CN109459348A - 确定废旧sbs改性沥青再生剂用量的方法 - Google Patents

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曾蔚
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Abstract

本发明公开了一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法，该方法包括：向废旧SBS改性沥青添加不同用量的再生剂，分别测试其韧性、针入度和延度，然后分析和建立SBS改性沥青性能的变化模型，再依据该模型确定最终的再生剂用量。通过本发明的方法可以使得废旧SBS改性沥青性能恢复到一个良好水平，实现使用性能和经济效益的最优化。

Description

确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法
技术领域
本发明涉及道路工程沥青路面循环利用技术领域，尤其涉及一种废旧SBS改性沥青再生剂用量的确定方法。
背景技术
SBS属于苯乙烯热塑性弹性体，是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS改性剂均匀地分散在沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS改性沥青。SBS改性沥青因其良好的路用性能，自本世纪初开始广泛应用于我国高等级公路沥青路面。按照沥青路面15年的设计寿命，不少SBS改性沥青路面已经进入了大中修期，大中修会产生大量的废旧SBS改性沥青混合料，因此，实现SBS改性沥青路面的再生应用具有重要现实意义。
废旧SBS改性沥青混合料的再生主要是对其中老化SBS改性沥青性能的再生。为了使老化SBS改性沥青性能恢复到一个合适的水平，并保证再生后的SBS改性沥青混合料有较好的低温抗裂性、水稳定性以及耐久性等，一个有效的做法就是添加一定用量的再生剂。
关于SBS改性沥青再生剂用量的确定，现有的方法基本都是参照基质沥青，通过试配法进行回收改性沥青再生试验，以确定再生剂用量。具体为：将再生剂按一定间隔的等差数列比例掺入到回收改性沥青中，测定再生改性沥青的针入度、软化点、延度等指标，基于目标再生沥青性能，确定再生剂用量。仅通过这些共性指标确定再生剂用量，容易造成废旧SBS改性沥青低价值化利用，无法充分发挥废旧SBS的残余价值。
同时，回收沥青针入度、软化点、延度等指标随再生剂用量的增加，呈单调变化关系，或单调递增，或单调递减，即不存在一个性能峰值，无法通过这些指标的变化确定一个最佳再生剂用量，实现使用性能和经济效益的最优化。
此外，再生剂对改性沥青针入度和延度的恢复同步性较差，即改性沥青的针入度和延度很难同时恢复到原样改性沥青水平，为提高延度而增加再生剂用量会导致针入度显著提高，容易引起路面泛油、车辙等病害，因此在确定再生剂用量时，不宜以原样SBS改性沥青性能为目标再生恢复水平。SBS改性沥青的组成结构及力学性能与基质沥青存在较大差异，这些试验方法与技术指标并不能有效体现SBS改性沥青的性能特征。也就是说，目前没有一种有效的专门确定SBS改性沥青再生剂用量的方法，因此，为了实现废旧SBS改性沥青性能的高效再生，使其性能恢复到一个最佳水平，需要一种能够结合SBS改性沥青特征性能指标的确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的技术。
发明内容
针对现有技术的确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法所存在的上述问题，本发明基于SBS改性沥青特征性能指标—韧性，提出一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法。
用于解决技术问题的方案
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)选用待确定再生剂用量的废旧SBS改性沥青，将不同用量的再生剂混合到所述废旧SBS改性沥青中，获得添加有不同再生剂用量的SBS改性沥青混合物；
(2)对每种再生剂用量的SBS改性沥青混合物分别进行黏韧性试验、针入度试验和延度试验，确定不同再生剂用量的SBS改性沥青混合物对应的韧性、针入度和延度；
(3)根据步骤(2)获得的结果，确定SBS改性沥青混合物的韧性的最大值时的再生剂用量A1；根据目标型号SBS改性沥青规范要求的针入度范围和延度下限值分别确定再生剂用量范围B1和再生剂用量A2；以及
