殷宏輝，田中亞

（1.湖南卓能勘察設(shè)計(jì)研究有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000；2.齊魯交通發(fā)展集團(tuán) 濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250001）

引言

瀝青的老化在性能指標(biāo)上主要表現(xiàn)為針入度、延度降低，軟化點(diǎn)、黏度增大；在組分變化上表現(xiàn)為芳香芬含量下降而瀝青質(zhì)含量增多[1-3]。傳統(tǒng)的再生劑通常以礦物油或芳烴油為基礎(chǔ)[4]，但前者穩(wěn)定性較差、易揮發(fā)，后者含較多的致癌性及污染性物質(zhì)，這促使研究者尋求更經(jīng)濟(jì)環(huán)保的再生劑。

近年來(lái)，植物油以其產(chǎn)量大、可再生、綠色環(huán)保以及良好的再生效果受到很多研究者的關(guān)注。Asli等[5]研究煎炸廢油對(duì)老化瀝青的影響，認(rèn)為植物油再生瀝青與基質(zhì)瀝青性能沒(méi)有明顯差異。Karlesson和曾夢(mèng)瀾等人[6-9]利用蓖麻油、大豆油、廢食用油等對(duì)瀝青進(jìn)行了改性或再生，發(fā)現(xiàn)植物油的摻入使老化瀝青的性能得到有效恢復(fù)。

植物油類(lèi)瀝青劑表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，而目前對(duì)桐油作為再生劑的研究較少[10]。與菜籽油、大豆油等食用油相比，桐油作為再生劑有很大優(yōu)勢(shì)：（1）桐油是一種生存能力很強(qiáng)的非食用型植物油，能夠在貧瘠土地上生長(zhǎng)，不與糧食作物爭(zhēng)地[11]。而食用油往往價(jià)格較高，且種植條件要求較高[12]。（2）桐油的主要成分是含有弱極性脂肪鏈段的桐油酸甘油酯，這使得桐油與瀝青的相容性很好[13]。SBS改性瀝青因?yàn)樾阅軆?yōu)異在之前的瀝青路面中被廣泛應(yīng)用，隨著使用年限的增加，未來(lái)必然會(huì)有大量的SBS改性瀝青路面需要翻新[14-15]，如何將這些老化的SBS改性瀝青混合料再生利用是很有研究的必要。但目前對(duì)桐油再生老化SBS改性瀝青的研究尚未展開(kāi)，因此，對(duì)桐油作為老化SBS改性瀝青的再生劑的效果進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用SBS（I-D類(lèi)）改性瀝青為原樣瀝青，參照我國(guó)規(guī)范JTG E20-2011[16]對(duì)其進(jìn)行薄膜烘箱老化（TFOT）和壓力老化容器老化（PAV）獲得老化后的SBS改性瀝青（用SBSa表示）。SBS改性瀝青在老化前后的物理指標(biāo)見(jiàn)表1。桐油源自四川綿陽(yáng)的景勝桐油廠，呈淡黃色透明狀，其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表1 SBS改性瀝青與SBSa瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

表2 桐油性能指標(biāo)

1.2 再生瀝青的制備

將2%、4%、6%、8%四種摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的桐油（T）分別加入到SBSa中，首先用高速剪切機(jī)以3 000 r/min的速度剪切20 min，然后用攪拌機(jī)以500 r/min的速度攪拌10 min，剪切、攪拌時(shí)溫度保持在165～170℃，由此制得不同摻量的桐油再生SBSa。為表述方便，將摻入2%桐油的SBSa簡(jiǎn)寫(xiě)為SBSa+2T，其他桐油摻量以此類(lèi)推。

