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再生SBS改性瀝青混合料的低溫性能與細觀參數
2019年04月19日    閱讀量:30333    新聞來源:REWAY  |  投稿

為了給實際工程中再生瀝青混合料低溫性能的改善提供一些理論指導,以再生SBS瀝青混合料為研究對象,基于間接拉伸試驗和X-ray CT無損掃描技術,研究不同SBS摻量(4%、5%和6%)和不同RAP摻量(30%、45%和60%)下經凍融作用的再生SBS改性瀝青混合料的低溫性能。研究結果表明:經凍融后的再生SBS改性瀝青混合料的低溫性能均有所下降;相較于基質瀝青熱再生混合料,再生SBS改性瀝青混合料具有更好的耐久性及低溫性能;凍融后的再生SBS改性瀝青混合料試件閉口空隙率增大。


 引    言  


瀝青路面在低溫環境下往往會經歷凍融過程,從而加速諸如裂縫、坑槽等路面病害的產生中國瀝青網www.upxbj.icu。再生SBS改性瀝青混合料就是對SBS改性瀝青混合料的舊料進行再生利用,將改性瀝青技術與熱再生技術進行結合,從而獲得具有良好低溫柔韌性與抗裂性能的路面材料。再生SBS改性瀝青混合料可在一定程度上減少由凍融現象造成的損壞,并符合節能環保理念。


近年來,再生SBS改性瀝青混合料已經得到越來越多的關注與應用;然而,對于經凍融過程的再生SBS改性瀝青混合料的低溫特性以及凍融前后材料細觀參數變化的研究則鮮有報道。有研究表明,瀝青混合料的內部細觀參數與其宏觀力學性能有著一定的關聯性,尤其是對于瀝青混合料的低溫耐久性能有較顯著的影響。



當前,對于再生SBS改性瀝青混合料低溫性能的評價方法仍多限于室內試驗的表象研究,很少有涉及到材料細觀參數與其宏觀力學性能之間關聯性的研究,也鮮有對混合料性能的細觀定量描述。因此,本文對經凍融過程的混合料小梁試件分別進行間接拉伸試驗,研究不同SBS摻量(4%、5%和6%)和不同AP(再生瀝青混合料)摻量(30%、45%和60%)條件下的再生SBS改性瀝青混合料的低溫性能;并基于X-ray CT無損掃描技術對凍融前后的試件分別進行掃描,通過對凍融前后試件體積指標變化的定量描述,為再生SBS改性瀝青混合料低溫性能的改善提供理論指導。


1 原材料的技術性能 


1.1 RAP


所采用的RAP來自河北某高速公路試驗段的銑刨舊料,取料位置為與外界環境直接接觸的路面上面層,銑刨深度為5cm左右。采用抽提法得到的舊瀝青技術指標如表1所示。

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根據《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2015)中的篩分試驗確定RAP的級配,如表2所示。

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1.2 集料與新瀝青


粗細集料均采用灰綠巖,綜合考慮RAP的老化狀態、河北地區環境、交通、材料特點以及經濟性等因素,選取殼牌90#瀝青作為基質瀝青。采用河北某新材料公司生產的成品SBS改性劑,以殼牌90#基質瀝青作為調和瀝青,改性溫度定在170℃~190℃之間,改性時間為60min。不同SBS摻量的SBS改性瀝青性能如表3所示。

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由表3可知,SBS改性劑的摻入使基質瀝青的各項技術指標都有了不同程度的提升。


2 基于凍融循環試驗的再生SBS瀝青混合料低溫性能研究  


基于河北省的自然環境條件,在凍結時先用塑料盒將試件密封,并在室溫條件下將80mL的水注入塑料盒中,再采用保鮮袋將塑料盒整體密封后放入冷凍箱,溫度為(-20±1)℃,凍結時間定為12h;然后將試件直接放入(20±1)℃恒溫水中進行水浴融化,融化時間同樣為12h。在此過程中利用冷凍箱與恒溫水浴模擬實際工程中的凍融循環作用?;旌狹現票覆捎肁C-16級配,室內成型不同制備參數的SBS瀝青混合料車轍板,并切割成30mm×35mm×250mm的小梁試件。利用MTS萬能試驗機進行間接拉伸試驗,測定試件的劈裂強度,試驗溫度為-10℃,加載速率為2mm·min-1,凍融循環次數為25次。以劈裂強度作為控制指標,劈裂強度越大,則混合料的低溫抗裂性能相對越好。


