CN103739872B - 一种废旧sbs改性沥青再生利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧SBS改性沥青再生利用方法，包括如下步骤：a、用阿布森法从废旧沥青混合料中回收废旧SBS改性沥青；b、按照新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青的质量比例为70:30～90:10的比例将废旧SBS改性沥青掺加到新鲜SBS改性沥青中，经过搅拌和剪切得到再生SBS改性沥青。这种方法在保证再生SBS改性沥青路面具有较好服役性能的同时，在不使用添加剂的前提下，将回收得到的SBS改性沥青重新用于制备再生SBS改性沥青，克服了现有SBS改性沥青再生利用的能耗高、性能不稳定等缺点，简化了废旧SBS改性沥青再生利用工艺，增加了再生沥青路面的环保性，同时也大幅度降低了施工成本。

Description

一种废旧SBS改性沥青再生利用方法

技术领域

本发明涉及一种废旧SBS改性沥青再生利用方法。

背景技术

由于普通沥青路面无法满足我国交通发展的需求，需要对沥青进行改性以提高路面服役性能，在众多沥青改性剂中，SBS改性剂以其优良的改性效果取代了PE、SBR、树脂等改性剂成为沥青的主要改性材料。随着已经建成的高速公路服役多年陆续进入维修期，每年产生的废旧SBS沥青混合料数量相当庞大，而目前国内外对废旧沥青再生利用的研究主要集中在基质沥青，对SBS改性沥青再生利用的研究较少。我国高速公路的设计年限普遍在20～50年之间，但由于在实际服役过程中受到气候、光照、交通荷载、交通强度等诸多因素的影响，沥青路面往往在服役2～5年之后即出现各种病害，并最终导致我国高速公路的实际服役年限降低为5～10年，使得废旧SBS改性沥青的产量迅速增加，因此开发一种适合我国国情的废旧SBS改性沥青的回收利用的工艺具有重要意义。

国内外对废旧基质沥青的再生利用研究比较成熟，在此不作赘述，但对SBS改性沥青的研究较少。冷鹏飞等人对SBS改性沥青进行旋转薄膜老化制得废旧SBS改性沥青，再向废旧沥青中加入适量的再生剂和SBR改性剂，分别测量老化前、老化后和再生后SBS改性沥青的针入度、软化点、延度等指标，通过分析证明废旧SBS改性沥青可以通过再生处理恢复其基本性能从而被重新应用于沥青混凝土路面。

公开号CN101475746A的专利发明了一种废旧沥青再生剂，并详细介绍了这种再生剂的制备方法和对沥青混合料的再生效果。但该专利所述工艺需要在再生剂的制备过程中引入抗老化剂等物质，这些物质对沥青混合料性能及稳定性会有一定影响，也会对环境带来负面作用。此外这种再生剂在制备过程中需要将重交沥青加热到140～190℃，并且需要在随后的搅拌剪切过程中保持较高温度，此外在制备沥青混合料之前需要重新加热，因此这种方法能量消耗大、成本较高。

公开号CN103073899A的专利介绍了一种环保的道路废旧沥青再生剂，这种再生剂所采用的再生组分包括废弃食用油、劣质动物脂肪加工得到的动物油和废油渣中的油等，能够实现充分利用废弃资源的同时实现对废旧沥青混合料的再生。同样这种方法也存在能耗过高的问题。另外由于再生组分的来源和种类的不稳定，成分波动较大，对废弃沥青混合料的再生效果也不稳定，再生沥青路面的质量不易控制。

从现有的研究情况来看，目前针对废弃沥青混凝土再生的研究主要集中在基质沥青，而专门针对广泛应用于沥青路面上面层的SBS改性沥青的研究比较少。废旧SBS改性沥青和废旧基质沥青在回收过程中所发生的化学反应和原理是不一样的，因此对废旧SBS改性沥青进行深入的研究是很有必要的。

