SBS改性乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

SBS改性乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

呉谨\\杨波

2

，周名伟2

(1.重庆交通大学土木工程学院，重庆400074 ; 2.重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆401336)

摘要：针对冷再生混合料配合比设计不完善、高低温性能欠佳的问题，选用抽提前的 RAP,对SBS改性乳化沥青-水泥冷再生混合料进行配合比优化设计。通过冻融劈裂强度试 验、高温车辙试验、低温弯曲梁试验，与传统乳化沥青-水泥冷再生混合料进行路用性能对 比分析。试验结果显示，SBS改性乳化沥青再生混合料残留稳定度达到了 85.5\"，比传统再 生混合料提高了 10.9\"，劈裂强度比TSR提高了 10.2%;动稳定度提高了 10. 3\"，达到10 557次/mm;破坏应变增大了 42\"，达到了 2 545 '(。经过改性后的乳化沥青-水泥再生混 合料具有更好的路用性能及推广应用价值。

关键词：SBS改性乳化沥青冷再生混合料最佳流体含量路用性能

目前，我国各等级沥青路面已进入养护翻修 的阶段，这一过程必将产生大量铣刨的废旧沥青 混合料。从国家可持续发展的战略和环保节能的 角度看，不能完全摒弃旧沥青路面去建设新路 面，而要充分利用沥青路面废料。实践证明，沥 青路面废料的再生利用可实现道路建设中的低碳 环保和节能减排，社会意义重大:1]。

国外一些发达国家很早就开始对沥青路面再 生利用进行研究，已经形成了一整套比较完善的 再生技术。我国在再生机理理论、混合料设计方 法、再生剂研发方面也取得了突破性的进展。在

SBS改性乳化沥青理论研究方面，张恒基等人分

SBS改性乳化沥青的最佳制备工艺:3]。

在冷再生应用方面，由于SBS改性乳化沥 青优良的高低温特性，所以具有施工方便、施工 工期短，从而能迅速开放交通，缓解道路堵塞的 特点-4]。

本试验结合实际工程，对SBS改性乳化沥 青-水泥冷再生混合料进行组成设计，本试验较 以往试验不同，采用摻量为4\"的SBS改性乳化 沥青；RAP摻量为50\";提出用最佳流体含量 来确定沥青用量，并与传统乳化沥青-水泥冷再 生混合料进行了水稳定性、高温性能、低温性能 的试验对比，结果表明SBS改性乳化沥青-水 泥冷再生混合料具有更好的路用性能。1

⑴

析改性机理和乳化机理，对基质沥青先改性再乳 化，制备出固含量高达70\"的改性乳化沥青:2]; 夏慧芸等人采用正交试验法确定了微表处高性能

表1

筛孔/mm抽提前通过率，\"

19100

1699. 1

13.293.4

原材料

RAP

旧沥青混合料抽提前级配

9.576. 1

4. 7536

2. 3616.2

1. 188.6

0.64.2

0. 32

0. 151.2

0.0750.6

本试验旧混合料级配以抽提前的级配为准， 裹覆在旧矿料上的沥青在再生混合料中作为填料 使用:5]，RAP采用重庆市某公路路面铣刨料， 旧沥青混合料抽提前的级配如表1所示。(2)新集料

粗集料选用重庆石灰石碎石，细集料选用重 庆石灰岩，矿粉选用重庆石灰石矿粉，外加水采

收稿日期i 2018 -01 -16。

作者简介：吴谨，男，硕士研究生，研究方向为路面材料 与结构。

第4期吴谨，等.SBS改性乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

23

用饮用水即可。 (3)水泥

水泥采用的是重庆江津水泥厂生产的32. 5#

表2

水泥种类

普通硅酸盐水泥，使用之前对其主要技术指标进行了复测，均满足规范要求。

试验结果见表2。

水泥技术指标检测

技术指标

试验结果

24合格14.94. 5

初凝时间（常温下，湿度95\") %终凝时间（常温下，湿度95\") %

32. 5#普通硅酸盐水泥

安定性（沸煮法）抗压强（3 d) /MPa抗折强度（3 d) /MPa

(4) SBS改性乳化沥青的制备及性能评价

选用SK70号基质沥青，其技术指标如表3 所示，乳化剂选用Ingerity MQ3，摻量为2. 5\"， 改性剂选用线型SBS改性剂，摻量为4\"。

SBS改性乳化沥青将SBS改性沥青和乳化沥

沥青>7]，其检测结果见表4。

表3

试验项目

针人度（25 S) / (10—1 mm)密度（15 S) / (g _cm —3)软化点/S

延度（25 S) /cm延度（15 S) /cm闪点（开口杯）/S溶解度（三氯乙烯），\"含蜡量（蒸馏法），\"