2.1 SBS摻量對再生SBS瀝青混合料低溫性能的影響


選取SBS摻量分別為4%、5%和6%的再生SBS瀝青混合料來研究不同 SBS摻量的再生SBS瀝青混合料凍融前后的低溫性能,其中RAP摻量為30%。在試驗過程中還增加一組RAP摻量為的30%的90#基質瀝青熱再生瀝青混合料作為對比。試驗結果如圖1、2所示。在圖1中,橫坐標SBS摻量為0,則代表RAP摻量為30%的基質熱再生瀝青混合料。在圖2中,采用下降比率作為凍融后劈裂強度下降程度的表征指標(下同)。


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在圖1中,橫坐標SBS摻量為0,則代表RAP摻量為30%的基質熱再生瀝青混合料。在圖2中,采用下降比率作為凍融后劈裂強度下降程度的表征指標(下同)。由圖1可知,在不同SBS摻量條件下,相較于基質熱再生瀝青混合料,再生 SBS改性瀝青混合料均表現出較好的低溫性能。

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由圖2可知,RAP摻量為30%、SBS摻量為6%的熱再生瀝青混合料凍融后的劈裂強度下降幅度最大,為35.1%;而 RAP摻量為30%,SBS摻量為5%的熱再生瀝青混合料凍融后的劈裂強度下降幅度最小,為14.1%。結合以上試驗結果可知,對于再生SBS改性瀝青混合料來說,SBS改性劑的摻量并不一定是越大越好,而是定條件下存在著一個最佳的SBS改性劑摻量。本試驗得出的再生SBS改性瀝青混合料的最佳SBS摻量為5%。


2.2  RAP摻量對再生SBS瀝青混合料凍低溫性能的影響


不同RAP摻量的再生SBS瀝青混合料凍融前后劈裂強度對比結果如圖3、4所示。在圖3中,橫坐標RAP摻量為的位置表示使用新集料(不含RAP料)制備的瀝青混合料。

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由圖3可知,隨著RAP摻量的增大,相對于瀝青混合料凍融前,基質瀝青熱再生混合料和再生SBS改性瀝青混合料經凍融后的低溫性能均有不同程度的降低。在RAP量從30%增大到60%的過程中,基質瀝青熱再生混合料凍融后的劈裂強度下降比率最大為24.5%,再生SBS改性瀝青混合料的下降比率最大為20.5%。

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由圖4可知,在不同的RAP摻量下,凍融后的基質瀝青熱再生混合料的劈裂強度下降比率均大于再SBS改性瀝青混合料的下降比率,即再生SBS改性瀝青混合料具有更為優越的抗低溫性能。根據試驗結果得出,當RAP摻量為30%時,再生SBS瀝青混合料凍融后的抗低溫性能下降比率最小,僅為8.7%。


3 再生SBS改性瀝青混合料試件凍融前后的細觀特征 

 

基于X-ray CT無損掃描技術,對凍融前后的再生SBS改性瀝青混合料試件分別進行掃描,并選擇典型的內部結構截面,以閉口空隙為控制指標,定量描述凍融前后試件的細觀參數變化。


3.1 準備工作


根據劈裂試驗結果,得出制備再生SBS改性瀝青混合料的最佳RAP摻量為30%,SBS摻量 為5%。為了更貼近實際工程,采用旋轉壓實儀(SGC)成型標準試件進行CT掃描。掃描電壓為220kV,掃描電流為0.7mA,投影數為1200,積分時間為650ms,掃描時間為30min。


3.2 結果分析


為了更直觀準確地對凍融前后混合料內部參數的變化進行分析,以凍融前后試件的同一截面掃描圖作為對比樣本,并采用配套的圖像分析軟件VG Studio MAX(以下簡稱VG)對其閉口空隙率進行計算。以每25mm3為一個體積范圍區間,對VG軟件的空隙率計算結果進行統計,得到混合料凍融前后的空隙分布變化情況,如圖5所示。


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  結    語  


(1)凍融后的基質瀝青熱再生混合料和再生SBS改性瀝青混合料的低溫性能均有不同程度的下降。其中,基質瀝青熱再生混合料凍融后的劈裂強度下降比率最大為24.5%,再生SBS改性瀝青混合料的下降比率最大為20.5%。


(2)相對于基質瀝青熱再生混合料來說,不同SBS摻量的再生 SBS瀝青混合料經過凍融后的劈裂強度下降幅度較小,具有更好的耐久性與低溫抗裂性能。其中SBS摻量為5%、RAP摻量為30%的再生SBS瀝青混合料經凍融后的劈裂強度下降比率最小。


(3)對再生SBS改性瀝青混合料凍融前后的試件進行了基于X-ray CT技術的細觀參數掃描,結果表明,凍融后試件的閉口空隙率增大了16.7%,在0~25mm3體積范圍內的空隙數量相對于凍融前減少了10.1%,在25~50mm3體積范圍內的空隙數量相對于凍融前則增加了34.9%。


標簽:技術中心,再生瀝青
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