2023-04-12
 
基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究
2023年04月12日   阅读量:5672

摘 要:

为了研究再生剂对SBS改性沥青及沥青混合料的性能的影响规律,本文采用不同再生剂掺量,对RAP中的SBS改性沥青进了再生恢复试验,测试了再生沥青的常规技术性能与PG等级,并测试了再生混合料路用性能。研究结果表明:再生剂的掺入改善了SBS改性沥青的黏滞性,并提高了低温性能;再生剂的掺量对SBS改性沥青的PG分级具有一定的影响,表现在高低温临界温度上,当再生剂掺量达到某一数值后,再生SBS改性沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性增量不再显著,存在一个最佳再生剂掺量,使得SBS改性沥青混合料的高温稳定性达到最大值。


关键词: 再生剂;RAP;性能恢复;PG分级;路用性能


0 引言

对废旧沥青路面材料进行资源化利用已经成为了一个不可阻挡的趋势,贴合我国低碳环保理念 [1-2]沥青网sinoasphalt.com。我国从 20 世纪 90 年代起便开始了 RAP 的相关研究工作,并在 21 世纪初于广佛高速上进行了厂拌热再生技术,直至现在,厂拌热再生技术在我国已经得到大规模推广应用,其掺配率达到了 20% ~ 30%[3-5]。但是在国内对于再生剂对废旧沥青的恢复的研究方面仍然存在许多问题,主要表现在关于再生剂的相关技术标准缺乏,沥青性能的恢复程度仅依靠针入度进行评判的合理性存疑,沥青混合料路用性能与沥青再生效果之间的关系研究不够透彻,实验室内的再生剂添加方式与施工现场不相符等 [6-9]。特别是再生剂使用方式与实际情况的脱节,导致了先前的研究存在一定的缺陷,此外,有关利用再生剂恢复废旧 SBS 改性沥青及沥青混合料性能的研究相对较少 [10]。在再生剂对沥青再生机理方面,主要有组分理论和黏度复合理论两种。组分理论认为再生剂补充了沥青老化过程中丢失的组分,调节了沥青四组分之间的比例 ;而粘度复合理论则认为再生剂的掺入对沥青的黏度带来了变化,常见的黏度复合方程有 :Arrhenius 复合方程、Grunberg-Nissan 黏度复合模型、黏度对数复合方程、黏度复合二次对数方程和修正黏度偏离指数的黏度对数再生方程等 [11-14]。


基于上述背景,本文研究了再生剂对 SBS 改性沥青及沥青混合料的性能的影响规律,采用不同再生剂掺量,对 RAP 中的 SBS 改性沥青进了再生恢复试验,测试了再生沥青的常规技术性能与 PG 等级,并测试了再生混合料的路用性能。


 1 试验设计

1.1 原材料

本文所采用的沥青再生剂为 RA102 型,RAP 为某高速公路上面层 AC-16 的铣刨料,原沥青为 SBS I-C,测得其沥青含量为 4.3%,RAP 级配情况及变异系数见表 1。对 RAP 中回收的沥青进行技术性能检测,检测结果汇总于表 2 ;RAP 中的粗集料及细集料,以及本文所采用的新粗集料、新细集料以及矿粉的技术性能均满足规范要求。

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com


表 1 显示,从不同位置取料进行筛分后,对于任一筛孔,其通过率变异系数均小于 20%,这表明本文所采用的 RAP 的级配变异不大,这对于后续混合料级配设计的稳定性具有较大的意义。


1.2 试验设计

由于 RAP 抽提后进行沥青再生的方式与工程实际情况不符,本文将 RAP 与沥青再生剂先进行混合料再生。具体方法如下,将 RAP 预热至 110℃,分别掺入 0%、5%、10%、15%、20% 的再生剂(RAP中沥青质量百分比),充分拌和 120 s。对再生后的RAP 进行抽提,将得到的再生沥青进行 135℃黏度、软化点、5℃延度、25℃针入度等指标的测试,并进行 PG 分级测试。


进行 AC-16 配合比设计,RAP 掺配率分别为0%、20%、40%、60%(RAP 中矿质混合料与矿质混合料总质量的百分比),再生剂的掺量(RAP 中沥青质量百分比)分别为 0%、5%、10%、15%、20%,为保证每种混合料的级配均相同,本文均选择级配中值开展相关设计,分别确定最佳油石比,并开展路用性能测试。


2  再生SBS改性沥青性能

按照 1.2 提到的方法进行 RAP 材料的再生,对抽提得到的再生 SBS I-C 改性沥青,分别测定 135℃黏度、软化点、5℃延度、25℃针入度。其检测结果如表 3 所示。

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

由表 3 可以看出,随着再生剂剂量不断增加,SBS 改性沥青的 135℃布氏黏度降低 ;同时随着再生剂剂量增加,25℃针入度呈不断上升趋势,软化点不断降低,5℃延度呈上升趋势。再生剂使得老化的 SBS 改性沥青的黏滞性得到了一定程度的恢复,但值得注意的是,再生剂掺量过高会导致再生后的SBS 改性沥青高温性能不足,这一点从再生剂掺量持续升高时 SBS 改性沥青不断降低的软化点以及不断升高的针入度可以看出。