RTFOT残留物

基质沥青技术指标

测试值671.03246. 8>150>150>28099.691 85

试验方法

T0604T0603T0606T0605T0605T0611T0607T0615

青的特点集于一体，其制备工艺分为以下3种： 改性后再乳化、乳化后再改性以及边乳化边改 性，本试验采用先改性再乳化的制备工艺。首先 将基质沥青加热至150 ~ 160 S，摻入改性剂， 持续搅拌40 min，当沥青与改性剂充分接触后， 再加热使沥青温度达到165〜175 S，启动剪切 机先剪切30 min，再将温度控制在140 ~ 150 S， 高速剪切10 min，得到SBS改性沥青。将上述制 备好的SBS改性沥青进行下一步的乳化，PH值 控制在2. 0 ~ 2. 5之间，最终得到SBS改性乳化

质量损失，\"针人度比，\"延度（25 S) /cm延度（15 S) /cm

0. 0472. 7>150126

T0610T0604T0605T0605

表4 SBS改性乳化沥青与普通乳化沥青技术指标对比

试验项目

破乳速度粒子电荷恩格拉黏度/'

筛上残留物（1.18 mm筛），\"蒸发残留物

蒸发残留物含量，\"溶解度，％

针人度（25 S) / (10—1 mm)延度/cm软化点/S常温储存稳定性，\"1 d5 d

>0.2>2.3

>0. 3>3. 6

>1>5

T0655T0655

SBS改性乳化沥青

普通乳化沥青

慢裂

技术指标慢裂

试验方法

T 0658T 0653

慢裂

6>0. 06

2.5>0. 06

2-30>0. 1

T0622T 0652

<65.3<98.658<42<75

<58.4<98.264<2<55

<55<97.545 〜150<20 (5S)

>55

T 0651T0607T0604T0605T0606

由表4试验结果可以看出：（1)摻加SBS 改性剂的乳化沥青，软化点有所提高，提高了

24石 油 16%，达到64 S，这说明了经过SBS改性后的 乳化沥青的高温性能更好。（2)加人了 SBS改 性剂的乳化沥青针人度降低了 9%，说明SBS改 性乳化沥青的稠度更大。（3)延度的试验温度 采用15 S，经过SBS改性的乳化沥青的延度大 于100 cm，明显高于普通乳化沥青的56 cm。

SBS改性乳化沥青具有更优的低温性能。分析上

述试验结果，是因为经过SBS改性过后，沥青 并没有改变自身和沥青分子的单元结构体。而是

SBS吸收了沥青中的饱和分，继而发生溶胀，溶

胀后的SBS极性更接近胶质，因为沥青组分对 聚合物粒子充分溶胀的作用和聚合物粒子对沥青 组分充分的吸附作用，所以极大地提高了沥青的 性能:s]。2

配合比设计

2.1级配组成

以抽提前的旧料为基准，加人了再生混合料 50%的新集料，矿料级配曲线设计成AC-20密 集配中粒式，旧料中的沥青裹覆了细集料使得旧 混合料中的细料减少，在进行级配设计的时候需 要在旧混合料中添加细集料以满足最终级配的要 求，再生混合料的级配合成曲线如图1所示。% :含

★u，h写

芳.之.芝 3•功

筛孔粒抒/mm

图1再生混合料级配合成曲线

2.2最佳流体含量的确定

根据国内外经验，在用乳化沥青再生旧面层 料时添加少量水泥（经验添加量为1.5% ~2%) 可以取得很好的路用性能，本试验确定在混合料 中加人占再生混合料总量为2%的水泥:9]。

将混合料中的乳化沥青和水的总量看做是流 体含量，配制相同级配、相同水泥含量、相同沥 青含量而不同用水量（即不同流体含量）标准 马歇尔试件，经过比较试件的干密度，把取得最

沥青2018年第32卷

大干密度时的混合料的流体含量作为再生混合料 的最佳流体含量:1<)]。使用5%的固化量为60% 的乳化沥青，另外添加2%水泥，变换外加水的 含量从1%到6%，即变换流体含量从6%到 11 %进行干密度试验，试验结果见图2。

204 202

(

？|200) /

198 af196Ha-

194

192

llllll

6

7

8 9

10

11

液体含砍，％

图2不同流体含量下的干密度

可以看出，混合料中的流体含量从6%增至

8%的过程中混合料的干密度成增长趋势，在 8%处取得最大值，说明在这个过程中混合料是 不断压实的，当流体含量超过8%时，混合料中 出现富余流体，混合料越来越难以压实，因此最 佳流体含量取8%。2.3乳化沥青含量的确定

通过马歇尔稳定度试验结合劈裂强度试验来 确定乳化沥青的用量:11]，保持总的流体含量 8%不变，将用水量从5%减少到0,将改性乳化 沥青从3%增加至8%，马歇尔稳定度和劈裂强 度的试验条件均采用在25 S空气中进行，试件 均采用长期养护，试验结果见图3、图4。

分析以上数据可以看出，在乳化沥青含量为 5%时，混合料的马歇尔稳定度和劈裂强度均达 到最佳，所以取5%的乳化沥青含量。

3

4

5 6

7

!

