摘要：文章以路用性能為控制指標(biāo)，采用70#、90#基質(zhì)瀝青替代SBS改性瀝青，擬定4種混合料再生方案，成型相應(yīng)的再生SBS改性瀝青混合料試件組，通過(guò)高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)以及水穩(wěn)定性凍融劈裂試驗(yàn)，開(kāi)展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著RAP摻配比例提升，再生瀝青混合料路用性能均顯著變化；方案D對(duì)應(yīng)試件組的低溫抗裂性表現(xiàn)最佳；方案C對(duì)應(yīng)試件組的水穩(wěn)定性表現(xiàn)最佳；4類再生方案對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例分別為38.8%、36.5%、44.2%、46.7%。研究成果可為不同應(yīng)用場(chǎng)景的SBS改性瀝青混合料再生利用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：SBS改性瀝青；路面再生；路用性能；基質(zhì)瀝青；級(jí)配

中圖分類號(hào)：U416.1 A 03 009 3

0 引言

現(xiàn)階段，綠色發(fā)展理念在交通工程建設(shè)領(lǐng)域得到了深入的貫徹，有利于交通產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。我國(guó)早期建設(shè)的各類高等級(jí)公路已處于養(yǎng)護(hù)及維修的集中爆發(fā)期，常規(guī)銑刨重鋪方案可快速有效地提升公路路面質(zhì)量，但也帶來(lái)了較高的建設(shè)成本及大量的路面廢料?？梢灶A(yù)見(jiàn)瀝青路面再生技術(shù)將是當(dāng)今交通領(lǐng)域的又一研究熱點(diǎn)［1-2］，相較于銑刨重鋪方案，可節(jié)約大量建設(shè)成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

諸多專家學(xué)者已對(duì)瀝青混合料路面再生技術(shù)進(jìn)行了一定的探索，主要集中于老化瀝青的化學(xué)成分及技術(shù)指標(biāo)變化情況，通常以摻加新瀝青的方法實(shí)現(xiàn)再生瀝青混合料的性能恢復(fù)。陳靜云、豐曉及陳華鑫等［3-5］利用GPC試驗(yàn)及紅外光譜試驗(yàn)對(duì)SBS瀝青的老化及再生機(jī)理進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其老化過(guò)程是由于長(zhǎng)期使用過(guò)程中的氧化聚合作用，其本質(zhì)表現(xiàn)為瀝青中4類組分比例的變化，形成不同的化學(xué)平衡。甘新立及姚曉光等［6-7］則對(duì)瀝青再生劑進(jìn)行了深入探討，結(jié)合摻加新SBS改性瀝青，實(shí)現(xiàn)對(duì)老化SBS改性瀝青的再生反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)摻加新SBS改性瀝青可有效改善老化瀝青的性能指標(biāo)，同時(shí)在對(duì)比各項(xiàng)再生劑后推薦了復(fù)合再生劑。

綜上所述，現(xiàn)有研究在SBS改性瀝青混合料的再生技術(shù)機(jī)理及指標(biāo)改善上已有一定研究基礎(chǔ)，以摻加SBS改性瀝青及新集料的方式實(shí)現(xiàn)。但現(xiàn)有研究成果暫未考慮到原材料成本的進(jìn)一步控制，也未兼顧不同地區(qū)對(duì)路面材料路用性能的特殊要求。因此，本文以路用性能為控制指標(biāo)，開(kāi)展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。通過(guò)原材料分析，確定再生瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)，并采用70#、90#基質(zhì)瀝青替代SBS改性瀝青，擬定4種混合料再生方式，成型相應(yīng)再生SBS改性瀝青混合料試件組，開(kāi)展高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)以及水穩(wěn)定性凍融劈裂試驗(yàn)，分析路用性能指標(biāo)，同時(shí)通過(guò)內(nèi)插法確定4種再生方式對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例。研究成果可為不同應(yīng)用場(chǎng)景的SBS改性瀝青混合料再生利用提供一定的借鑒。

1 原材料分析

1.1 瀝青

1.1.1 SBS改性瀝青

采用與舊瀝青路面粘結(jié)材料相同規(guī)格的SBS改性瀝青作為試驗(yàn)材料，其性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

1.1.2 基質(zhì)瀝青

嘗試采用70#、90#基質(zhì)瀝青替代SBS改性瀝青，其性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

1.2 再生劑

試驗(yàn)選用深圳某公司生產(chǎn)的OP1100復(fù)合再生劑。該再生劑具備優(yōu)良的耐候性及流變特性，黏度適中，常溫條件下呈粘稠性狀?？紤]到試驗(yàn)實(shí)施的便利性，可采取預(yù)熱方案提升其流動(dòng)性，但應(yīng)將預(yù)熱溫度控制在80 ℃以下，其性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

