優(yōu)于兩種國產(chǎn)再生劑。

(2)氯丁膠乳能較好地恢復(fù)老化瀝青的低溫性能，且恢復(fù)程度明顯優(yōu)于兩種國產(chǎn)再生劑。

(3)通過旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗表明氯丁膠乳自身抗老化性能較好，具有良好的高溫穩(wěn)定性能，從而對再生瀝青的質(zhì)量變化影響較小。

(4)氯丁膠乳在恢復(fù)老化瀝青軟化點、低溫性能等方面的優(yōu)勢，有利于推動復(fù)合再生瀝青的發(fā)展，進(jìn)一步提高再生瀝青的質(zhì)量水平。