秦 歡， 吳 欣，鄒桂蓮，劉新海

(1.保利長大工程有限公司，廣州 510620；2.廣州市高速公路有限公司，廣州 510289；3.華南理工大學土木與交通學院，廣州 510640；4.廣東華路交通科技有限公司，廣州 510420)

0 引言

老化瀝青再生利用技術一直是行業(yè)內的熱點研究方向之一，已有成功的再生瀝青路面應用案例證明了該技術的經濟價值和環(huán)境效益[1-4]。規(guī)范JTG/T 5521-2019中的新舊瀝青調和再生法則以60℃動力黏度作為目標參數。SBS改性瀝青的60℃動力黏度測試困難且誤差較大[5]，基于60℃動力黏度建立的調和方程并不適合于指導改性瀝青的混合再生，因此選擇合適的目標參數成為研究新-舊SBS改性瀝青混合再生規(guī)律的關鍵點。鄒桂蓮、秦歡[6-7]等人發(fā)現延度、粘韌性以及G*/sinδ對SBS的老化最為敏感，一次和二次再生后的瀝青流變特性恢復效果較好。甘立新、李立寒、張皓等人[8-10]發(fā)現添加再生劑或新SBS類改性瀝青可使老化瀝青的針入度、延度和粘韌性恢復至老化前的水平。Stimilli[11]等人使用三種不同SBS含量的原樣改性瀝青對老化瀝青進行再生，發(fā)現混合再生瀝青的SBS含量隨老化瀝青摻量的增加而提高，同時硬度不斷增大。

本文在已有研究成果的基礎上[6-11]，室內采用延時RTFOT自制R(20-30)、R(10-20)老化瀝青，再分別使用I-D、I-C、I-B三類原樣SBS改性瀝青對R(10-20)瀝青進行混合再生，研究新-舊SBS改性瀝青混合再生的規(guī)律，以期為回收SBS改性瀝青混合料的再生利用提供方法參考。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 原樣及老化SBS改性瀝青

為模擬瀝青路面實際使用過程中的老化，參考已有研究成果[12]在室內采用延時RTFOT試驗代替PAV試驗對新SBS I-D(40-60)改性瀝青進行老化，將旋轉薄膜烘箱溫度設置為170℃、噴氣嘴空氣流量設置為5 000ml/min±200ml/min。經多次試驗探究，分別老化3h、5h得到R(20-30)、R(10-20)老化瀝青。R(20-30)瀝青與山東省某公路回收瀝青的針入度相當，R(10-20)與廣東省SBS(I-D)改性瀝青使用8～10年的老化程度相當。I-D(40-60)、R(20-30)、R(10-20)瀝青的基本性能指標見表1。

表1 I-D(40-60)、R(20-30)、R(10-20)瀝青的性能指標

1.1.2 新SBS改性瀝青

選擇的I-D、I-C、I-B型SBS改性瀝青技術指標見表2。

表2 新SBS改性瀝青的技術指標

1.2 試驗方法

廣東省原樣SBS(I-D)改性瀝青的針入度范圍為40～60(0.1mm)，使用8～10年后衰減至10～20(0.1mm)，因此采用R(10-20)老化瀝青作為研究對象。將I-D、I-C、I-B新瀝青和R(10-20)老化瀝青置于165℃～170℃烘箱內加熱融化，再將15%、25%、35%、50%質量比例的R(10-20)瀝青分別加入三種新瀝青中，攪拌混合均勻后得到12種再生SBS改性瀝青。按照規(guī)范JTG E20 T 0604、T 0625和AASHTO M320分別測試12種混合再生SBS改性瀝青以及I-D、I-C、I-B、R(10-20)瀝青的25℃針入度、135℃旋轉粘度以及G*/sinδ。

2 試驗結果與分析

2.1 針入度

新-舊瀝青混合后的分散均勻程度會影響再生瀝青的針入度指標[13-14]。為減少干擾變量，假設新-舊瀝青完全混合分散均勻，僅分析新瀝青種類以及摻量對混合再生后瀝青針入度的影響。不同瀝青的針入度試驗結果見表3，與R(10-20)摻量的關系如圖1所示。

表3 瀝青25℃針入度試驗結果 (單位：0.1mm)

圖1 25℃針入度與R(10-20)摻量之間的變化規(guī)律

由表3和圖1可知，在相同的R(10-20)摻量下，混合再生瀝青的針入度隨新瀝青針入度等級的升高而增大，新瀝青針入度越大，對R(10-20)的再生效果就越明顯。分別使用I-D、I-C、I-B新瀝青作為再生劑，混合再生瀝青的針入度均隨R(10-20)摻量的增加而減小，說明R(10-20)摻量增加會導致再生瀝青變硬。以25℃針入度作為目標參數，新-舊SBS改性瀝青的混合再生調和方程可表示為式1。

Lg(Pmix)=X·Lg(Pold)+(1-x)Lg(Pnew)

(1)

式中：Pmix為再生瀝青的25℃針入度；Pold為老化改性瀝青的25℃針入度；Pnew為新瀝青的25℃針入度；x為老化瀝青的摻配比例。

欲使R(10-20)針入度恢復至原樣瀝青的水平范圍，根據式(1)反算可知，分別使用I-D、I-C、I-B新瀝青再生時，R(10-20)的最大摻量為29%、40%、48%，說明新瀝青針入度越大，老化瀝青的最大摻量越高。進一步分析可知，當老化瀝青摻量不超過30%時，可選擇同等級的新瀝青作為再生瀝青；當摻量超過30%時，建議選擇更高等級的新瀝青作為再生瀝青。