乳化沥青含最，》

图3

乳化沥青用量与马歇尔稳定度关系曲线

第4期吴谨，等.SBS改性乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

25

料和传统乳化沥青-水泥再生混合料进行试验评 价

50

。

3.1水稳定性

3.1.1初期水稳性（7 d)

将SBS改性乳化沥青混合料和普通乳化沥 青混合料试件分别分为两组，第一组试件不进行 真空饱水，而直接冻融循环，用其与未经冻融循 环处理试件的劈裂强度比以评价冷再生混合料中 经初期养生后所存在的水的影响。第二组试件进 行真空饱水，再冻融循环，用其与未经冻融循环 处理试件的劈裂强度比值来评价再生混合料经初 期养生后的水稳定性能。

45

40

图4乳化沥青用量与劈裂强度关系曲线

3混合料的路用性能试验研究

分别对SBS改性乳化沥青-水泥再生混合

表5

项目

SBS改性乳化沥青

冷再生混合料初期水稳定性试验结果

空隙率，％

5.4

劈裂强度/MPa

0. 3240.3740.4490.2750.3060.382

72.080. 1

冻融劈裂强度比，％

72.283.3

条件真空饱水冻融直接冻融未冻融真空饱水冻融

5.55.55.5

5.5.6

普通乳化沥青直接冻融未冻融

从表5试验结果看出，无论是SBS改性乳化 沥青再生混合料还是普通乳化沥青再生混合料， 经过真空饱水再冻融循环处理的试件残留强度比 较低，由于乳化沥青粘结性没有充分发挥，承受 水损坏的能力较弱。经直接冻融循环的试件的劈 裂强度比也不是很高，相较于真空饱水再冻融的 试件高了约10%，可看出乳化沥青-水泥冷再 生混合料在前期养生后有水的存在，降低了混合 料的强度。

3.1.2后期水稳性（28 d)

参照沥青混合料试验规范，用冻融劈裂强度 比和马歇尔残留稳定度来评价再生料的水稳定性:14]。

表6

试验项目

60 #马歇尔稳定度/kN残留稳定度，％

标准条件下劈裂强度/MPa劈裂强度比7：^，％

冻融劈裂强度和马歇尔稳定度

传统乳化沥青SBS改性乳化沥青 再生混合料

6.5974.60.4673.6

再生混合料

8.2785.50. 6883.4

青-水泥冷再生混合料的马歇尔稳定度大于8

kN，与传统乳化沥青-水泥再生混合料相比，

残留稳定度和劈裂强度比:TS及都更大，残留稳 定度增加了 10.9%，劈裂强度比TSK增加了 10. 2%，且都大于80%，这表明SBS改性乳化 沥青-水泥冷再生混合料具有更好的强度，水稳 定性更好。3.2高温稳定性

采用按T0703用轮碾成型机碾压成型的长 300 mm、宽300 mm、高50 mm的板块状试件来 做高温车辙试验，试验温度为60 #，轮压为0. 7 MPa。传统乳化沥青再生混合料和SBS改性 乳化沥青再生混合料的车辙试验结果如表7所亦。

表7

高温稳定性试验

高温车辙试验

试验项目

45 min变形/mm

普通乳化沥青

SBS改性乳化沥青

60 min变形/mm0.6880.597

动稳定度/(次.mm -1 )

9 57210 557

0.6100.532

由表6试验结果可以看出：SBS改性乳化沥由以上试验结果可以看出：与传统乳化沥青

26

石 油-水泥再生混合料相比，SBS改性乳化沥青-水 泥再生混合料的变形量减小了 13. 2%,动稳定 度增加了 10. 3%，达到10 557次/mm，这说明 摻加了 SBS改性剂的乳化沥青再生混合料具有 更好的高温抗车辙能力。3.3低温抗裂性