现阶段对SBS改性沥青混凝土的再生方式主要是通过加入再生剂实现的，而在制备再生剂的过程中需要消耗大量人力、资源和能源，且在添加到废旧SBS混合料之前需要对添加剂重新加热，再生剂容易出现沉降、老化等现象，影响再生剂对废旧沥青混合料的作用效果。此外这些添加剂的制备过程中需要添加诸如富含芳香分的轻质油类、溶剂油等，这些成分的加入虽然能够有效改善废旧沥青的性能，但这些原料价格较高，作为再生剂的组分会增加成本从而影响沥青路面再生技术的推广。此外这些原料中的某些成分对环境具有一定的负面作用，不适宜用作路面材料。

发明内容

针对我国目前高速公路因养护维修产生的大量废弃SBS改性沥青回收处理的问题，本发明提供了一种废旧SBS改性沥青再生利用方法，这种方法在保证再生SBS改性沥青在运用于沥青路面具有较好服役性能的同时，不使用添加剂，克服了现有SBS改性沥青再生利用的能耗高、不环保等缺点，简化了废旧SBS改性沥青再生利用工艺，增加了再生沥青路面的环保性，同时也大幅度降低了施工成本。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种废旧SBS改性沥青再生利用方法，包括如下步骤：

a.按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ052-2000）中T0726从沥青混合料中回收沥青的方法，即阿布森法，对铣刨得到的废旧SBS改性沥青混合料进行回收处理得到废旧SBS改性沥青；

b.将废旧SBS改性沥青和新鲜SBS改性沥青加热至150℃～200℃，保持该温度不变，按照新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青的质量比例为70:30～90:10的比例将废旧SBS改性沥青缓慢掺加到新鲜SBS改性沥青中，得到沥青混合物，然后对该沥青混合物进行搅拌和剪切，得到再生SBS改性沥青。

进一步地，所述步骤b中将废旧SBS改性沥青缓慢掺加到新鲜SBS改性沥青中的过程中，边掺边以100～200r/min的速率搅拌沥青混合物，这样可使得新鲜SBS改性沥青在废旧沥青中混合的更均匀。

进一步地，所述步骤b中对新旧沥青混合后得到的沥青混合物进行搅拌和剪切的具体做法是：先以100～200r/min的速率搅拌10～20min，再以3000～4000r/min的速率剪切30～40min，通过此较为低速的搅拌，可以在耗费较低成本的情况下使混合物混合均匀，然后通过高速剪切，使得新旧SBS改性沥青混合得更加彻底，同时使得新鲜SBS改性沥青的有益成分完全、充分地对废旧SBS改性沥青失去的轻质组分和芳香分进行补充，对废旧SBS改性沥青被破坏的网络结构进行修复，达到再生沥青性能优良、稳定的效果。

与现有技术相比，本发明有如下有益效果：

本发明提供了一种在不使用添加剂的前提下，将回收得到的废旧SBS改性沥青重新利用制备再生SBS改性沥青的方法，这种方法在保证再生SBS改性沥青用于沥青路面具有较好服役性能的同时，克服了现有SBS改性沥青再生利用的能耗高、性能不稳定等缺点，简化了废旧SBS改性沥青再生利用工艺，也大幅度降低了施工成本。

本发明对废旧SBS改性沥青的再生工艺中，不掺加任何再生剂，避免了再生剂中的含量较高的芳香分等物质在废旧SBS改性沥青再生过程中高温环境下的挥发，既保护施工人员的健康和环境，又减少了再生沥青混合料的性能衰退，增加了再生沥青路面的稳定性和服役性能。本发明中向新鲜SBS改性沥青中加入一定比例废旧SBS改性沥青的工艺，使得再生SBS改性沥青在加热、拌和、摊铺过程中挥发性气体大为减少，改善了施工人员的工作环境。

另外，我国高速公路的设计年限普遍在20～50年之间，但由于在实际服役过程中受到气候、光照、交通荷载、交通强度等诸多因素的影响，沥青路面往往在服役2～5年之后即出现各种病害，我国高速公路实际服役年限大多都在5～10年，因此本发明基于我国高速公路实际使用年限对废旧沥青混合料进行研究设计，向废旧SBS改性沥青中添加合适比例的新鲜SBS改性沥青，然后经过合理的搅拌剪切，使SBS改性沥青在长期服役过程中因受到外界热氧老化、光照老化等作用的影响而挥发掉的轻质组分和芳香分，从新鲜SBS改性沥青中的饱和分和芳香分中得到补充，也使SBS改性沥青中被破坏的SBS聚合物空间网络结构得以修复，其结构和性能得到大幅度的恢复，在没有使用添加剂的情况下得到了性能优良的再生SBS改性沥青。故该方法在保证了再生改性沥青性能的同时基于实际情况最大限度地利用了废旧SBS改性沥青，节约了成本。