2.2 粘度

在單對數坐標系下，12種混合再生瀝青以及I-D、I-C、I-B、R(10-20)瀝青的135℃旋轉粘度試驗結果如圖2所示。

圖2 135℃旋轉粘度與R(10-20)摻量之間的變化規(guī)律

由圖2可知，相同的R(10-20)摻量下，新瀝青的針入度越大，混合再生瀝青的135℃旋轉粘度越小，對R(10-20)的軟化效果越明顯。分別使用I-D、I-C、I-B新瀝青作為再生劑，混合再生瀝青的135℃旋轉粘度值均隨R(10-20)摻量的增加而升高。135℃旋轉粘度對數值與R(10-20)摻量呈單調遞減關系，可表示為式(2)。

Lg(ηmix)=X·Lg(ηold)+(1-x)Lg(ηnew)

(2)

式中：ηmix為再生瀝青的135℃旋轉粘度；ηold為老化改性瀝青的135℃旋轉粘度；ηnew為添加新瀝青的135℃旋轉粘度；x為老化瀝青的摻配比例。

規(guī)范JTG/T 5521-2019采用60℃動力粘度作為目標參數構建新舊瀝青調和方程，這一指標對于普通瀝青是適用的，但SBS改性瀝青60℃動力粘度測試困難且誤差較大，導致其不適用改性瀝青的再生。美國SHRP計劃推薦使用Brookfield旋轉粘度計測試改性瀝青的135℃旋轉粘度，該測試方法簡單，數值穩(wěn)定可靠，能較好地反映改性瀝青的高溫性能。使用I-D、I-C、I-B新瀝青作為再生劑，混合再生瀝青的135℃旋轉粘度對數值與老化瀝青摻量的線性回歸相關系數均可達到95%以上，兩者的相關程度較高，表明135℃旋轉粘度同樣適合作為目標參數構建新-舊SBS改性瀝青混合再生調和方程。

2.3 車轍因子

SHRP計劃提出采用G*/sinδ表征瀝青結合料抗永久變形能力的大小，其數值越大說明高溫抗車轍能力越強[17]。國內瀝青路面夏季的高溫一般為40℃～70℃，試驗設置40℃、50℃、60℃、70℃四個溫度，采用I-B(80-100)新瀝青對R(10-20)老化瀝青進行再生，G*/sinδ的試驗結果如圖3所示。

圖3 G*/sinδ與R(10-20)摻量之間的變化規(guī)律

由圖3可知，在設置的試驗溫度下，G*/sinδ均隨R(10-20)摻量的增加而增大，表明高溫狀態(tài)下增加老化瀝青摻量有利于提高瀝青混凝土路面的抗車轍能力。同種試驗溫度下，以G*/sinδ為目標參數構建的再生調和方程可表示為式(3)。

Lg(G*/sinδmix)=x·Lg(G*/sinδold)+
(1-x)Lg(G*/sinδnew)

(3)

式中：G*/sinδmix為再生瀝青的車轍因子，G*/sinδold為老化瀝青的車轍因子，G*/sinδnew為新瀝青的車轍因子，x為舊瀝青摻量。

溫度是《公路自然區(qū)劃標準》一級區(qū)劃考慮的重要指標之一。目前我國的瀝青技術指標體系采用固定的試驗溫度，不能代表當地瀝青路面的真實服役溫度，而DSR溫度掃描試驗可獲得系列溫度下的G*/sinδ，各地可根據路面高溫狀態(tài)下的統計溫度平均值，建立基于該溫度下的G*/sinδ再生調和方程，保證再生瀝青試驗溫度與當地路面服役溫度的一致性。建議采用再生調和方程確定新瀝青的針入度等級以及老化瀝青的最大摻量時，推薦優(yōu)先選用當地平均7d最高路面設計溫度下的G*/sinδ作為目標參數。

3 再生調和方程的驗證

為驗證SBS改性瀝青混合再生調和方程的普適性，選擇山東省某實體工程應用的R(20-30)老化瀝青，固定其摻量為25%，分別添加質量分數為75%的I-D(40-60)、I-C(60-80)新瀝青進行混合再生并進行檢測試驗。再生瀝青性能指標的實測值與計算值見表4。

表4 再生瀝青性能指標測試結果

由表4可知，采用再生調和方程擬合得到的25℃針入度、135℃旋轉粘度、G*/sinδ計算值與再生瀝青樣品的實測值基本一致，相對誤差均小于10%，在實際工程使用可接受的誤差范圍內，表明建立的再生調和方程對于不同老化程度的SBS改性瀝青均適用，具有一定的普適性。

4 結論

(1)添加不同針入度等級的新SBS改性瀝青均能有效恢復老化SBS改性瀝青的常規(guī)性能與流變性能指標，且新SBS瀝青的針入度等級越高，摻量越大，恢復效果越明顯。當老化瀝青摻量不超過30%時，可選擇同等級的新瀝青作為再生瀝青；當摻量超過30%時，建議選擇更高等級的新瀝青作為再生瀝青。

(2)新-舊SBS混合再生瀝青的25℃針入度對數值、135℃旋轉粘度對數值、G*/sinδ對數值均與R(10-20)摻量呈線性相關關系。可采用25℃針入度、135℃旋轉粘度或G*/sinδ作為目標參數建立新-舊SBS改性瀝青的再生調和方程，推薦選用當地平均7d最高路面設計溫度下的G*/sinδ作為目標參數。

(3)采用再生調和方程擬合得到的25℃針入度、135℃旋轉粘度、G*/sinδ計算值與再生瀝青樣品的實測值基本一致，表明建立的再生調和方程對于不同老化程度的SBS改性瀝青均適用，具有一定的普適性。