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老化SBS改性瀝青再生性能試驗研究
2019年05月24日    閱讀量:1028    新聞來源: 瀝青路面  |  投稿
老化SBS改性瀝青再生性能試驗研究 瀝青網,www.upxbj.icu

瀝青老化主要是在光和熱的作用下發生氧化,隨著氧化程度的加深,瀝青的飽和酚、芳香分逐漸向瀝青質和膠質轉化。老化后瀝青的高溫穩定性能改善,但低溫抗裂性能降低。而SBS改性瀝青的老化相對于基質瀝青更為復雜,其老化的過程不僅有基質瀝青的老化,還有SBS改性劑的降解瀝青網www.upxbj.icu。

 

瀝青的再生實質上就是通過外加低黏度油料或再生劑以恢復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,但當舊瀝青摻量較大時,單單摻加新瀝青對老化瀝青再生,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。對于SBS改性瀝青,由于老化過程還有SBS改性劑的降解,再生時普通的再生劑只能調節基質瀝青的組分,卻不能修復SBS改性劑斷裂的分子鏈,導致再生瀝青路用性能得不到完全恢復。因此有必要通過系統的試驗分析外摻再生材料對老化SBS改性瀝青性能的恢復程度。本文通過試驗對比分析老化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改性瀝青的性能預估方程,以指導工程實踐。

 

原材料性能測試

 

由于從舊瀝青混合料中回收瀝青時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部分殘留在回收的老化瀝青中,使得回收瀝青的試驗數據離散性強,試驗結果誤差大。為減小試驗誤差,并滿足舊瀝青和再生瀝青的系統性試驗對舊SBS改性瀝青的大量需求,選用室內模擬老化方法制備舊SBS改性瀝青?!豆妨で嗉傲で嗷旌狹鮮匝楣娉獺分泄娑ㄊ夷諛D飭で喑て誒匣捎瞇∧ず嫦淅匣?壓力老化儀老化相結合的方式,但研究表明延時旋轉薄膜烘箱老化能代替壓力老化模擬瀝青長期老化情況,因此,本試驗采用旋轉薄膜烘箱對新SBS改性瀝青進行延時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SKAH-70瀝青。根據《公路瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的試驗方法,對新瀝青及老化瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度進行測試。

 

由試驗結果得知,除軟化點和黏度之外,老化瀝青的針入度、延度指標達不到瀝青性能技術要求。通過對比新舊瀝青的性能指標試驗結果,發現老化瀝青的黏度增加,針入度、延度、軟化點均降低。老化SBS改性瀝青的針入度、延度、黏度的變化趨勢均與基質瀝青的老化后指標趨勢一致,但軟化點卻相反,這主要是因為SBS改性瀝青老化是基質瀝青老化與SBS改性劑老化共同作用的結果。研究表明,SBS改性瀝青老化后的軟化點升降趨勢與改性劑的摻量、基質瀝青種類有關。改性劑摻量越多,老化后聚合物長鏈分解得越多,對軟化點的影響越明顯。

 

為了恢復老化瀝青的路面使用性能,分別采用新瀝青、再生劑對老化SBS改性瀝青進行再生。再生劑為潤強-RA102再生劑。再生過程采用剪切速率在3000~4000r/min的高速剪切儀進行剪切20min,并在剪切時保持瀝青結合料的加熱溫度為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

 

新瀝青對老化瀝青的再生性能研究

 

為探究新SBS改性瀝青對老化SBS改性瀝青的再生效果,設計不同的新舊瀝青比例進行再生試驗測試。新舊瀝青比例為:1:0,4:1,7:3,3:2。按照規范中規定的測試方法對各組混合均勻的再生SBS改性瀝青進行25℃針入度,5℃延度,軟化點及135℃黏度測試。

 

由試驗結果可以看出,老化SBS改性瀝青再生前后,軟化點及黏度都能滿足技術要求,針入度和延度指標隨著新瀝青摻量的增加而逐漸改善。當新瀝青摻量達到70%時,再生SBS改性瀝青的針入度已達到路面瀝青使用技術要求值,但此時的延度卻不能滿足要求。由此可知,應用新瀝青對老化SBS改性瀝青進行再生,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。

 

再生劑對老化瀝青的再生性能研究

 

應用再生劑對老化SBS改性瀝青進行再生,再生劑摻量分別為舊瀝青質量的0%,4%,8%,12%。由試驗結果可以看出,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,軟化點及黏度逐漸降低。當再生劑摻量為8%時,再生SBS改性瀝青的針入度能夠達到46.5,滿足路面使用技術要求,但此時軟化點接近技術要求的60℃,延度也遠遠不能滿足使用要求。

 

新瀝青與再生劑的再生效果比較

 

對比新瀝青及再生劑對老化SBS改性瀝青再生效果,發現單獨使用新瀝青或再生劑對老化瀝青進行再生,再生后瀝青的高溫性能均能滿足規范要求,低溫性能卻不能滿足使用要求。在使用新SBS改性瀝青對老化瀝青再生時,新瀝青的摻量達到88%以上時,5℃延度才能滿足大于20cm的要求;而使用再生劑對老化SBS改性瀝青進行再生,欲使延度滿足要求,則再生劑摻量必須大于12%,但此時再生SBS改性瀝青的軟化點有可能達不到使用要求。因此,欲使再生SBS改性瀝青能夠達到路用性能要求,必須綜合使用再生劑及新SBS改性瀝青對老化瀝青進行復合再生。

