瀝青老化主要是在光和熱的作用下發(fā)生氧化，隨著氧化程度的加深，瀝青的飽和酚、芳香分逐漸向?yàn)r青質(zhì)和膠質(zhì)轉(zhuǎn)化。老化后瀝青的高溫穩(wěn)定性能改善，但低溫抗裂性能降低。而SBS改性瀝青的老化相對(duì)于基質(zhì)瀝青更為復(fù)雜，其老化的過程不僅有基質(zhì)瀝青的老化，還有SBS改性劑的降解。
瀝青的再生實(shí)質(zhì)上就是通過外加低黏度油料或再生劑以恢復(fù)瀝青老化后瀝青組分的平衡。研究表明，再生過程中新瀝青可以降低老化瀝青的黏度，但當(dāng)舊瀝青摻量較大時(shí)，單單摻加新瀝青對(duì)老化瀝青再生，再生后瀝青性能并不能滿足道路瀝青的使用要求，因此必須要摻加再生劑。對(duì)于SBS改性瀝青，由于老化過程還有SBS改性劑的降解，再生時(shí)普通的再生劑只能調(diào)節(jié)基質(zhì)瀝青的組分，卻不能修復(fù)SBS改性劑斷裂的分子鏈，導(dǎo)致再生瀝青路用性能得不到完全恢復(fù)。因此有必要通過系統(tǒng)的試驗(yàn)分析外摻再生材料對(duì)老化SBS改性瀝青性能的恢復(fù)程度。本文通過試驗(yàn)對(duì)比分析老化SBS改性瀝青在分別添加新SBS改性瀝青與再生劑前后性能的變化，并回歸提出再生SBS改性瀝青的性能預(yù)估方程，以指導(dǎo)工程實(shí)踐。
原材料性能測(cè)試
由于從舊瀝青混合料中回收瀝青時(shí)瀝青中的三氯乙烯殘余量不便把握，并且回收料中的礦粉會(huì)部分殘留在回收的老化瀝青中，使得回收瀝青的試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果誤差大。為減小試驗(yàn)誤差，并滿足舊瀝青和再生瀝青的系統(tǒng)性試驗(yàn)對(duì)舊SBS改性瀝青的大量需求，選用室內(nèi)模擬老化方法制備舊SBS改性瀝青?！豆窞r青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定室內(nèi)模擬瀝青長(zhǎng)期老化采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化+壓力老化儀老化相結(jié)合的方式，但研究表明延時(shí)旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化能代替壓力老化模擬瀝青長(zhǎng)期老化情況，因此，本試驗(yàn)采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱對(duì)新SBS改性瀝青進(jìn)行延時(shí)老化以得到老化瀝青。用于配制SBS改性瀝青的新瀝青為韓國(guó)SKAH-70瀝青。根據(jù)《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的試驗(yàn)方法，對(duì)新瀝青及老化瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度和黏度進(jìn)行測(cè)試。
由試驗(yàn)結(jié)果得知，除軟化點(diǎn)和黏度之外，老化瀝青的針入度、延度指標(biāo)達(dá)不到瀝青性能技術(shù)要求。通過對(duì)比新舊瀝青的性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)老化瀝青的黏度增加，針入度、延度、軟化點(diǎn)均降低。老化SBS改性瀝青的針入度、延度、黏度的變化趨勢(shì)均與基質(zhì)瀝青的老化后指標(biāo)趨勢(shì)一致，但軟化點(diǎn)卻相反，這主要是因?yàn)镾BS改性瀝青老化是基質(zhì)瀝青老化與SBS改性劑老化共同作用的結(jié)果。研究表明，SBS改性瀝青老化后的軟化點(diǎn)升降趨勢(shì)與改性劑的摻量、基質(zhì)瀝青種類有關(guān)。改性劑摻量越多，老化后聚合物長(zhǎng)鏈分解得越多，對(duì)軟化點(diǎn)的影響越明顯。
為了恢復(fù)老化瀝青的路面使用性能，分別采用新瀝青、再生劑對(duì)老化SBS改性瀝青進(jìn)行再生。再生劑為潤(rùn)強(qiáng)-RA102再生劑。再生過程采用剪切速率在3000~4000r/min的高速剪切儀進(jìn)行剪切20min，并在剪切時(shí)保持瀝青結(jié)合料的加熱溫度為160℃左右。將剪切后得到的再生瀝青放于室溫下靜置，待再生劑、新瀝青與老化瀝青之間充分溶脹。
再生SBS改性瀝青性能研究
新瀝青對(duì)老化瀝青的再生性能研究
為探究新SBS改性瀝青對(duì)老化SBS改性瀝青的再生效果，設(shè)計(jì)不同的新舊瀝青比例進(jìn)行再生試驗(yàn)測(cè)試。新舊瀝青比例為：1:0，4:1，7:3，3:2。按照規(guī)范中規(guī)定的測(cè)試方法對(duì)各組混合均勻的再生SBS改性瀝青進(jìn)行25℃針入度，5℃延度，軟化點(diǎn)及135℃黏度測(cè)試。
