新舊瀝青調和性能研究

聶濤

摘 要：本文選用70號基質瀝青和SBS改性瀝青對路面回收的老化瀝青進行調和，研究了調和瀝青的組成與性能之間的關系，分析了基質瀝青與改性瀝青對老化瀝青調和作用的差異。結果表明：相比于基質瀝青調和瀝青，改性瀝青調和瀝青的溫度敏感性更低，高溫穩定性更好;舊瀝青在調和瀝青中起到了改善高溫性能，提高其路用等級的作用。通過比較針入度和軟化點的計算值與實測值，驗證了調和瀝青計算公式的適應性，并提出修正方式。

關鍵詞：道路工程;調和瀝青;試驗研究;理論計算;流變學分析

0 引言

為了驗證調和瀝青的指標變化規律，本文從材料復合理論的角度，以舊瀝青和新瀝青為基質組分，研究兩組分含量和新瀝青類型與調和瀝青性能之間的關系，并對規范中提出的調和瀝青針入度和軟化點計算公式進行驗證。

1 原材料

基質瀝青采用殼牌70號A級瀝青。改性瀝青采用殼牌SBS（I-D）瀝青。舊瀝青從廣東某高速瀝青路面舊料回收而來。

2 試驗方法

基質瀝青與舊瀝青調和，記作調和瀝青1，比例分別為80：20，75：25和70：30。改性瀝青與舊瀝青調和時，記作調和瀝青2，比例分別為90：10，85：15和80：20。按照試驗規程[7]，分別檢測調和瀝青的針入度、軟化點、延度和135℃黏度等指標，并采用調和瀝青復合公式對針入度和軟化點進行計算，驗證公式的適用性和準確性。

公式（1）和公式（2）分別為調和瀝青針入度和軟化點計算公式[1]：

（式1）

式中Pmix，Pold和Pnew分別為調和瀝青、老化瀝青和新瀝青的25℃針入度，單位為0.1 mm，ɑ為調和瀝青中新瀝青的比例。

（式2）

式中Tmix，Told和Tnew分別為調和瀝青、老化瀝青和新瀝青的軟化點，單位為℃，ɑ為調和瀝青中新瀝青的比例。

3 結果與討論

3.1 調和瀝青常規指標分析

對兩類調和瀝青做基本性能測試，結果表明：

（1）兩種新瀝青與舊瀝青按比例混合后，調和瀝青的各項指標在數值上表現出明顯的疊加作用，調和瀝青所有指標均在新瀝青和舊瀝青指標之間。

（2）隨著調和瀝青中舊瀝青添加比例增高，兩類調合瀝青不同溫度下的針入度和延度均降低，調和瀝青1體系的軟化點和135℃動力粘度逐漸變大，而調和瀝青2體系的軟化點和135℃動力粘度逐漸減低。

3.2 調和瀝青復合公式計算

按照調和瀝青計算公式計算兩種調和瀝青針入度和軟化點，并與實測值進行對比。

針入度和軟化點計算公式對調和瀝青1體系適用，且具有較高的準確性，最大相對誤差為4.76%。對于調和瀝青2體系，軟化點計算值與實測值偏差大，最大相對誤差達到了14.03%，復合公式不適用;針入度偏差呈現出較好規律性，參考文獻報道[8]，可采用修正因子對復合公式進行修正，如公式（3）所示，各符號含義與公式（1）相同。本文中，修正因子A=3。

（式3）

3.3 流變性能分析

采用動態剪切流變儀測定調和瀝青在不同溫度條件下的復數模量（G*）和車轍因子（G*/sinθ）。研究表明，瀝青動態剪切試驗得到的復數模量G*與溫度T滿足公式（4）所示關系[9]。根據公式（4）計算各調和瀝青的復數模量指數（GTS），研究其高溫穩定性。

（式4）

式中，G*為復數模量，單位為Pa;T為測試溫度，單位為K;C為常數;GTS為復數模量指數，其絕對值越大，材料力學特性隨溫度變化明顯。

根據表1和表2中的結果，不同組成的調和瀝青復數模量與溫度的雙對數回歸直線的相關系數R2接近于1，擬合效果好。相比于調和瀝青1的體系，調和瀝青2的GTS數值絕對值更小，說明采用改性瀝青時，調和瀝青的溫度敏感性和穩定性更好。

瀝青的高溫穩定性采用瀝青車轍因子（G*/sinθ）表征，該數值越大，瀝青高溫抗變形能力越強。調和瀝青車轍因子試驗結果見圖1。

從上述圖表中看出，所有調和瀝青的車轍因子均隨舊瀝青摻加比例的提高而增大，基質瀝青高溫等級為PG64，添加舊瀝青后，所有調和瀝青的高溫等級均可達到PG70。采用改性瀝青調和舊瀝青時，改性瀝青和所有調和瀝青的高溫等級均可達到PG82。

4 結論

本研究根據不同比例的70號基質瀝青和SBS改性瀝青對舊瀝青進行調和，通過常規性能和流變性能對調和瀝青進行性能評價。主要結論如下：

（1）調和瀝青的各項指標在數值上表現出明顯的加權疊加作用。

（2）改性瀝青作為新瀝青時，采用調和瀝青軟化點計算公式得到計算值與實測值相差較大，最大相對誤差達到14.03%，針入度計算公式可采用修正因子修正。

（3）GTS計算結果表明：采用改性瀝青調和舊瀝青時，調和瀝青的溫度敏感性更低，高溫穩定性更好。

（4）車轍因子試驗結果表明：舊瀝青的加入對調和瀝青的高溫性能有改善作用，調和瀝青的路用等級提高。

參考文獻：

[1]黃曉明，趙永利.瀝青路面再生利用理論與實踐[M]. 北京：科學出版社，2014.

[2]王前東.調和瀝青SBS改性效果研究[J].中外公路，2012（32）：268-272.

[3]JTG/T 5521-2019，公路瀝青路面再生技術規范[S].交通運輸部公路科學研究院，2019.

[4]曹青霞，魏定邦，張國宏，等.調和瀝青的紅外光譜與DSR相關性研究[J].中國建材科技，2017（26）：61-66.

[5]陳守明，陳顯，鄒異紅，等.混合瀝青法制備調和瀝青的性能研究[J].石化技術與應用，2011（29）：151-155.

[6]呂偉民，李立寒.幾種聚合物改性瀝青性能的比較[J]. 石油瀝青，1998（3）：6.

[7]JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[8]方楊，黃建躍，林志遠，等.改性瀝青制備廠拌熱再生混合料的試驗研究[J].公路，2015（6）：277-280.

[9]徐恕，李海蓮，魏朋，等.基于復數模量指數法的橡膠瀝青生產工藝參數評價[J].公路交通科技（應用技術版），2016（11）：93-96.