(4)根据再生剂用量A1、再生剂用量范围B1以及再生剂用量A2三者的关系，确定废旧SBS改性沥青的最终的再生剂用量。
进一步地，步骤(4)包括：
当再生剂用量A1、A2能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内，且再生剂用量A1大于或等于再生剂用量A2时，取再生剂用量A1为废旧SBS改性沥青的再生剂用量；以及
当再生剂用量A1、A2能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内，且再生剂用量A1小于再生剂用量A2时，取再生剂用量A2为废旧SBS改性沥青的再生剂用量。
进一步地，在步骤(4)中，当再生剂用量A1、A2未能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内时，更换再生剂类型，重新进行步骤(1)至步骤(4)。
进一步地，在步骤(2)之前，还包括对所述黏韧性试验用的试样容器进行预热的步骤。
进一步地，所述预热步骤包括将黏韧性试验用试样容器放入70℃烘箱中，预热1h。
进一步地，步骤(2)中所述黏韧性试验、针入度试验和延度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试样规程(JTG E20-2011)》进行，步骤(3)中所述的规范为《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》。
进一步地，步骤(3)包括：以再生剂用量为横坐标或纵坐标，以所述韧性、针入度和延度为纵坐标或横坐标，分别确定再生剂用量-韧性关系曲线、再生剂用量-针入度关系曲线、再生剂用量-延度关系曲线。
进一步地，所述再生剂用量-韧性关系曲线为圆滑曲线，若所述再生剂用量-韧性关系曲线未出现峰值，则扩大再生剂用量范围，并进行步骤(1)至(4)。
进一步地，步骤(1)和步骤(2)先后进行或交叉进行。
进一步地，所述黏韧性试验、针入度试验和延度试验同时进行。
有益效果：
本发明基于SBS改性沥青特征性能指标—韧性，结合针入度和延度，提出一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法。利用本发明的方法，可保持SBS改性沥青不同于基质沥青的优良力学性能，从而提升再生SBS改性沥青路面的路用性能，延长路面使用寿命。此外该发明提供了一种科学决策方法，避免人为经验确定再生剂用量，防止再生剂用量过多引起的再生沥青路面泛油、车辙等病害，使得SBS改性沥青再生方法更加规范化，避免人为经验的失误，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并且用于解释本发明所公开的方法。
图1为SBS改性沥青的再生剂用量-韧性关系曲线图。
图2为SBS改性沥青的再生剂用量-针入度(25℃)关系曲线图。
图3为SBS改性沥青的再生剂用量-延度(5℃)关系曲线图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。对于本领域技术人员熟知的方法、手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
SBS改性沥青是由聚合物SBS和基质沥青组成的多相复合材料，是聚合物SBS在基质沥青中产生溶胀，形成了空间立体网络结构，并最终提高了沥青的使用性能。沥青的韧性指标是通过黏韧性试验测试获得，黏韧性试验是在试验温度为25℃，拉伸速率为500mm/min条件下的一种快速拉伸试验，能有效评价改性沥青的改性效果。基质沥青在拉伸试验过程中，拉力随变形的增加而迅速增加，随后迅速减小至试样断裂。不同于基质沥青，改性沥青存在明显的延迟破坏阶段，此阶段在达到最大拉力后，拉力下降减缓，并出现较大变形，出现该现象的主要原因是聚合物SBS在发挥作用。SBS改性沥青这种拉伸屈服后延迟破坏，抵抗断裂的能力可通过韧性评价，是改性沥青的一种特征性能指标。
因此，本发明基于SBS改性沥青的上述特征性能指标—韧性，结合针入度和延度，提出一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法，具体包括如下步骤：
混合步骤：
选用待确定再生剂用量的废旧SBS改性沥青，将一定量的再生剂加入到废旧SBS改性沥青中，缓慢搅拌均匀，得到SBS改性沥青试样(即，SBS改性沥青混合物)。
黏韧性试验步骤：