2 常規(guī)性能分析

2.1 針入度

瀝青的針入度在同試驗(yàn)條件下越大，表明其稠度越大[17]。圖1為瀝青25℃針入度試驗(yàn)結(jié)果。可以發(fā)現(xiàn)，老化后，SBS的針入度從57（0.1 mm）下降到38（0.1 mm），僅為原樣瀝青的66.7%。隨著T摻量的增加，針入度呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，因?yàn)門(mén)中含較多的輕質(zhì)油分使得瀝青變軟。每增加2%T時(shí)，SBSa的針入度增大約20%。SBSa+4T的針入度是原樣SBS改性瀝青的96.5%，摻加4%T能使SBSa的針入度恢復(fù)到與原樣SBS改性瀝青的狀態(tài)。

2.2 軟化點(diǎn)

瀝青的軟化點(diǎn)越高，其高溫穩(wěn)定性越好[17]。圖2給出了不同摻量T對(duì)SBSa軟化點(diǎn)的影響?？梢钥闯觯匣?，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)從76.9℃上升至89.3℃（SBSa），增長(zhǎng)幅度超過(guò)10℃，這說(shuō)明老化提高了SBS改性瀝青的高溫性能。同時(shí)，隨著T摻量的增加，SBSa的軟化點(diǎn)顯著降低。當(dāng)T的摻量為2%、4%、6%、8%時(shí)，SBSa的軟化點(diǎn)分別下降了7.9℃、11.8℃、14.6℃和17.7℃。這表明摻入T降低了SBSa的高溫穩(wěn)定性。SBSa+4T與SBS的軟化點(diǎn)僅相差0.6℃，說(shuō)明摻入4%的T能使SBSa的軟化點(diǎn)恢復(fù)到原樣瀝青水平。為了保障再生瀝青的高溫穩(wěn)定性不弱于原樣瀝青，T的摻量建議不要超過(guò)4%。

圖1 針入度試驗(yàn)結(jié)果（25℃）

圖2 軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 延度

低溫延度與瀝青的低溫抗裂性能密切相關(guān)[17]。圖3顯示了不同摻量T的再生SBS改性瀝青的5℃延度?？梢钥闯?，老化后，SBS改性瀝青的延度顯著下降，SBSa的延度僅有2.8 cm，說(shuō)明老化降低了SBS改性瀝青的韌性和低溫抗裂性能，SBSa已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。隨著T摻量的增大，SBSa的顯著增加，當(dāng)T的摻量為2%、4%、6%、8%時(shí)，老化瀝青的延度分別增大了3.4倍、6.1倍、7.8倍和8.5倍。表明摻入T有效改善SBSa的低溫抗裂性能，因?yàn)門(mén)中的小分子流動(dòng)性好，使得大分子鏈結(jié)構(gòu)間的間距變大，進(jìn)而改善了瀝青的低溫抗裂能力[15]。SBSa+6T的延度比原樣SBS僅僅大了0.9 cm，說(shuō)明摻入6%的T能使SBSa的延度恢復(fù)到原樣SBS瀝青水平。

2.4 旋轉(zhuǎn)黏度

圖4顯示了不同摻量T的再生SBS改性瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度。由圖4可知，在各試驗(yàn)溫度下，SBSa的黏度值幾乎是SBS黏度值的兩倍，已經(jīng)不能滿(mǎn)足規(guī)范[18]對(duì)SBS改性瀝青的135℃黏度的要求（≤3 Pa·s）。在同一溫度時(shí)，隨著T摻量的增加，瀝青黏度值逐漸減小，這是由于低黏度的T摻入補(bǔ)充了老化瀝青中損失的輕質(zhì)油分，從而降低了瀝青樣品的黏度[4]。當(dāng)T的摻量≥4%時(shí)，SBSa的135℃黏度已經(jīng)能滿(mǎn)足規(guī)范要求。此外，溫度的增加會(huì)削弱T的降黏效果，以SBSa+2T為例，SBSa+2T的135℃黏度（4.0 Pa·s）比SBSa（5.704 Pa·s）低了29.9%，而SBSa+2T的180℃黏度（0.473 Pa·s）僅僅比SBSa（0.528 6 Pa·s）低了的10.5%。

圖3 延度試驗(yàn)結(jié)果（5℃）

圖4 旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)結(jié)果

3 流變性能分析

3.1 動(dòng)態(tài)剪切流變（DSR）試驗(yàn)

