氯丁胶乳对老化沥青再生性能的影响研究

程晓锋

(张家口路桥建设集团有限公司 张家口市 075000)

沥青路面翻修改建产生旧料废弃问题，处理不当易造成资源浪费和环境污染。目前，沥青路面再生技术已运用到各等级公路， RAP再生利用及沥青再生剂已是科研人员的研究热点，再生剂的品质直接影响着再生沥青混合料的路用性能，而再生剂中轻质油分易挥发及抗老化性能不足等缺陷导致老化沥青再生效果不佳[1-3]。氯丁胶乳作为一种高聚物分子改性基高分子材料，广泛应用于工业及民用建筑的防水、防渗、防腐等工程，其自身高温稳定性好、抗老化性强、耐水性好，长期浸泡在水中的寿命可达50年[4-5]。因此，本研究采用氯丁胶乳对老化沥青进行再生，通过再生沥青三大指标、低温性能、抗老化性能对比两种常用的国产再生剂分析氯丁胶乳对老化沥青的再生效果。

1 实验

(1)材料

国产再生剂A；国产再生剂B；国产阳离子氯丁胶乳，由环氧树脂改性胶乳加入氯丁橡胶乳液及聚丙烯酸酯、合成橡胶、各种乳化剂、改性胶乳等所组成的高聚物胶乳，PH值6.0～7.5；SBS改性沥青I-D级；老化沥青，参照T 0610-2011沥青旋转薄膜加热试验(RTFOT)制备。

(2)试验仪器

针入度仪，软化点仪，延度仪，高速剪切机，旋转薄膜烘箱，弯曲梁流变仪。

(3)老化沥青制备

将改性沥青加热至流动状态后注入盛样瓶中，称取质量后将盛样瓶放入163℃±0.5℃下预热不小于16h的旋转薄膜烘箱的环形架上，控制环形架转速为15r/min，同时以4000mL/min流速向盛样瓶中通入热空气，烘箱温度在10min内上升到163℃后开始计时，85min后逐步取样，制备得到老化沥青。

(4)试验方法

加热老化沥青至140℃，分别掺入0、2%、4%、6%、8% (占老化沥青质量比重)的国产再生剂A、国产再生剂B、氯丁胶乳，通过剪切试验机以5000r/min的速率剪切30min，然后静置8h制备再生沥青。对再生沥青的针入度、延度、软化点、低温性能、抗老化性能进行测试。

2 结果与讨论

2.1 三大指标

2.1.1针入度

针入度是评价沥青粘性的指标，针入度越小，沥青粘度越大，反之越小。不同比例再生剂掺量下的再生沥青针入度见图1。

图1 不同比例再生剂掺量下再生沥青针入度

由图1可知，添加国产再生剂A与国产再生剂B的再生沥青针入度随再生剂掺量的增大线性增大，且国产再生剂A各掺量针入度恢复情况均优于国产再生剂B；添加氯丁胶乳的再生沥青针入度减小，且随着氯丁胶乳掺量的增加不断减小，减小幅度不大，这是由于氯丁胶乳破乳后聚氯丁二烯分子分散吸附在老化沥青表面，加强了沥青分子间的作用力，从而导致了沥青粘度增大，针入度减小，因此氯丁胶乳的掺量不宜过大，后续延度和软化点试验研究选用再生剂掺量为4%，此掺量情况下国产再生剂A与国产再生剂B针入度均能恢复到规范要求范围。

2.1.2延度

延度是评价沥青塑性的指标，延度越大，沥青的塑性越好。4%再生剂掺量下的再生沥青延度试验结果见图2。

图2 不同再生剂下再生沥青延度

由图2可知，国产再生剂A、国产再生剂B、氯丁胶乳再生沥青的延度分别为33.6cm、25.7cm、30.8cm，原样沥青和老化沥青的延度为32.4cm、17.6cm，表明国产再生剂A、国产再生剂B和氯丁胶乳均提高了老化沥青的延度，从而改善了老化沥青的塑性，其中国产再生剂A的延度恢复效果最好，氯丁胶乳次之，国产再生剂B恢复效果最差。

2.1.3软化点

软化点是反映沥青温度敏感性的指标，软化点越高，沥青温度敏感性越弱，抗车辙能力越好，反之，抗车辙能力越差。在自然因素和车辆荷载的作用下，沥青变脆变硬，流动性变差，抗车辙能力增强，为恢复老化沥青性能，需加入再生剂恢复沥青流变性能。4%再生剂掺量下的再生沥青软化点试验结果见图3。

图3 不同再生剂下沥青软化点

由图3可知，国产再生剂A、国产再生剂B、氯丁胶乳均降低了再生沥青的软化点，且明显低于老化沥青，表明再生剂的加入降低了老化沥青的高温性能。氯丁胶乳对老化沥青软化点的恢复程度最大，软化点恢复至接近原样沥青水平，恢复程度优于两种国产再生剂。

2.2 低温性能

根据美国SHRP沥青结合料低温蠕变性能试验[6]，通过弯曲梁流变试验(BBR)测试-12℃不同再生剂掺量下劲度模量S和蠕变速率m，试验结果见图4、图5所示。

图4 不同比例再生剂掺量下沥青低温蠕变劲度S

图5 不同比例再生剂掺量下再生沥青蠕变速率m

由图4、图5可知，老化沥青的低温蠕变劲度模量随再生剂掺量的增加呈减小趋势，蠕变速率均不断增大，表明了三种再生剂对老化沥青的低温性能均有不同程度的改善，其中氯丁胶乳对老化沥青低温劲度模量与蠕变速率改善较大，恢复接近至原样沥青性能，且明显优于两种国产再生剂。由此可知，氯丁胶乳能较大程度改善老化沥青的低温性能。

2.3 抗老化性能

再生沥青需具有较好的抗老化性能才能保证路面使用年限，这样才能体现出沥青再生利用的经济效益和社会效益。

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，采用旋转薄膜加热试验 (T0610-2011)对再生沥青进行二次老化，老化后质量损失如表1所示。

表1 不同再生剂掺量下旋转薄膜烘箱老化后沥青质量变化

由表1可知，随着两种国产再生剂的掺量增加，沥青质量损失逐渐变大，这是由于再生剂中的轻质油分高温下易挥发，影响了再生沥青的抗老化性能。氯丁胶乳再生沥青质量损失较小，且随着掺量的增加没有明显变化，表明氯丁胶乳自身高温性能和抗老化性能较好，从而对再生沥青的质量变化影响较小，提高了再生沥青的抗老化性能。

3 结论

(1)对比分析氯丁胶乳及两种国产再生剂对老化沥青三大指标的恢复程度，研究表明，氯丁胶乳降低了老化沥青的针入度，但在掺量不大的情况下影响较小。4%掺量下的氯丁胶乳及两种国产再生剂均不同程度恢复了老化沥青的延度和软化点，在延度性能恢复程度上，国产再生剂A>氯丁胶乳>国产再生剂B；氯丁胶乳恢复老化沥青软化点接近至原样沥青，恢复程度明显优于两种国产再生剂。

(2)氯丁胶乳能较好地恢复老化沥青的低温性能，且恢复程度明显优于两种国产再生剂。

(3)通过旋转薄膜加热试验表明氯丁胶乳自身抗老化性能较好，具有良好的高温稳定性能，从而对再生沥青的质量变化影响较小。

(4)氯丁胶乳在恢复老化沥青软化点、低温性能等方面的优势，有利于推动复合再生沥青的发展，进一步提高再生沥青的质量水平。