具体实施方式

本发明提供一种废旧SBS改性沥青再生利用的方法，其再生工艺如下：

对废旧SBS改性沥青路面进行铣刨、除杂、破碎和烘干处理，按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ052-2000）T0726从沥青混合料中回收沥青的方法，即阿布森法，对废旧SBS改性沥青混合料进行回收处理，得到废旧SBS改性沥青。

将废旧SBS改性沥青和新鲜SBS改性沥青加热至150℃～200℃，保持该温度不变，按照新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青的质量比例为70:30～90:10的比例将废旧SBS改性沥青缓慢掺加到新鲜SBS改性沥青中，边加边以100～200r/min的速率搅拌，整个过程在5min之内完成，然后继续以100～200r/min的速率继续搅拌10～20min，再采用高速剪切仪以3000～4000r/min的速率剪切30～40min，搅拌剪切过程中保持沥青温度稳定在150～200℃，搅拌剪切结束后即得到再生SBS改性沥青。

吉林省在我国属于纬度较高的地区之一，东部接近湿润多雨的黄海、日本海，西部毗邻干燥的蒙古高原，具有明显的大陆性季风气候特点，全省气温年较差35～42℃，日较差10～14℃，全年无霜期仅130～150天，且紫外线辐射较强。这些气候特点决定了沥青路面所处环境恶劣，沥青胶结料老化进程较快，容易出现各种病害。因此选用该地区的服役7年的某沥青路面和服役10年的某沥青路面作为实例研究对象，可以代表我国沥青路面老化程度最严重地区，实验结果具有较好的说服力，故为了更好地理解本发明，下面选择吉林省服役7年的某沥青路面和服役10年的某沥青路面作为实例研究对象，结合实例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实例。

实施例1

实例1～4

选用吉林省某服役7年的SBS改性沥青路面回收得到的废旧SBS改性沥青，标记为Y7，选用吉林省某服役10年的SBS改性沥青路面回收得到的废旧SBS改性沥青，标记为Y10，为体现SBS改性沥青对废旧沥青的再生效果，除掺加SBS改性沥青MA外，设置对照组掺加70#沥青对废旧沥青进行再生，亦即得到四组再生沥青：实例1为70#沥青再生Y7、实例2为SBS改性沥青再生Y7、实例3为70#沥青再生Y10、实例4为SBS改性沥青再生Y10。将废旧SBS改性沥青和新鲜SBS改性沥青加热到170℃，将新鲜70#沥青加热到150℃，分别按照以上四组再生方案，将废旧SBS改性沥青加入到新鲜沥青中，废旧SBS改性沥青与新鲜沥青的比例分别为25:75、50:50和75:25，保持沥青温度为170℃，以140r/min的速度搅拌15min后，再用高速剪切仪以3000r/min的速度剪切30min，即制得再生SBS改性沥青。分别测量每组方案每个掺配比例的再生SBS改性沥青的针入度、软化点和135℃动力粘度等指标，测试结果如表1、表2、表3所示。

表1.再生SBS改性沥青针入度测试结果（0.1mm）

表2.再生SBS改性沥青软化点测试结果（℃）

表3.再生SBS改性沥青135℃动力粘度测试结果（Pa·s）

从表1中可以看出，随着废弃SBS改性沥青掺加量的逐渐增加，各组再生沥青的针入度都呈现降低的趋势，但Y7+70#再生沥青针入度的降低速度显然比Y10+70#降低的速度慢，Y7+MA再生沥青针入度降低速度比Y10+MA降低速度慢，说明服役时间越长，沥青再生过程中需要掺加的新鲜沥青的比例越大。分析表2软化点指标和表3的135℃时的动力粘度也可以得到类似的结论。