由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老化SBS改性瀝青再生前后，軟化點(diǎn)及黏度都能滿足技術(shù)要求，針入度和延度指標(biāo)隨著新瀝青摻量的增加而逐漸改善。當(dāng)新瀝青摻量達(dá)到70%時(shí)，再生SBS改性瀝青的針入度已達(dá)到路面瀝青使用技術(shù)要求值，但此時(shí)的延度卻不能滿足要求。由此可知，應(yīng)用新瀝青對(duì)老化SBS改性瀝青進(jìn)行再生，再生后瀝青的高溫效果較好，低溫性能不能得到有效的改善。
再生劑對(duì)老化瀝青的再生性能研究
應(yīng)用再生劑對(duì)老化SBS改性瀝青進(jìn)行再生，再生劑摻量分別為舊瀝青質(zhì)量的0%，4%，8%，12%。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著再生劑摻量的增加，再生SBS改性瀝青的針入度、延度逐漸升高，軟化點(diǎn)及黏度逐漸降低。當(dāng)再生劑摻量為8%時(shí)，再生SBS改性瀝青的針入度能夠達(dá)到46.5，滿足路面使用技術(shù)要求，但此時(shí)軟化點(diǎn)接近技術(shù)要求的60℃，延度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用要求。
新瀝青與再生劑的再生效果比較
對(duì)比新瀝青及再生劑對(duì)老化SBS改性瀝青再生效果，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)使用新瀝青或再生劑對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生，再生后瀝青的高溫性能均能滿足規(guī)范要求，低溫性能卻不能滿足使用要求。在使用新SBS改性瀝青對(duì)老化瀝青再生時(shí)，新瀝青的摻量達(dá)到88%以上時(shí)，5℃延度才能滿足大于20cm的要求；而使用再生劑對(duì)老化SBS改性瀝青進(jìn)行再生，欲使延度滿足要求，則再生劑摻量必須大于12%，但此時(shí)再生SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)有可能達(dá)不到使用要求。因此，欲使再生SBS改性瀝青能夠達(dá)到路用性能要求，必須綜合使用再生劑及新SBS改性瀝青對(duì)老化瀝青進(jìn)行復(fù)合再生。
由于老化對(duì)SBS改性劑交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的降解破壞，SBS改性瀝青老化后的軟化點(diǎn)低于老化前的軟化點(diǎn)，因此應(yīng)用新SBS改性瀝青調(diào)和再生舊瀝青后軟化點(diǎn)會(huì)有所升高。而再生劑中輕質(zhì)組分含量較高，它可調(diào)和軟化舊瀝青，使再生瀝青軟化點(diǎn)降低。因此，增加新瀝青和再生劑的摻量，再生瀝青軟化點(diǎn)的變化呈現(xiàn)為相反的發(fā)展趨勢(shì)。
再生瀝青性能預(yù)估模型
再生瀝青是由新瀝青或再生劑與老化瀝青組成的復(fù)合材料，其性能應(yīng)遵循復(fù)合材料定律。國(guó)外一些學(xué)者認(rèn)為再生瀝青與老化瀝青、新瀝青或再生劑之間的黏度關(guān)系遵循兩相液體混溶的黏度模型。
然而，許多學(xué)者對(duì)此提出質(zhì)疑，并經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)兩種油料相調(diào)和，其黏度對(duì)數(shù)并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是成一定凹度曲線的關(guān)系。
為了探究新SBS改性瀝青、再生劑對(duì)老化SBS改性瀝青的再生規(guī)律，欲建立模型對(duì)再生瀝青性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。針對(duì)新、舊瀝青混合的再生情形。
由回歸結(jié)果可知，新瀝青的摻量與再生瀝青黏度、針入度的對(duì)數(shù)呈非線性相關(guān)關(guān)系，偏離指數(shù)均為0.97，回歸公式的相關(guān)系數(shù)在0.99以上。說明回歸再生SBS改性瀝青的黏度、針入度與新SBS改性瀝青摻量的關(guān)系是合理的，并且用回歸公式預(yù)測(cè)再生SBS改性瀝青的黏度與針入度，其預(yù)測(cè)結(jié)果精確度較高。
