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老化SBS改性沥青的有效再生研究

来源:石油沥青厂家   发布时间:2018-11-22   点击量:863

SBS改性沥青具有较好的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能,被广泛应用于我国高等级沥青路面的面层。然而,在严峻的交通与气候条件下,随着使用年限的增加,SBS改性沥青路面亦会发生老化,这种老化的SBS改性沥青路面材料仍具有极高的再利用价值。对老化SBS改性沥青路面材料进行再利用的关键是对老化的SBS改性沥青进行再生。

SBS改性沥青的老化机理为基质沥青的吸氧老化以及SBS改性剂的断链反应。在老化SBS改性沥青中添加再生剂只是对基质沥青各组分进行了调合,却无法恢复已发生断链反应的SBS。要恢复生沥青进行改性,张道义研究了采用TPS改性剂对老化SBS改性沥青进行二次改性再生的可行性,结果表明TPS改性剂在改善再生沥青其它性能的同时,可显著提高其低温延度,具有良好的改性效果。然而,目前仍缺乏老化SBS改性沥青再生方案的系统研究,对不同再生方案再生SBS改性沥青微观结构差异的探究也较少。

本研究设计了3种再生方案对老化SBS改性沥青进行再生。采用软化点试验和测力延度试验,测试分析不同再生方案下,老化SBS改性沥青的再生效果和性能改善程度;采用荧光显微镜观察并分析原样SBS改性沥青、老化SBS改性沥青及不同方案再生沥青的微观相态结构。通过宏观性能和微观结构分析探究老化SBS改性沥青再生的有效方案。

试验材料与试验设计

试验材料

试验用沥青为基质沥青、SBS改性沥青和RST高黏度改性沥青。其中,基质沥青为中海A-70号;SBS改性沥青是由中海A-70号与星型SBS4303(YH-801)配置,SBS掺量(与基质沥青质量百分比)为3%;RST高黏度改性沥青是由中海A-70号与埔东路桥RST高黏度改性剂制备,RST掺量为10%。试验用再生剂为美德维实伟克的CYCLOGENL型再生剂。试验用高模量改性剂为粉末状Gil岩沥青。

SBS改性沥青制备的步骤为:首先将基质沥青加热,启用高速剪切机并加人SBS改性剂,在温度170~180℃、剪切机转速3000~4000r/min条件下剪切20min;然后使用螺旋桨搅拌机搅拌至均匀,得到SBS改性沥青样品。

RST高黏度改性沥青制备的步骤为:首先将基质沥青加热,启用高速剪切机并加人RST高黏度改性剂,在温度180~190℃、剪切机转速3000~4000r/min条件下剪切30min;然后使用螺旋桨搅拌机搅拌至均匀,得到RST高黏度改性沥青样品。

试验设计

再生方案设计。为了探究再生剂、基质沥青、高模量改性剂、SBS类高性能改性沥青等对再生沥青性能的影响,设计了3种再生方案,具体如下:

方案1:普通再生方案。在老化沥青中添加一定比例的再生剂或基质沥青。具体再生工艺为:先将老化SBS改性沥青加热至170℃,然后加入再生剂或基质沥青,再生剂的掺量(与老化SBS改性沥青质量百分比)分别为4%、12%,基质沥青与老化SBS改性沥青的质量比例为1:1,在170-180℃温度下搅拌约20min。得到的再生沥青称为普通再生沥青。

方案2:再生剂+岩沥青的再生方案。在老化沥青中添加一定比例的再生剂与岩沥青。具体再生工艺为:先将老化SBS改性沥青加热至170℃左右,然后按照一定顺序加人再生剂和岩沥青,再生剂和岩沥青的掺量分别为12%和4%,在170~180℃温度下搅拌约20min。得到的再生沥青称为岩沥青改性再生沥青。

方案3:再生剂+改性沥青的再生方案。在老化沥青中添加一定比例的再生剂与SBS改性沥青或RST髙黏度改性沥青。再生工艺为:先将老化SBS改性沥青加热到HOT左右,加人再生剂后搅拌20min,再生剂掺量为老化沥青质量的12%;然后加入已经加热至170丈的新SBS改性沥青或RST高黏度改性沥青,在180-185℃温度下搅拌约30min,新沥青与老化SBS改性沥青的质量比例为1:1。

得到的沥青分别称为SBS沥青调合改性再生沥青或RST沥青调合改性再生沥青,统称为调合改性再生沥青。

试验设计。对SBS改性沥青进行10h、17h、24h的薄膜烘箱(TFOT)试验,模拟SBS改性沥青的热老化过程。

按照我国现行技术规程,对不同老化时间SBS改性沥青及不同方案再生沥青进行软化点、测力延度试验(10t)。其中,测力延度试验可测得沥青的延度和韧性。

针对原样SBS改性沥青、老化24h的SBS改性沥青以及不同方案再生SBS改性沥青,采用Olympus荧光显微镜进行微观相态结构的观测分析。

试验结果与分析

不同再生方案再生效果

采用方案1、方案2、方案3进行再生,均可降低老化SBS改性沥青的软化点、提高其延度,但仅方案3可有效改善老化SBS改性沥青的軔性。方案1中添加基质沥青进行再生,使老化SBS改性沥青的软化点、黏度和延度均降低,说明基质沥青可起也使得老化SBS改性沥青的延展性进一步降低。