将SBS改性沥青试样逐渐注入已提前预热的黏韧性试验用试样容器中，注意试样中不得混入气泡。然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试样规程》(JTG E20-2011)中沥青黏韧性试验(T0624--2011)，测试SBS改性沥青的韧性。其中，本领域技术人员应当理解的是：黏韧性试验用试样容器的预热可以在混合步骤之前进行，也可以在黏韧性试验步骤之前进行。优选地，在混合步骤之前进行黏韧性试验用试样容器的预热。
针入度试验和延度试验步骤：
按照《公路工程沥青及沥青混合料试样规程》(JTG E20-2011)中沥青针入度试验(T0604—2011)和延度试验(T0605--2011)，测试SBS改性沥青的25℃针入度和5℃延度。
需要说明的是：
第一，前述混合步骤与前述黏韧性试验步骤、针入度试验和延度试验步骤可以先后进行。例如，先将所需的全部SBS改性沥青试样制备好，再进行黏韧性试验、针入度试验和延度试验。
第二，前述混合步骤与前述黏韧性试验步骤、针入度试验和延度试验步骤可以交叉进行。例如，先制备一部分SBS改性沥青试样，进行黏韧性试验、针入度试验和延度试验中的一种或两种，再制备一部分SBS改性沥青试样，进行其余试验。
第三，黏韧性试验、针入度试验和延度试验可以同时进行，也可以依次进行。优选地，三种试验同时进行，以保证最终结果的准确性。
其它用量下的黏韧性、针入度和延度试验步骤：
参照上述步骤，对添加了其它用量再生剂的废旧SBS改性沥青的韧性、25℃针入度和5℃延度进行测试。
建立和分析SBS改性沥青性能的变化模型步骤：
以再生剂用量为横坐标，以韧性、25℃针入度和5℃延度为纵坐标，将试验结果点入图中，将坐标内的点连接成圆滑的曲线，从而形成废旧SBS改性沥青的再生剂用量-韧性关系曲线、再生剂用量-针入度关系曲线、再生剂用量-延度关系曲线。
在再生剂用量-韧性关系曲线上求取相应于SBS改性沥青的韧性的最大值的再生剂用量A1；在再生剂用量-针入度关系曲线上求取相应于目标型号SBS改性沥青针入度规范要求的范围对应的再生剂用量范围B1；在再生剂用量-延度关系曲线上求取相应于目标型号SBS改性沥青延度规范要求的下限值对应的再生剂用量A2。
其中，本领域技术人员应当理解的是：
第一，这里的“规范”是指：《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》第4.6.2节中“聚合物改性沥青技术要求”所规定的内容。
第二，应使再生剂用量-韧性关系曲线出现峰值，如果未出现峰值，必须扩大再生剂用量范围重新进行测试。这里的“扩大再生剂用量范围”是指：后次试验选用的再生剂的量的最小值应当小于前次试验选用的再生剂的量的最小值，和/或后次试验选用的再生剂的量的最大值应当大于前次试验选用的再生剂的量的最大值。
确定最终的再生剂用量步骤：
当再生剂用量A1和A2能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内，且再生剂用量A1大于或等于再生剂用量A2时，取再生剂用量A1为废旧SBS改性沥青的再生剂用量；相反，若再生剂用量A1小于再生剂用量A2时，取再生剂用量A2为废旧SBS改性沥青的再生剂用量；当再生剂用量A1和A2未能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内时，应当考虑更换再生剂类型，重新进行前述的步骤。
以下结合实例对前述方法作进一步的说明：
将黏韧性试验用试样容器放入70℃烘箱中，预热1h。
选用待确定再生剂用量的废旧SBS改性沥青大致260g，按照再生剂与废旧SBS改性沥青的质量比将大约12％的再生剂(31g)加入到已加热熔化的废旧SBS改性沥青中，缓慢搅拌均匀，得到SBS改性沥青试样。
将SBS改性沥青试样逐渐注入已提前预热的黏韧性试验用试样容器中，质量为50g±1g。然后进行沥青黏韧性试验，测试SBS改性沥青的韧性。
同时进行沥青针入度和延度试验，测试SBS改性沥青的25℃针入度和5℃延度。
然后参照上述步骤，对添加0％、3％、6％和9％用量再生剂的废旧SBS改性沥青的韧性、25℃针入度和5℃延度进行测试。
以再生剂用量为横坐标，以韧性、25℃针入度和5℃延度为纵坐标，将试验结果点入图中，连成圆滑的曲线从而分别形成再生剂用量-韧性关系曲线图(图1所示)、再生剂用量-针入度关系曲线图(图2所示)、再生剂用量-延度关系曲线图(图3所示)。
拟定该废旧SBS改性沥青再生后的目标型号为I-D型，由再生剂用量-韧性关系曲线的结果可知，SBS改性沥青的韧性在给定再生剂用量的条件下出现了峰值，其对应的再生剂用量A1为6.0％；I-D型SBS改性沥青的25℃针入度的规范要求为40～60(单位：0.1mm)，相应于针入度规范要求的再生剂用量范围B1为1.2％～8.4％；I-D型SBS改性沥青的5℃延度规范要求为：≥20cm，相应于规范范围要求下限值20cm的再生剂用量A2为5.4％。
