基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析

摘要：文章以路用性能為控制指標，采用70#、90#基質瀝青替代SBS改性瀝青，擬定4種混合料再生方案，成型相應的再生SBS改性瀝青混合料試件組，通過高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗以及水穩定性凍融劈裂試驗，開展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。試驗結果表明：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對應試件組的低溫抗裂性表現最佳；方案C對應試件組的水穩定性表現最佳；4類再生方案對應的最大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用場景的SBS改性瀝青混合料再生利用提供借鑒。

關鍵詞：SBS改性瀝青；路面再生；路用性能；基質瀝青；級配

中圖分類號：U416.1 A 03 009 3

0 引言

現階段，綠色發展理念在交通工程建設領域得到了深入的貫徹，有利于交通產業的健康發展。我國早期建設的各類高等級公路已處于養護及維修的集中爆發期，常規銑刨重鋪方案可快速有效地提升公路路面質量，但也帶來了較高的建設成本及大量的路面廢料。可以預見瀝青路面再生技術將是當今交通領域的又一研究熱點［1-2］，相較于銑刨重鋪方案，可節約大量建設成本，同時實現節能減排。

諸多專家學者已對瀝青混合料路面再生技術進行了一定的探索，主要集中于老化瀝青的化學成分及技術指標變化情況，通常以摻加新瀝青的方法實現再生瀝青混合料的性能恢復。陳靜云、豐曉及陳華鑫等［3-5］利用GPC試驗及紅外光譜試驗對SBS瀝青的老化及再生機理進行了分析，發現其老化過程是由于長期使用過程中的氧化聚合作用，其本質表現為瀝青中4類組分比例的變化，形成不同的化學平衡。甘新立及姚曉光等［6-7］則對瀝青再生劑進行了深入探討，結合摻加新SBS改性瀝青，實現對老化SBS改性瀝青的再生反應，發現摻加新SBS改性瀝青可有效改善老化瀝青的性能指標，同時在對比各項再生劑后推薦了復合再生劑。

綜上所述，現有研究在SBS改性瀝青混合料的再生技術機理及指標改善上已有一定研究基礎，以摻加SBS改性瀝青及新集料的方式實現。但現有研究成果暫未考慮到原材料成本的進一步控制，也未兼顧不同地區對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，開展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。通過原材料分析，確定再生瀝青混合料級配設計，并采用70#、90#基質瀝青替代SBS改性瀝青，擬定4種混合料再生方式，成型相應再生SBS改性瀝青混合料試件組，開展高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗以及水穩定性凍融劈裂試驗，分析路用性能指標，同時通過內插法確定4種再生方式對應的最大RAP摻配比例。研究成果可為不同應用場景的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材料相同規格的SBS改性瀝青作為試驗材料，其性能指標檢測結果見表1。

1.1.2 基質瀝青

嘗試采用70#、90#基質瀝青替代SBS改性瀝青，其性能指標檢測結果見表2。

1.2 再生劑

試驗選用深圳某公司生產的OP1100復合再生劑。該再生劑具備優良的耐候性及流變特性，黏度適中，常溫條件下呈粘稠性狀。考慮到試驗實施的便利性，可采取預熱方案提升其流動性，但應將預熱溫度控制在80 ℃以下，其性能指標檢測結果見表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）為研究對象，其級配類別為常見的AC-13瀝青混合料。對RAP料開展抽提試驗，并通過燃燒試驗法進行驗證，得到老化SBS改性瀝青混合料舊料的油石比為4.35%。

通常認為老化的舊料中集料成分基本性狀變化不會很大，在瀝青路面的長期服役過程中會產生一定的物理細化作用，但其集料性能仍能保持，從而具備一定的材料適用性，與新集料間不會有很大的差異。因而采用原上面層AC-13瀝青混合料的級配設計成果作為再生瀝青混合料的目標合成級配，其合成級配曲線見圖1。

采用摻加SBS改性瀝青及新集料的方式實現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，見表4。

2 再生方案

為在一定程度上恢復SBS改性瀝青混合料舊路面路用性能，結合工程經驗中常采用的摻加SBS改性瀝青及新集料的再生方式，考慮到原材料成本進一步控制，兼顧不同地區對路面材料路用性能的特殊要求，以路用性能為控制指標，擬定不同舊料再生方式，開展基于路用性能的SBS改性瀝青混合料再生方式影響分析。