用再生劑再生舊瀝青時(shí)，從理論上來說也是兩相液體的混合，也可以應(yīng)用對(duì)僅用再生劑再生舊瀝青的情形進(jìn)行擬合，但是再生劑的針入度一般不是常規(guī)測(cè)試指標(biāo)，黏度與瀝青黏度的測(cè)試條件一般不同，因此不能直接應(yīng)用對(duì)再生劑再生的瀝青黏度或針入度指標(biāo)進(jìn)行擬合。但可以嘗試對(duì)上述公式進(jìn)行變換，將公式右邊的黏度對(duì)數(shù)或針入度對(duì)數(shù)改為常數(shù)。
對(duì)再生劑摻量與再生瀝青黏度對(duì)數(shù)回歸，偏離系數(shù)m=2.41，相關(guān)系數(shù)為0.9999，說明由回歸公式計(jì)算的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間誤差非常小，能夠較準(zhǔn)確地反映再生劑摻量與再生瀝青黏度之間的關(guān)系。再生劑摻量與針入度對(duì)數(shù)的關(guān)系按照回歸，回歸公式中的相關(guān)系數(shù)R2=0.9749，回歸公式與理論數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性很好。由此說明，雖然用再生劑再生舊瀝青時(shí)的黏度、針入度難以用進(jìn)行回歸，但對(duì)進(jìn)行調(diào)整并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸擬合發(fā)現(xiàn)，再生劑摻量與黏度對(duì)數(shù)、針入度對(duì)數(shù)遵循兩相液體混溶模型的非線性關(guān)系，這一結(jié)果與用新瀝青再生舊瀝青情況是相似的。
隨后又對(duì)用新SBS改性瀝青、再生劑分別對(duì)舊瀝青再生后的軟化點(diǎn)、延度指標(biāo)進(jìn)行了擬合。
回歸結(jié)果顯示：再生SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)與新瀝青摻量呈線性正相關(guān)關(guān)系，與再生劑的摻量成線性負(fù)相關(guān)關(guān)系；延度與新瀝青、再生劑的摻量成指數(shù)相關(guān)關(guān)系。其相關(guān)系數(shù)都大于0.9，相關(guān)性較好。
上述針對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果結(jié)果顯示，再生SBS改性瀝青性能與新瀝青摻量、再生劑摻量之間有著良好的相關(guān)關(guān)系，且擬合曲線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間偏差較小，因此，可將擬合曲線方程作為再生SBS改性瀝青性能預(yù)測(cè)方程。
結(jié)語(yǔ)
本文選用新SBS改性瀝青和再生劑分別對(duì)老化SBS改性瀝青進(jìn)行再生，試驗(yàn)研究了再生SBS改性瀝青性能隨新SBS改性瀝青和再生劑摻量的變化規(guī)律，得到如下主要結(jié)論。
(1)老化后SBS改性瀝青除針入度和延度之外，僅黏度及軟化點(diǎn)能滿足技術(shù)規(guī)范要求。
(2)再生SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)及黏度一般能滿足技術(shù)要求，而針入度和延度指標(biāo)隨著新SBS改性瀝青、再生劑摻量的增加而逐漸改善。當(dāng)新瀝青、再生劑摻量分別達(dá)到70%、8%時(shí)，再生SBS改性瀝青的針入度可達(dá)到路面瀝青使用技術(shù)要求，但延度仍難以滿足要求。因此，再生后SBS改性瀝青的高溫性能好，低溫性能不能得到有效的改善，必須對(duì)老化SBS改性瀝青應(yīng)用新SBS改性瀝青與再生劑復(fù)合再生。
(3)由于SBS改性劑交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在老化前后的差異，應(yīng)用新SBS改性瀝青調(diào)和再生舊SBS改性瀝青后軟化點(diǎn)有所升高，而應(yīng)用再生劑調(diào)和軟化舊SBS改性瀝青后軟化點(diǎn)降低。因此，增加新SBS改性瀝青和再生劑的摻量，再生SBS改性瀝青軟化點(diǎn)的變化呈現(xiàn)為相反的發(fā)展趨勢(shì)。
(4)再生SBS改性瀝青的黏度對(duì)數(shù)、針入度對(duì)數(shù)分別與新SBS改性瀝青、再生劑摻量之間呈非線性關(guān)系，可采用兩相液體混溶模型及其變換公式(4)、式(5)描述；軟化點(diǎn)、延度與新SBS改性瀝青、再生劑摻量之間分別呈現(xiàn)出良好的線性和指數(shù)關(guān)系。
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