对使用不同再生剂掺量再生得到的 SBS 改性沥青进行 PG 分级试验,试验结果如表 4 所示。

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

从表 4 不难看出,再生剂掺量的大小对 SBS 改性沥青的 PG 分级具有一定的影响,主要表现在高低温的临界温度上,随着再生剂掺量的逐渐增大,低温临界温度也逐渐降低。同时,高温性能也会有所降低。从本文设计的再生剂掺量范围来看,再生后的SBS 改性沥青的高低温均跨越了两个等级。


3 再生SBS I-C改性沥青混合料的路用性能

3.1 RAP掺量对路用性能的影响

RAP 掺配率分别为 0%、20%、40%、60%、80%(RAP 中矿质混合料与矿质混合料总质量的百分比),为保证试验结果具有可比性,所有混合料的矿质混合料级配均相同。再基于不同的再生剂的掺量,分别确定最佳油石比,并开展动稳定度、破坏应变、残留稳定度以及冻融劈裂残留强度百分比等试验。RAP 在沥青混合料中的掺量直接决定 RAP 的利用率,图 1~ 图 4 分别为动稳定度(DS)、破坏应变、残留稳定度(MS’)及 TSR 与 RAP 掺量的关系图。


基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com


图 1 显示,随着 RAP 掺量的增大,沥青混合料的 DS 先增大后减小,在 RAP 掺量为 40% 左右达到最大值,不同再生剂掺量的沥青混合料均存在这一规律。出现这一规律的原因与 RAP中沥青的黏滞性较大存在一定的关系。图 2~ 图 4 显示,随着 RAP掺量的不断增大,沥青混合料的破坏应变、MS’及TSR 均显著降低。这也为某一 RAP 掺量下再生剂掺量的确定提供了一定的思路,即在保证再生沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性满足相关规定要求的前提下,尽可能地与高温稳定性最佳值所对应的再生剂掺量相对应。需要进一步说明的是,相较于常规的沥青混合料而言,图 1~ 图 4 中的数据离散型相对较大,这与 RAP 材料自身稳定性有关,如表 1 所示,RAP 材料的变异系数相对于常规的集料是较大的,这也是造成数据存在一定离散的原因,但这并不影响本文数据的规律性。


3.2 再生剂掺量对路用性能的影响

图 5~ 图 8 分别为不同再生剂掺量下,含 RAP的 AC-16 动稳定度、破坏应变、残留稳定度以及TSR 试验结果图。

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

图 5 显示,再生剂的掺量对动稳定度具有一定的作用,表现为动稳定度随着再生剂掺量的增大,先增大后减小,即存在一个最佳再生剂掺量,使得动稳定度达到最大值,这一规律的描述对于任一RAP 掺量的混合料均适用。这表明合理的再生剂掺量能够有效提高沥青混合料的高温稳定性。图 6 显示,再生剂的掺量对 SBS 改性沥青混合料的低温性能也具有一定的作用,表现为随着再生剂掺量的提升,破坏应变逐渐增大,但当再生剂掺量达到一定数值时,破坏应变的增大幅度大大减小,这一规律的描述对于任一 RAP 掺量的混合料也同样适用。这表明合理的再生剂掺量能够有效提高沥青混合料的低温抗裂性,同时,当再生剂掺量达到一定数值时,再多的掺量则不会带来明显的低温抗裂性能的提升。再生剂能够使得沥青的延度得到有效恢复,但当其掺量达到一定数值时,延度的增长也不再明显,表明此时再生沥青低温性能的继续恢复不再明显,由此导致再生沥青混合料的破坏应变随着再生剂掺量的增大,表现为先增加后趋于稳定。

基于再生剂的SBS改性沥青与沥青混合料性能研究 沥青网,sinoasphalt.com

图 7 和图 8 显示,再生剂的掺量对 SBS 改性沥青混合料的水稳定性同样具有一定的作用,表现为随着再生剂掺量的提升,MS’和 TSR 逐渐增大,但当再生剂掺量达到一定数值时,其增大的幅度不再明显,这一规律的描述对于任一 RAP 掺量的混合料也同样适用。这表明合理的再生剂掺量能够有效提高沥青混合料的水稳定性,同时,当再生剂掺量达到一定数值时,再多的掺量则不会带来明显的水稳定性能的提升。


4 结语

再生剂的掺入改善了 SBS 改性沥青的黏滞性,并提高低温性能 ;再生剂的掺量对 SBS 改性沥青的PG 分级具有一定的影响,表现在高低温临界温度上 ;当再生剂掺量达到某一数值后,再生 SBS 改性沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性不再随着再生剂掺量的增大而显著增大 ;存在一个最佳再生剂掺量,使得 SBS 改性沥青混合料的高温稳定性达到最大值。

免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国沥青网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。邮箱:23341571@qq.com,客服QQ:23341571


全站互链网站权重>BR4 | QQ客服:23341571 | 微信号客服:kevinhouitpro

主办单位:深圳海川信息科技有限公司    合作单位:广东省沥青混凝土供应链协会 | 全国混凝土标准化技术委员会沥青混凝土分技术委员会

沥青综合群:112171208 |    沥青销售群:74217223      站长信箱:23341571@qq.com  | 业务QQ: 23341571   

沥青网   版权声明 |  免责声明 |  粤ICP备18041746号-15 | 沥青网——沥青行业门户!