通常以針入度指標表征瀝青再生后的性能恢復情況，分析前文原材料檢測中SBS改性瀝青針入度指標為71.0（0.1 mm），70#基質瀝青針入度指標為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#基質瀝青全部替代SBS改性瀝青，作為新摻配粘結材料摻加。

方案B是采用舊瀝青2倍質量的90#基質瀝青，其余全部為70#基質瀝青。

方案C是采用舊瀝青等質量的90#基質瀝青，其余全部為70#基質瀝青，同時摻加舊瀝青6%質量的復合再生劑。

方案D則是常規的全部摻加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展路用性能試驗，進而推導各再生方案對應的最大RAP摻配比例。需要注意的是，根據上述最佳油石比試驗可以發現，當RAP摻配比例為50%時，所需要的新摻配瀝青質量小于舊瀝青的2倍，因而方案B未進行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，開展高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗以及水穩定性凍融劈裂試驗，分析各組試件路用性能指標變化規律。

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結果見圖2～4。由圖2～4可以發現：

隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對應的試件組變形量逐步降低，動穩定度呈線性上升趨勢，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，即RAP舊料摻配比例的提升有助于增強試件的高溫穩定性。

隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對應的最大彎拉應變呈現出先增后降的趨勢，其中當RAP舊料摻配比例為20%時達到峰值3 068 με。而當RAP舊料摻配比例達到50%時，則不再滿足規范要求。這是由于舊瀝青含量過高后，再生瀝青的塑性整體變弱，硬脆性增強，其低溫抗裂性隨之減弱。

與最大彎拉應變檢測結果類似，隨RAP料摻配比例的提升，再生方案A對應的凍融劈裂強度比呈現出先增后降的趨勢。其中當RAP舊料摻配比例為20%時達到峰值89%，這是因為舊瀝青含量過高后，集料和再生瀝青粘結材料的粘附作用逐漸削弱，從而引起水穩定性下降。當其摻量達到40%時，已不再滿足規范75%以下的要求，通過內插法確定再生方案A對應的最大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結果集中對比分析，分別見圖5～7。

分析圖5可以發現：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B、C、D對應的試件組動穩定度變化趨勢與再生方案A類似，總體均呈現出上升趨勢，且均滿足規范要求的800次/mm以上。其中方案C及方案D的上升趨勢較為明顯，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%，其動穩定度僅增加了200次/mm。同時，橫向對比不同摻配方案間的高溫穩定性差異可以發現，方案D即全部摻加SBS改性瀝青方案的試件組動穩定明顯高于其他方案，這是由于SBS改性瀝青相較于基質瀝青具備更好的粘結能力，試件的抗車轍變形能力也更佳。

分析圖6可以發現：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B、C、D對應的試件組最大彎拉應變變化趨勢呈明顯的負相關關系。其中方案C下降趨勢最為明顯，而方案D的下降趨勢則相對較緩。橫向對比不同摻配方案間的低溫抗裂性差異，總體上呈現為方案D＞方案C＞方案B。將三者與規范要求的2 300 με標準相對照，當再生方案B對應的試件組RAP舊料摻配比例達到40%后，其最大彎拉應變為2 149 με，不再滿足規范要求，通過內插法確定再生方案B對應的最大RAP摻配比例為36.5%；當再生方案C對應的試件組RAP舊料摻配比例達到50%后，其最大彎拉應變為2 155 με，不再滿足規范要求，通過內插法確定再生方案C對應的最大RAP摻配比例為44.2%。

分析圖7可以發現：隨RAP料摻配比例的提升，再生方案B對應的試件組凍融劈裂強度比變化趨勢呈明顯的負相關關系，而再生方案C、D則呈現先增后降趨勢，其峰值分別為40%舊料摻配比例對應的98%，以及30%舊料摻配比例對應的94%。橫向對比不同摻配方案間的水穩定性差異，總體上呈現為方案C＞方案D＞方案B。將三者與規范要求的75%凍融劈裂強度比標準相對照，當再生方案D對應的試件組RAP舊料摻配比例達到50%后，其凍融劈裂強度比為72%，不再滿足規范要求，通過內插法確定再生方案D對應的最大RAP摻配比例為46.7%。

4 結語

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

（1）隨著RAP摻配比例提升，各組再生瀝青混合料高溫穩定性均呈正相關趨勢。

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

（3）再生方案C對應試件組的水穩定性表現最佳。

（4）以路用性能指標規范為指導，4類再生方式對應的最大RAP摻配比例分別為38.8%、36.5%、44.2%及46.7%。

參考文獻

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收稿日期：2022-12-01