SBS类旧沥青路面胶结料再生性能研究

吴正光，李路佳，康爱红，2

（1.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225127；2.江苏邗建集团有限公司，江苏扬州225127）

SBS类旧沥青路面胶结料再生性能研究

吴正光1，李路佳1，康爱红1，2

（1.扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225127；2.江苏邗建集团有限公司，江苏扬州225127）

基于实际工程所选取的12种具有代表性的旧沥青路面回收料抽提回收得到不同老化程度的SBS类旧沥青路面胶结料，以再生沥青路面胶结料的135℃黏度、25℃针入度为主控指标，通过室内试验研究，推荐了与旧沥青路面胶结料老化性能相适应的再生材料及建议掺量；通过薄膜老化试验，分析再生沥青路面胶结料抗老化性能，结果表明不同再生方法所得的再生沥青路面胶结料的抗老化性能均能够满足路用要求。

沥青路面；胶结料；SBS；再生性能

随着我国多数沥青路面进入大中修阶段，旧沥青路面回收料（RAP）的再生利用受到人们越来越多的重视[1]。旧沥青路面胶结料的再生利用是旧沥青路面再生的关键技术之一[2]，其再生性能将直接影响再生沥青路面的使用寿命。高等级公路旧沥青路面表面层多采用SBS改性沥青[3]，其热再生利用率有待提高。因此，对SBS类旧沥青路面胶结料再生性能的研究具有重要意义。

1 旧沥青路面胶结料性能分析

通过离心抽提、阿布森法[4]回收得到12种不同来源的旧沥青路面胶结料，通过软化点、布氏黏度、延度、针入度、动态剪切流变和简支梁弯曲蠕变等试验，测试旧沥青路面胶结料的性能指标值，并对其进行性能分析及老化等级划分。

1.1 旧沥青路面胶结料性能测试

由上述6种试验方法测得旧沥青路面胶结料的性能指标值，见表1。

表1 SBS类旧沥青路面胶结料性能指标值

1.2 旧沥青路面胶结料老化等级划分

旧沥青路面胶结料的老化程度用旧沥青老化系数评价[5]，其数值按下式计算，计算结果见表2。

由表2中可见：软化点值的相对变化系数较小，基本保持在0.5以内；黏度值的相对变化系数超过2，其余3个指标的变化系数也大于0.5，说明在评价旧沥青路面胶结料老化程度时，相对于其他4个指标，软化点具有一定的局限性。综合考虑以上因素，初步选取135℃黏度、疲劳设计温度、25℃针入度为旧沥青路面胶结料老化等级划分指标。

由图1可见，疲劳设计温度值与135℃黏度值呈现一致的变化趋势，说明在对旧沥青路面胶结料进行老化程度分级时，两个指标具有可替代性，而现今对旧沥青路面胶结料进行再生时，主要是控制黏度指标以恢复旧沥青的流变性能，且动态剪切流变仪价格昂贵，一般设计、施工单位不具备试验条件[6]，不便于大量推广，因此对旧沥青路面胶结料老化程度进行分级时，最终选取135℃黏度、25℃针入度为旧沥青路面胶结料老化等级划分指标。

表2 旧沥青主要技术性能指标老化系数

图1 旧沥青135℃黏度与疲劳设计温度变化趋势图

以12种旧沥青路面胶结料的135℃黏度值为研究对象，以SBS改性沥青初始黏度值1.6 Pa·s及《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）规定的极限值3 Pa·s为划分依据，将旧沥青路面胶结料划分为3档；再以旧沥青路面胶结料的25℃针入度值为研究对象，以测试5℃延度、-12℃蠕变劲度时由黏性破坏转变为脆性断裂的临界值所对应的旧沥青路面胶结料针入度值为划分依据，将12种旧沥青路面胶结料划分为6个老化等级，见表3。

表3 旧沥青路面胶结料老化程度分级

2 再生材料性能

2.1 再生机理

旧沥青再生，从化学的角度来看，是沥青老化的逆过程。根据沥青胶体结构理论，以老化性能及等级划分的研究为基础，针对回收沥青的老化程度，选择合适的再生方法，在提高再生沥青流变性能的同时，尽量提高旧沥青路面胶结料的掺量。以组分调和作为方法依据，以相容性理论作为理论依据，具体措施通常是掺加新沥青材料或者再生剂。

2.2 再生剂

沥青再生剂是掺加到再生沥青混合料中，用于恢复已老化沥青性能的添加剂[7]。根据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）的要求，选用的再生剂应具有适当的黏度、良好的流变性质、足够的芳香分含量和较低的薄膜烘箱试验黏度比等特性[8]。