实施例2

实例5～10

采用吉林省某服役7年的某高速公路废弃沥青路面回收得到的沥青混合料，再经过除杂、破碎、干燥等工艺，再按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ052-2000）中T0726从沥青混合料中回收沥青的方法（阿布森法）对废旧SBS改性沥青混合料进行回收处理得到废旧SBS改性沥青。将新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青分别加热到170℃后，将废旧SBS改性沥青按照质量比为0:100、10:90、20:80、30:70、40:60和50：50的比例与新鲜SBS改性沥青进行混合，边混合边以140r/min的速率搅拌，保持沥青温度为170℃，以140r/min的速度搅拌15min后，再用高速剪切仪以3000r/min的速度剪切30min，制得再生SBS改性沥青，分别记为实例5～实例10。以玄武岩为集料，采用马歇尔方法设计AC-13C级配，并分别采用实例5～实例10所得到的再生SBS改性沥青为胶结料制备沥青混合料，然后制备各沥青混合料相应的沥青混合料试件，分别进行沥青混合料的车辙实验、马歇尔稳定度实验、浸水马歇尔稳定度实验、劈裂试验、冻融劈裂实验和小梁疲劳断裂实验等，实验结果如表4所示。

表4.不同再生沥青混合料性能评价实验结果

从表4可以看出，再生SBS改性沥青的组成不同，对应的沥青混合料的性能差异很大。其中动稳定度评价了沥青混合料的高温性能，浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比评价了沥青混合料的抗水损害性能，疲劳寿命则反映了沥青混合料的抗疲劳性能。随着再生沥青中废旧SBS改性沥青掺加比例的增加，混合料的动稳定度逐渐增加，且当废旧SBS改性沥青的比例由0增加到20%时，混合料的动稳定度几乎增加了一倍，说明废旧SBS改性沥青的加入对沥青混合料的高温性能的改善作用非常显著；混合料的浸水残留稳定度比先增加后减小，表明适当比例的废旧SBS改性沥青对沥青混合料的抗水损害性能有积极作用，但废旧SBS改性沥青掺量太大会使得沥青混合料的抗水损害性能降低；冻融劈裂强度比的逐渐减小的趋势也表明废旧SBS改性沥青的掺量不宜太大；混合料的疲劳寿命会随着废旧SBS掺量的增加而降低，表明废旧SBS改性沥青的加入会在一定程度上会使得沥青路面出现疲劳裂缝，且掺量越大，疲劳裂缝出现得越早，裂缝数量也越多。综合以上数据和结论可知，废旧SBS改性沥青的掺加比例为再生SBS改性沥青质量的10%～30%时，沥青混合料的高温性能得到大幅度提高，同时又能保证抗水损害性能和抗疲劳性能没有显著地降低。

实施例3

实例11～16

采用吉林省服役10年的某高速公路废弃沥青路面回收得到的沥青混合料，再经过除杂、破碎、干燥等工艺，再按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ052-2000）中T0726从沥青混合料中回收沥青的方法（阿布森法）对废旧SBS改性沥青混合料进行回收处理得到废旧SBS改性沥青。将新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青分别加热到170℃后，将废旧SBS改性沥青按照质量比为0:100、10:90、20:80、30:70、40:60和50:50的比例与新鲜SBS改性沥青进行混合，边掺加边以140r/min的速度搅拌，沥青混合过程在5min内完成，保持沥青温度为170℃，以140r/min的速度搅拌15min后，再用高速剪切仪以3000r/min的速度剪切30min，制得再生SBS改性沥青，分别记为实例11～实例16。采用实施例2所用的AC-13C配合比，以玄武岩为集料，以实例11～实例16所得到的再生SBS改性沥青为胶结料制备沥青混合料，并成型相应的沥青混合料试件，分别进行沥青混合料的车辙实验、马歇尔稳定度实验、浸水马歇尔稳定度实验、劈裂试验、冻融劈裂实验和小梁疲劳断裂实验等，实验结果如表5所示。