 

由于老化對SBS改性劑交聯網絡結構的降解破壞,SBS改性瀝青老化后的軟化點低于老化前的軟化點,因此應用新SBS改性瀝青調和再生舊瀝青后軟化點會有所升高。而再生劑中輕質組分含量較高,它可調和軟化舊瀝青,使再生瀝青軟化點降低。因此,增加新瀝青和再生劑的摻量,再生瀝青軟化點的變化呈現為相反的發展趨勢。

 

再生瀝青性能預估模型

 

再生瀝青是由新瀝青或再生劑與老化瀝青組成的復合材料,其性能應遵循復合材料定律。國外一些學者認為再生瀝青與老化瀝青、新瀝青或再生劑之間的黏度關系遵循兩相液體混溶的黏度模型。

 

然而,許多學者對此提出質疑,并經過研究發現兩種油料相調和,其黏度對數并不是簡單的線性關系,而是成一定凹度曲線的關系。

 

為了探究新SBS改性瀝青、再生劑對老化SBS改性瀝青的再生規律,欲建立模型對再生瀝青性能進行預測。針對新、舊瀝青混合的再生情形。

 

由回歸結果可知,新瀝青的摻量與再生瀝青黏度、針入度的對數呈非線性相關關系,偏離指數均為0.97,回歸公式的相關系數在0.99以上。說明回歸再生SBS改性瀝青的黏度、針入度與新SBS改性瀝青摻量的關系是合理的,并且用回歸公式預測再生SBS改性瀝青的黏度與針入度,其預測結果精確度較高。

 

用再生劑再生舊瀝青時,從理論上來說也是兩相液體的混合,也可以應用對僅用再生劑再生舊瀝青的情形進行擬合,但是再生劑的針入度一般不是常規測試指標,黏度與瀝青黏度的測試條件一般不同,因此不能直接應用對再生劑再生的瀝青黏度或針入度指標進行擬合。但可以嘗試對上述公式進行變換,將公式右邊的黏度對數或針入度對數改為常數。

 

對再生劑摻量與再生瀝青黏度對數回歸,偏離系數m=2.41,相關系數為0.9999,說明由回歸公式計算的數據與實驗結果之間誤差非常小,能夠較準確地反映再生劑摻量與再生瀝青黏度之間的關系。再生劑摻量與針入度對數的關系按照回歸,回歸公式中的相關系數R2=0.9749,回歸公式與理論數據之間的相關性很好。由此說明,雖然用再生劑再生舊瀝青時的黏度、針入度難以用進行回歸,但對進行調整并對試驗數據回歸擬合發現,再生劑摻量與黏度對數、針入度對數遵循兩相液體混溶模型的非線性關系,這一結果與用新瀝青再生舊瀝青情況是相似的。

 

隨后又對用新SBS改性瀝青、再生劑分別對舊瀝青再生后的軟化點、延度指標進行了擬合。

 

回歸結果顯示:再生SBS改性瀝青的軟化點與新瀝青摻量呈線性正相關關系,與再生劑的摻量成線性負相關關系;延度與新瀝青、再生劑的摻量成指數相關關系。其相關系數都大于0.9,相關性較好。

 

上述針對試驗數據的擬合結果結果顯示,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關系,且擬合曲線與實驗數據之間偏差較小,因此,可將擬合曲線方程作為再生SBS改性瀝青性能預測方程。

 

結語

 

本文選用新SBS改性瀝青和再生劑分別對老化SBS改性瀝青進行再生,試驗研究了再生SBS改性瀝青性能隨新SBS改性瀝青和再生劑摻量的變化規律,得到如下主要結論。

 

(1)老化后SBS改性瀝青除針入度和延度之外,僅黏度及軟化點能滿足技術規范要求。

 

(2)再生SBS改性瀝青的軟化點及黏度一般能滿足技術要求,而針入度和延度指標隨著新SBS改性瀝青、再生劑摻量的增加而逐漸改善。當新瀝青、再生劑摻量分別達到70%、8%時,再生SBS改性瀝青的針入度可達到路面瀝青使用技術要求,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,必須對老化SBS改性瀝青應用新SBS改性瀝青與再生劑復合再生。

 

(3)由于SBS改性劑交聯網絡結構在老化前后的差異,應用新SBS改性瀝青調和再生舊SBS改性瀝青后軟化點有所升高,而應用再生劑調和軟化舊SBS改性瀝青后軟化點降低。因此,增加新SBS改性瀝青和再生劑的摻量,再生SBS改性瀝青軟化點的變化呈現為相反的發展趨勢。

 

(4)再生SBS改性瀝青的黏度對數、針入度對數分別與新SBS改性瀝青、再生劑摻量之間呈非線性關系,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、延度與新SBS改性瀝青、再生劑摻量之間分別呈現出良好的線性和指數關系。


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