基于本研究中旧沥青路面胶结料芳香分含量较少的现实，笔者从国内市场上选取了2种富芳香分再生剂，经测试，性能见表4。由表4可见，这2种再生剂的主要区别在于60℃黏度差异较大，薄膜加热试验（TFOT）后质量损失及黏度比均符合规范要求。

表4 再生剂性能指标

2.3 新沥青材料

试验所用新沥青为SBS改性沥青，其主要性能指标见表5。

表5 SBS改性沥青主要技术指标

3 SBS类旧沥青路面胶结料再生性能评价

3.1 再生沥青性能恢复评价

在江苏省高等级公路上面层常采用SBS改性沥青，因此本研究中再生SBS类沥青的目标值为针入度50 ×10-1mm、黏度1.6±0.1 Pa·s。

3.1.1 再生剂对旧沥青再生性能的影响

针对SBS类旧沥青路面胶结料的老化性能，加入一定掺量的2个不同黏度等级的再生剂，测试旧沥青路面胶结料再生后的针入度、黏度指标值，从而针对不同老化程度的旧沥青路面胶结料选取较合适的再生剂种类及掺量。

对黏度大于1.6 Pa·s的不同老化程度的SBS类旧沥青路面胶结料加入再生剂A或再生剂B，掺量取3%、5%、7%、9%、11%进行研究，通过布氏黏度和针入度试验测试再生后沥青的135℃黏度值及针入度值，绘制黏度、针入度与再生剂掺量的关系图，如图2～6所示。

图2 3#、4#旧沥青路面胶结料再生性能

图3 5#、6#旧沥青路面胶结料再生性能

图4 7#、8#旧沥青路面胶结料再生性能

图5 9#、10#旧沥青路面胶结料再生性能

图6 11#、12#旧沥青路面胶结料再生性能

由图2～6可知，随着再生剂掺量的增加，黏度呈逐渐减小趋势，针入度呈逐渐增大趋势，两个指标均呈现出不同程度的恢复。

以再生SBS类沥青的目标针入度值50×10-1mm及黏度值1.6±0.1 Pa·s为基准，由图2可知，3#、4#旧沥青路面胶结料由于其黏度不是很大，而针入度较大，因此选用黏度较大的再生剂B，且其建议再生剂掺量分别为4%、5%。

由图3可知，5#、6#旧沥青路面胶结料由于其黏度和针入度都不是很大，因此再生剂A或再生剂B均可以，且其建议再生剂掺量分别为7%再生剂A或8%再生剂B、9.5%再生剂A或11%再生剂B。

由图4可知，7#、8#旧沥青路面胶结料由于其黏度不是很大，而针入度很小，因此选用黏度较小的再生剂A，且其建议再生剂掺量分别为7%、8.5%，但单掺再生剂不能使黏度和针入度同时达到目标值，因此需加入新SBS改性沥青。

由图5可知，9#、10#旧沥青路面胶结料由于其黏度很大而针入度不是很小，因此选用黏度较小的再生剂A，且其建议再生剂掺量分别为8.5%、9.7%。

由图6可知，11#、12#旧沥青路面胶结料由于其黏度很大而针入度很小，因此选用黏度较小的再生剂A，且其建议再生剂掺量分别为11.5%、11.6%，但是单掺再生剂其黏度指标得到恢复时，针入度指标仍然偏小，因此需加入新SBS改性沥青。

基于上述分析的再生方法，以上10种旧沥青路面胶结料再生性能见表6。

3.1.2 新沥青对旧沥青路面胶结料再生性能的影响

由于1#、2#旧沥青路面胶结料的黏度低于SBS改性沥青的原始黏度值，因此应在1#、2#旧沥青路面胶结料中加入新SBS改性沥青，7#、8#、11#、12#旧沥青路面胶结料的再生沥青与1#、2#旧沥青路面胶结料具有类似的性能特征，因此将新SBS改性沥青以不同的比例（占沥青总掺量）添加到以上6种沥青样品中，测试其135℃黏度、针入度指标值，试验结果见表7。

表6 掺加再生剂后10种旧沥青路面胶结料的再生性能

表7 掺加新SBS改性沥青后6种沥青路面胶结料的再生性能

通过表7可得：1#旧沥青路面胶结料由于其黏度很低，因此需要采用较大的掺量进行试验，当SBS改性沥青的掺量高达80%时，其黏度指标恢复到目标值。其余5种沥青路面胶结料的黏度、针入度基本保持在1.4 Pa·s、40×10-1mm左右，与目标值相差不大，通过掺加50%左右的新SBS改性沥青，即可使其性能指标恢复直至接近目标值。