對(duì)不同摻量T的再生SBS改性瀝青進(jìn)行DSR試驗(yàn)，溫度掃描范圍為30℃～80℃，溫度增量為2 ℃/min，得到再生SBS改性瀝青的復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ，據(jù)G*和δ可計(jì)算出車(chē)轍因子G*/sinδ。SHRP相關(guān)規(guī)范采用車(chē)轍因子G*/sinδ來(lái)評(píng)估瀝青的抗車(chē)轍能力，G*/sinδ越大，瀝青的抗車(chē)轍性能越強(qiáng)[17]。圖5顯示了不同摻量T的再生SBS改性瀝青的G*/sinδ。由圖可知，G*/sinδ隨溫度的升高而下降，且隨T的摻量的增大而減小，表明溫度的升高以及再生劑的摻入均會(huì)降低其抗永久變形的能力。SBSa的G*/sinδ最大，這與軟化點(diǎn)以及黏度試驗(yàn)結(jié)果一致，表明其抗車(chē)轍能力最好。SBSa中添加4%的T可使其G*/sinδ的趨勢(shì)幾乎與SBS一致，大于此摻量，再生SBS改性瀝青的抗車(chē)轍能力將弱于原樣SBS改性瀝青。

圖5 車(chē)轍因子

3.2 低溫彎曲蠕變（BBR）試驗(yàn)

重點(diǎn)對(duì)原樣、老化及2組再生SBS改性瀝青進(jìn)行了BBR試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-6℃、-12℃、-18℃。勁度模量S和蠕變速率m的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6～圖7。在-6℃時(shí)小梁變形過(guò)大使得試驗(yàn)中途停止，因此無(wú)測(cè)試結(jié)果。當(dāng)溫度由-12℃降低至-18℃時(shí)，所有瀝青的S值均增大、m值均減小，這表明瀝青路面在低溫條件下更容易出現(xiàn)裂縫。同一溫度下，與原樣SBS比，SBSa的S值更大而m值更小，表明老化SBS改性瀝青更容易開(kāi)裂。隨T摻量的增大，SBSa的S值逐漸減小、m值逐漸增大，這表明摻入T的提高了SBSa的低溫柔性和低溫抗開(kāi)裂性能。以-12℃的數(shù)據(jù)為例，SBSa+4T的S值和m值分別為92 MPa和0.392，而SBS的S值和m值分別為82 MPa和0.326，兩者的S值和m值較為接近，說(shuō)明SBSa中添加4%的桐油可以將其低溫性能恢復(fù)至原有水平。

圖6 勁度模量S值試驗(yàn)結(jié)果

圖7 蠕變速率m值試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

（1）隨桐油摻量的增大，老化SBS改性瀝青（SBSa）的針入度、延度逐漸增大，軟化點(diǎn)和黏度減小。當(dāng)桐油摻量為4%時(shí)，SBSa的針入度和軟化點(diǎn)可以恢復(fù)至原樣SBS改性瀝青的水平，SBSa的135℃黏度可以滿(mǎn)足規(guī)范[8]要求。當(dāng)桐油摻量為6%時(shí)，SBSa的5℃延度可以恢復(fù)至原樣SBS改性瀝青的水平。（2）DRS試驗(yàn)結(jié)果顯示：桐油的摻入會(huì)降低SBSa的抗車(chē)轍性能，當(dāng)桐油摻量為4%時(shí)，SBSa的抗車(chē)轍性能可以恢復(fù)至原樣SBS改性瀝青的水平。（3）BBR試驗(yàn)結(jié)果顯示：隨T摻量的增大，SBSa的S值逐漸減小、m值逐漸增大，桐油的摻入改善了SBSa的低溫抗裂性能，4%的桐油可使SBSa的低溫性能恢復(fù)到原樣瀝青水平。（4）綜合考慮桐油的再生效果和經(jīng)濟(jì)效益，推薦桐油的最佳摻量為4%。