表5再生沥青混凝土路用性能测试结果

分析表5可知，随着废旧SBS改性沥青混合料掺加比例的增加，再生沥青混凝土动稳定度明显增大，表明废旧SBS改性沥青混合料比例越大，路面的高温稳定性越好。随着废旧SBS改性沥青混合料掺量的增加，再生沥青混合料的浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比降低，当掺加比例达到40%时，这两个指标接近规范规定的下限，表明再生沥青混合料的抗水损害性能大幅度降低。

实施例4

取实施例2中的再生SBS改性沥青实施例5～10和实施例3中的再生SBS改性沥青实施例11～16，采用实施例2所用的AC-13C配合比，以玄武岩为集料，将以上12个实施例所得到的再生SBS改性沥青作为胶结料制备沥青混合料，按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ052-2000）中T0703的方法采用轮碾成型机制备出尺寸为300mm×300mm×50mm的车辙试件，再将车辙试件切割成尺寸为（250±2.0）mm×（30±2.0）mm×（35±2.0）mm的棱柱体小梁，采用UTM-25伺服试验机系统对跨径为（200±0.5mm）的小梁进行应变模式的加载，加载速率为5mm/min，根据实验结果计算出试件的最大弯拉应变和弯曲劲度模量分别如表6所示。

表6再生SBS改性沥青混合料三点弯曲实验结果

分析表6可知，随着废旧SBS改性沥青混合料掺加比例的增加，再生沥青混合料的最大弯拉应变逐渐降低，且当掺加比例高于30%后其最大弯拉应变接近甚至不满足规范要求的改性沥青混合料弯拉应变不低于2500μm的要求；而弯曲劲度模量则随着废旧SBS改性沥青掺加比例的增加逐渐增大，表明再生SBS改性沥青逐渐变硬而不适合用作沥青混凝土的胶结料。因此，废旧SBS改性沥青的掺加量不宜超过30%。

通过以上分析可知，随着废旧SBS改性沥青掺加比例的增大，再生沥青混合料的高温稳定性提高，低温抗裂性能和抗水损害性能降低，且当掺加比例大于30%后，再生沥青混合料的某些性能指标接近甚至低于规范要求，因此推荐废旧SBS改性沥青的掺加比例不高于30%。

通过分析实施例2和实施例3的结果可知，在废旧SBS改性沥青的掺加比例相同的情况下，服役10年的废旧SBS改性沥青对沥青混合料的高温稳定性的改善作用更明显，同时对沥青混合料的抗水损害性能和抗疲劳性能的降低作用也更明显。沥青路面服役时间越长，废旧SBS改性沥青的轻质组分和芳香分损失越多，因此需要掺加更大比例的新鲜SBS改性沥青来补充和恢复其成分的变化。由于各种因素的共同影响，我国高速公路沥青路面的实际服役年限为5～10年，亦即最长服役年限与实施例所选用的废旧SBS改性沥青服役年限接近，所以在废旧SBS改性沥青再生工艺中，可根据路面服役年限及其它因素，选用废旧SBS改性沥青的掺加比例为10%～30%。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种废旧SBS改性沥青再生利用方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》(JTJ052-2000)中T0726从沥青混合料中回收沥青的方法，即阿布森法，对铣刨得到的废旧SBS改性沥青混合料进行回收处理得到废旧SBS改性沥青；

b.将废旧SBS改性沥青和新鲜SBS改性沥青加热至150℃～200℃，保持该温度不变，按照新鲜SBS改性沥青与废旧SBS改性沥青的质量比例为70:30～90:10的比例将废旧SBS改性沥青掺加到新鲜SBS改性沥青中，得到沥青混合物，然后对该沥青混合物进行搅拌和剪切，得到再生SBS改性沥青；

所述步骤b中将废旧SBS改性沥青缓慢掺加到新鲜SBS改性沥青中的过程中，边掺和边以100～200r/min的速率搅拌沥青混合物；

所述步骤b中对新旧沥青混合后得到的沥青混合物进行搅拌和剪切的具体做法是：先以100～200r/min的速率搅拌10～20min，再以3000～4000r/min的速率剪切30～40min。