3.2 再生沥青路面胶结料的老化性能评价

通过上述分析可知，SBS类旧沥青路面胶结料通过相应的再生方法，其大部分性能指标都可以恢复到目标值附近，为了验证不同再生方法所得的再生沥青路面胶结料的抗老化性能，本研究在再生性能评价试验基础上，选取6种具有代表性的再生沥青路面胶结料，通过薄膜加热试验（TFOT）后的135℃黏度、25℃针入度指标值与初始再生指标值的比值来评价再生沥青的抗老化性能，并对比分析不同再生方法得到的再生沥青路面胶结料抗老化性能的差异。测试及计算结果见表8。

由表8可得，再生沥青路面胶结料经过老化后，其针入度比均大于65%，黏度均有所增大，且在接受范围内，说明再生沥青路面胶结料抗老化性能均为良好。

表8 再生沥青再次老化后的性能指标

4 结论

（1）旧沥青路面胶结料再生时，需综合考虑黏度与针入度的恢复状况，选择添加再生剂或新沥青材料。对于黏度较低的1#、2#旧沥青路面胶结料，其建议新SBS改性沥青掺量分别为80%、50%；对于黏度不是很大而针入度较大的3#、4#旧沥青路面胶结料，其建议再生剂掺量分别为4%再生剂B、5%再生剂B；对于黏度和针入度都不是很大的5#、6#旧沥青路面胶结料，其建议再生剂掺量分别为7%再生剂A或8%再生剂B、9.5%再生剂A或11%再生剂B；对于黏度不是很大而针入度很小的7#、8#旧沥青路面胶结料，其建议再生剂掺量分别为7%再生剂A+50%新SBS改性沥青、8.5%再生剂A+50%新SBS改性沥青；对于黏度很大而针入度不是很小的9#、10#旧沥青路面胶结料，其建议再生剂掺量分别为8.5%再生剂A、9.7%再生剂A；对于黏度很大而针入度很小的11#、12#旧沥青路面胶结料，其建议再生剂掺量分别为11.5%再生剂A+50%新SBS改性沥青、11.6%再生剂A+50%新SBS改性沥青。（2）添加新沥青的再生沥青路面胶结料的抗老化性能稍优于添加再生剂的抗老化性能；添加不同黏度等级再生剂的再生沥青路面胶结料抗老化性能相近。（3）为充分发挥RAP中旧沥青路面胶结料的作用，推荐使用再生剂进行再生。

[1]拾方治，马卫民.沥青路面再生技术手册[M].北京：人民交通出版社，2006.

[2]马涛，黄晓明，张永鹏.基于材料复合理论的老化沥青再生规律[J].东南大学学报：自然科学版，2008，38（3）：520-525.

[3]康爱红，陈娟，黄铭，等.旧SBS类沥青路面胶结料性状分析及老化等级评定[J].中国矿业大学学报，2014，43（4）：726-730.

[4]交通部公路科学研究所.JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5]陈娟.旧沥青路面胶结料性状评价及分类再生研究[D].扬州：扬州大学，2013.

[6]Zelelew H,Paugh C,Corrigan M,et al.Laboratory evaluation of the mechanical properties of plant-produced warm-mix asphalt mixtures[J].Road Materials and Pavement Design,2012,14（1）：49-70.

[7]姚家鑫.沥青再生剂的研制[D].重庆：重庆交通大学，2008.

A study on regeneration properties of reclaimed SBS asphalt

WU Zhengguang,LI Lujia,KANG Aihong
（1.College of Civil Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China;2.Jiangsu Hanjian Group,Yangzhou 225127,China）

Twelve kinds of reclaimed SBS modified asphalt binders of different aging degrees were obtained from representative asphalt pavements of a real project.Through indoor experiments,the recycling materials and recommended dosage which were adapted to the aging properties of reclaimed asphalt binders were put forward based on viscosity of 135℃and penetration of 25℃.The anti-aging performance of regenerated asphalt binders was analyzed by TFOT,which showed that the anti-aging performance of regenerated asphalt binders in different regeneration methods was able to properly meet the requirements of the road in use.

asphalt pavement;binder;SBS;regeneration properties

U414

A

1672-0679（2015）01-0048-05

（责任编辑：经朝明）

2014-10-28

国家自然科学基金项目（51178409）；扬州市科技计划项目（YZ2011108）;江苏省“博士集聚计划”（1301176C）

吴正光（1970-），男，江苏高邮人，讲师，从事道路工程研究，Email：zgwu@yzu.edu.cn。