1.3 RAP料

本文以廣西某公路上面層老化SBS改性瀝青混合料銑刨舊料（RAP料）為研究對(duì)象，其級(jí)配類別為常見(jiàn)的AC-13瀝青混合料。對(duì)RAP料開(kāi)展抽提試驗(yàn)，并通過(guò)燃燒試驗(yàn)法進(jìn)行驗(yàn)證，得到老化SBS改性瀝青混合料舊料的油石比為4.35%。

通常認(rèn)為老化的舊料中集料成分基本性狀變化不會(huì)很大，在瀝青路面的長(zhǎng)期服役過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的物理細(xì)化作用，但其集料性能仍能保持，從而具備一定的材料適用性，與新集料間不會(huì)有很大的差異。因而采用原上面層AC-13瀝青混合料的級(jí)配設(shè)計(jì)成果作為再生瀝青混合料的目標(biāo)合成級(jí)配，其合成級(jí)配曲線見(jiàn)圖1。

采用摻加SBS改性瀝青及新集料的方式實(shí)現(xiàn)舊瀝青混合料的再生，擬定了10%～50%的舊料摻配比例（RAP料/再生料），分別確定不同摻配比例條件下的最佳油石比，見(jiàn)表4。

2 再生方案

為在一定程度上恢復(fù)SBS改性瀝青混合料舊路面路用性能，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)中常采用的摻加SBS改性瀝青及新集料的再生方式，考慮到原材料成本進(jìn)一步控制，兼顧不同地區(qū)對(duì)路面材料路用性能的特殊要求，以路用性能為控制指標(biāo)，擬定不同舊料再生方式，開(kāi)展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。

通常以針入度指標(biāo)表征瀝青再生后的性能恢復(fù)情況，分析前文原材料檢測(cè)中SBS改性瀝青針入度指標(biāo)為71.0（0.1 mm），70#基質(zhì)瀝青針入度指標(biāo)為69.8（0.1 mm），二者較為接近，故擬定4種再生方案如下：

方案A是以90#基質(zhì)瀝青全部替代SBS改性瀝青，作為新?lián)脚湔辰Y(jié)材料摻加。

方案B是采用舊瀝青2倍質(zhì)量的90#基質(zhì)瀝青，其余全部為70#基質(zhì)瀝青。

方案C是采用舊瀝青等質(zhì)量的90#基質(zhì)瀝青，其余全部為70#基質(zhì)瀝青，同時(shí)摻加舊瀝青6%質(zhì)量的復(fù)合再生劑。

方案D則是常規(guī)的全部摻加SBS改性瀝青的方案。

在上述4種再生方案條件下，按照10%～50%的RAP舊料摻配比例分別制備試件組開(kāi)展路用性能試驗(yàn)，進(jìn)而推導(dǎo)各再生方案對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例。需要注意的是，根據(jù)上述最佳油石比試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RAP摻配比例為50%時(shí)，所需要的新?lián)脚錇r青質(zhì)量小于舊瀝青的2倍，因而方案B未進(jìn)行RAP料摻配比例為50%的試件組制備。

3 路用性能分析

以路用性能為控制指標(biāo)，開(kāi)展高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)以及水穩(wěn)定性凍融劈裂試驗(yàn)，分析各組試件路用性能指標(biāo)變化規(guī)律。

采用再生方案A制備的，不同RAP料摻配比例再生SBS改性瀝青混合料試件組的路用性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2～4。由圖2～4可以發(fā)現(xiàn)：

隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對(duì)應(yīng)的試件組變形量逐步降低，動(dòng)穩(wěn)定度呈線性上升趨勢(shì)，從864次/mm提升至2 634次/mm，提升了205%。這是由于隨舊料摻配比例提升，再生混合料中舊瀝青含量隨之提升，總體勁度變大，試件的抗車轍變形能力也隨之增強(qiáng)，即RAP舊料摻配比例的提升有助于增強(qiáng)試件的高溫穩(wěn)定性。

隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對(duì)應(yīng)的最大彎拉應(yīng)變呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)，其中當(dāng)RAP舊料摻配比例為20%時(shí)達(dá)到峰值3 068 με。而當(dāng)RAP舊料摻配比例達(dá)到50%時(shí)，則不再滿足規(guī)范要求。這是由于舊瀝青含量過(guò)高后，再生瀝青的塑性整體變?nèi)?，硬脆性增?qiáng)，其低溫抗裂性隨之減弱。

與最大彎拉應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果類似，隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對(duì)應(yīng)的凍融劈裂強(qiáng)度比呈現(xiàn)出先增后降的趨勢(shì)。其中當(dāng)RAP舊料摻配比例為20%時(shí)達(dá)到峰值89%，這是因?yàn)榕f瀝青含量過(guò)高后，集料和再生瀝青粘結(jié)材料的粘附作用逐漸削弱，從而引起水穩(wěn)定性下降。當(dāng)其摻量達(dá)到40%時(shí)，已不再滿足規(guī)范75%以下的要求，通過(guò)內(nèi)插法確定再生方案A對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例為38.8%。