对于老化10h的SBS改性沥青,方案1中添加再生剂可使其软化点、延度恢复至原样水平,而无法恢复其初性;方案2无法恢复其延度及初性;方案3可使其软化点、延度、钿性均恢复至原样水平。对于老化17h、24h的SBS改性沥青,仅方案3可恢复其软化点、延度及韧性,其中,RST沥青调合改性再生沥青的延度和韧性甚至超过原样水平。

随着SBS改性沥青老化时间的增加,各方案再生沥青的软化点均呈增大趋势,延度呈减小趋势;方案1、方案2再沥青韧性也呈减小趋势。表明在相同的再生方案下,SBS改性沥青的老化程度越高,再生沥青性能的恢复程度就越低。但是,方案3RST沥青调合改性再生沥青的軔性却随SBS改性沥青老化时间的增加而增大。主要原因是添加到老化SBS改性沥青中的再生剂,部分起到补充轻质油分、调节组分的作用,而另外相当一部分起着软化作用,使得再生沥青稠度降低、影响改性沥青的增韧效果,随着老化时间的增加,参与调节老化赌组分的再生剂比例提高,再生剂的软化作用降低,从而使改性沥青的增初效果皿出来。

再生沥青微观相态结构

在原样SBS改性沥青中,SBS吸收了基质沥青中的饱和分等轻质油分发生溶胀,胶体体系稳定,SBS颗粒均匀地分布于沥青相中。老化24h时,由于SBS发生降解,SBS数量减少、呈现为絮状的不均匀分布,并表现出凝聚、离析特征。

方案1添加再生剂进行再生,再生SBS改性沥青的微观相态结构与老化24h的SBS改性沥青微观相态结构接近,SBS在沥青相中仍为絮状分布状态;方案2添加再生剂+岩沥青进行再生,再生沥青的微观相态结构也与老化24h的SBS改性沥青微观相态结构接近,SBS在沥青相中为絮状分布状态,且沥青相中存在岩沥青携带的沙土颗粒,从而对再生沥青的性能产生不利影响;方案3添加再生剂+SBS改性沥青或RST高黏度改性沥青进行再生,再生沥青的微观相态结构与老化24h的SBS改性沥青微观相态结构存在明显差异,SBS数量增多,呈颗粒状均匀分布。与SBS沥青调合改性再生沥青相比,RST沥青调合改性再生沥青中的SBS数量更多,分布更加均匀。

综上可知,添加再生剂或再生剂+岩沥青进行再生,再生沥青中的SBS在沥青相中仍处于絮状分布状态,沥青的韧性无法恢复,而添加再生剂+SBS改性沥青或RST高黏度改性沥青进行再生,老化SBS改性沥青中的SBS数量得到补充,SBS沥青相中呈颗粒状均匀分布,对沥青的增初作用恢复,使得老化SBS改性沥青的韧性显著提高。其中,RST沥青调合改性再生沥青的钿性可达到甚至超过原样SBS改性沥青。因此,对老化SBS改性沥青进行再生,不仅要添加再生剂调节其组分,还要补充降解的SBS改性剂,恢复SBS的均匀分布状态,使沥青的黏稠度、延雖和靭性均得到改善。

结论

(1)加再生剂、再生剂+岩沥青或再生剂+改性沥青的再生方案均可在一定程度上改善老化SBS改性沥青的黏稠度和延展性。对于老化较严重(TFOT24h)的SBS改性沥青,仅再生剂+改性沥青的再生方案可使沥青的粘稠度、延展性恢复至原样SBS改性沥青的水平。

(2)添加再生剂或再生剂+岩沥青进打再生,再生沥青中的SBS在沥青相中仍处于絮状分布状态,沥青的韧性无法恢复,而添加再生剂+SBS改性沥青或RST高黏度改性沥青进行再生,老化SBS改性沥青中的SBS数量得到补充,SBS在沥青相中呈颗粒状均匀分布,对沥青的增韧作用恢复,使得老化SBS改性沥青的韧性显著提高。其中,RST沥青调合改性再生沥青的韧性可达到甚至超过原样SBS改性沥青。

(3)老化SBS改性沥青的再生机理为:通过添加再生剂与SBS类高性能改性沥青,补充老化SBS改性沥青中所缺失的轻质油分和SBS改性剂,以调节沥青的组分构成,同时恢复SBS颗粒在沥青相中的均匀分布状态,实现老化SBS改性沥青黏稠度、延展性及初性的改善。

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