可见，在本实施例中，再生剂用量A1—6.0％和再生剂用量A2—5.4％均能涵盖在I-D型SBS改性沥青沥青针入度规范要求对应的再生剂用量范围B1—1.2％～8.4％内，且再生剂用量A1大于A2，因此，取A1为废旧SBS改性沥青的再生剂用量，即最终确定废旧SBS改性沥青的再生剂用量为6.0％。
以上已经描述了本发明的实施方式，上述说明是示例性的，并非穷尽性的。在不偏离所说明的实施方式的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施方式的原理或实际工程应用，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施方式。

Claims (10)

1.一种确定废旧SBS改性沥青再生剂用量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)选用待确定再生剂用量的废旧SBS改性沥青，将不同用量的再生剂混合到所述废旧SBS改性沥青中，获得添加有不同再生剂用量的SBS改性沥青混合物；
(2)对每种再生剂用量的SBS改性沥青混合物分别进行黏韧性试验、针入度试验和延度试验，确定不同再生剂用量的SBS改性沥青混合物对应的韧性、针入度和延度；
(3)根据步骤(2)获得的结果，确定SBS改性沥青混合物的韧性的最大值时的再生剂用量A1；根据目标型号SBS改性沥青规范要求的针入度范围和延度下限值分别确定再生剂用量范围B1和再生剂用量A2；以及
(4)根据再生剂用量A1、再生剂用量范围B1以及再生剂用量A2三者的关系，确定废旧SBS改性沥青的最终的再生剂用量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)包括：
当再生剂用量A1、A2能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内，且再生剂用量A1大于或等于再生剂用量A2时，取再生剂用量A1为废旧SBS改性沥青的再生剂用量；以及
当再生剂用量A1、A2能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内，且再生剂用量A1小于再生剂用量A2时，取再生剂用量A2为废旧SBS改性沥青的再生剂用量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(4)中，当再生剂用量A1、A2未能涵盖在目标型号SBS改性沥青沥青针入度规范对应的再生剂用量范围B1内时，更换再生剂类型，重新进行步骤(1)至步骤(4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤(2)之前，还包括对所述黏韧性试验用的试样容器进行预热的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预热步骤包括将黏韧性试验用试样容器放入70℃烘箱中，预热1h。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述黏韧性试验、针入度试验和延度试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试样规程(JTG E20-2011)》进行，步骤(3)中所述的规范为《公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004)》。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：以再生剂用量为横坐标或纵坐标，以所述韧性、针入度和延度为纵坐标或横坐标，分别确定再生剂用量-韧性关系曲线、再生剂用量-针入度关系曲线、再生剂用量-延度关系曲线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述再生剂用量-韧性关系曲线为圆滑曲线，若所述再生剂用量-韧性关系曲线未出现峰值，则扩大再生剂用量范围，并进行步骤(1)至(4)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)先后进行或交叉进行。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述黏韧性试验、针入度试验和延度试验同时进行。
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