將采用再生方案B、C、D制備的、不同RAP料摻配比例的再生SBS改性瀝青混合料試件組的路用性能檢測(cè)結(jié)果集中對(duì)比分析，分別見(jiàn)圖5～7。

分析圖5可以發(fā)現(xiàn)：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B、C、D對(duì)應(yīng)的試件組動(dòng)穩(wěn)定度變化趨勢(shì)與再生方案A類似，總體均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，且均滿足規(guī)范要求的800次/mm以上。其中方案C及方案D的上升趨勢(shì)較為明顯，分別從1 126次/mm提升至1 696次/mm、從4 367/mm提升至5 408次/mm，然而方案B的整體提升量較小，隨著摻配比例從10%增至40%，其動(dòng)穩(wěn)定度僅增加了200次/mm。同時(shí)，橫向?qū)Ρ炔煌瑩脚浞桨搁g的高溫穩(wěn)定性差異可以發(fā)現(xiàn)，方案D即全部摻加SBS改性瀝青方案的試件組動(dòng)穩(wěn)定明顯高于其他方案，這是由于SBS改性瀝青相較于基質(zhì)瀝青具備更好的粘結(jié)能力，試件的抗車轍變形能力也更佳。

分析圖6可以發(fā)現(xiàn)：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B、C、D對(duì)應(yīng)的試件組最大彎拉應(yīng)變變化趨勢(shì)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中方案C下降趨勢(shì)最為明顯，而方案D的下降趨勢(shì)則相對(duì)較緩。橫向?qū)Ρ炔煌瑩脚浞桨搁g的低溫抗裂性差異，總體上呈現(xiàn)為方案D＞方案C＞方案B。將三者與規(guī)范要求的2 300 με標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，當(dāng)再生方案B對(duì)應(yīng)的試件組RAP舊料摻配比例達(dá)到40%后，其最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 149 με，不再滿足規(guī)范要求，通過(guò)內(nèi)插法確定再生方案B對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例為36.5%；當(dāng)再生方案C對(duì)應(yīng)的試件組RAP舊料摻配比例達(dá)到50%后，其最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 155 με，不再滿足規(guī)范要求，通過(guò)內(nèi)插法確定再生方案C對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例為44.2%。

分析圖7可以發(fā)現(xiàn)：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B對(duì)應(yīng)的試件組凍融劈裂強(qiáng)度比變化趨勢(shì)呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而再生方案C、D則呈現(xiàn)先增后降趨勢(shì)，其峰值分別為40%舊料摻配比例對(duì)應(yīng)的98%，以及30%舊料摻配比例對(duì)應(yīng)的94%。橫向?qū)Ρ炔煌瑩脚浞桨搁g的水穩(wěn)定性差異，總體上呈現(xiàn)為方案C＞方案D＞方案B。將三者與規(guī)范要求的75%凍融劈裂強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，當(dāng)再生方案D對(duì)應(yīng)的試件組RAP舊料摻配比例達(dá)到50%后，其凍融劈裂強(qiáng)度比為72%，不再滿足規(guī)范要求，通過(guò)內(nèi)插法確定再生方案D對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例為46.7%。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以路用性能為控制指標(biāo)，開(kāi)展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析，得出以下結(jié)論：

（1）隨著RAP摻配比例提升，各組再生瀝青混合料高溫穩(wěn)定性均呈正相關(guān)趨勢(shì)。

（2）SBS改性瀝青相較于基質(zhì)瀝青具備更好的粘結(jié)能力，再生方案D試件的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性表現(xiàn)更好。

（3）再生方案C對(duì)應(yīng)試件組的水穩(wěn)定性表現(xiàn)最佳。

（4）以路用性能指標(biāo)規(guī)范為指導(dǎo)，4類再生方式對(duì)應(yīng)的最大RAP摻配比例分別為38.8%、36.5%、44.2%及46.7%。

參考文獻(xiàn)

［1］姚曉光，王 燕.SBS改性瀝青老化模擬方式研究［J］.淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，27（5）：55-60.

［2］張爭(zhēng)奇，張 苛，姚曉光，等.廠拌熱再生技術(shù)能耗與排放量化分析［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，36（5）：615-620.

［3］陳靜云，邱隆亮.SBS改性瀝青老化與再生機(jī)理的紅外光譜［J］.沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，28（5）：859-864.

［4］豐 曉，葉 奮，黃 彭.基于瀝青老化的紅外光譜羰基吸光度分析［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2008（3）：375-378.

［5］陳華鑫，周 燕，王秉綱.SBS改性瀝青老化后的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，29（1）：1-5.

［6］甘新立，鄭南翔，紀(jì)小平.老化SBS改性瀝青再生性能預(yù)估分析［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，35（6）：715-718.

［7］姚曉光，張萬(wàn)磊，張爭(zhēng)奇，等.老化SBS改性瀝青二次改性再生工藝及機(jī)理研究［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2017，31（24）：79-85.

收稿日期：2022-12-01