采用从轮碾机成型的板块状试件上切制的棱 柱体试件，尺寸为长250 mm，宽30 mm，高35

mm，跨径200 mm，试验温度为-10 °C,加载

速率为50 mi^min。传统乳化沥青混合料和SBS 改性乳化沥青混合料的低温弯曲试验结果如表8 所示。

表8

低温弯曲试验

技术指标破坏应变/ 56

普通乳化沥青

1 798SBS改性乳化沥青

2 545

用破坏应变来作为再生混合料的低温抗裂性 能的评价指标:1546]，由上述结果可以看出：相 较与传统乳化沥青-水泥再生混合料，SBS改性 乳化沥青-水泥再生混合料的破坏应变增大了 42%，达到了 2 545 56,这说明其低温性能更加 良好，满足我国现行规范对沥青混合料低温弯曲 试验破坏应变的技术要求。4

结论

a)以抽提前废料级配为基准配制矿料级配，

确定RAP摻量为50%;水泥剂量确定为矿料的 2%。通过马歇尔试验确定最佳流体含量为8%， 最佳沥青含量为5%。

@)与普通乳化沥青-水泥冷再生混合料相 比，SBS改性乳化沥青冷再生混合料的水稳定 性、高、低温稳定性均有所提高。残留稳定度与 劈裂强度比分别提高10. 9%、10. 2%;动稳定 度提高了 10. 3%，达到10 557次/mm;破坏应 变增大了 42%，达到了 2 545 56。所以利用SBS 改性乳化沥青-水泥冷再生混合料良好的路用性 能，能够很好地解决施工、开放交通、缓解道路 堵塞的问题，具有良好的应用价值。

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第4期吴谨，等.SBS改性乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

27

Study on the Pavement Performance of SBS Modified Emulsified

Asphal Cold Recycled Mixture

Wu Jin1，Yang Bo2，Zhou Qi - we)

(1. School of Civil Engijwering，Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074;2. Chongqing Zhi Xiang Paving Technology Engineering Co. Lit. ， Chongqing 401336)

Abstract: Aiming at tlie problem of incomplete mix design and poor high and lowtempera

ance of cold recycled mixture，an optimized design of SBS modified emulsified asphalt cement cold recycled mixture was carried out by RAPahead of time. Through comparson of freeze - thaw splitting strengthhigh temperature rut test and lw temperature bending beam test ^ the road perfomiance asphalt cement cold recycling mixture is compared. The test results showthat the SBS modifiedphalt mixture residual stability reached 85. 5% ， 10. 9% higher than the traditional recycled mixture， splitting strength was 10. 2% higher than TSR，dynamic stability increased by 10. 3%，reaching 10557 times /mm;the failure strain increased by 42%，reaching 2 545 56. The modified emulsified asphalt cement regeneratedmixture has better road performance and application value.

Keywords： SBS modified emulsified bitumen； cold recycled mixture； optimum fluid content； pavement ..................................................................................................................................................................................performance

.短讯.

新疆首个运用于公路的防风雪 试验工程将于八月底完工

连日来，新疆首个运用于公路的防风雪试验工程正 抓紧施工，预计2018年8月底完工。实验成功后，将彻底 改变新疆九大风区之一的玛依塔斯风口通行难的问题。

额敏县玛依塔斯风区每年8级以上的大风天气有 150多天，东西风交替频繁，最大风速可达每秒40 m， 风速之高，移雪量之大，为世界罕见。省道201线途径 玛依塔斯风区，每年冬季因玛依塔斯风吹雪造成道路交 通多次封闭，给人们的出行带来极大的不便。为彻底改 变这一难题，2018年，经新疆交通科学研究院设计，玛 依塔斯路段风力最强的省道201线额敏至铁厂沟段将建 设一座长300 m的仿造隧道棚洞，棚洞由118根水泥立 柱、挡风墙和钢波纹板构成，主体采用钢筋混凝土框架 结构，可抗12级大风，主体使用年限为50 a。

塔城公路管理局养护科高级工程师关同山表示： “这个棚洞是新疆首次运用在公路上的防风雪工程，通 过本次的试验，研究棚洞工程对玛依塔斯风雪灾害治理 的效果，通过2018年到2019年的一个冬季的风吹雪观 察效果以后，如果棚洞工程试验成功，将在后期的风吹 雪路段进行全段推广，今后将彻底解决阻碍塔城地区广 大人民群众冬季交通出行的问题。”

项目部总工程师黄广广说：“玛依塔斯风吹雪棚洞 试验段主要选在山体挖方段，我们设计要求是要人岩

3.5 m，最后我们就调了一台大型的基索杆的旋挖钻， 然后按时间、按计划要求把工程桩基钻完。”

工程于2018年4月15日开工，预计到八月底完工，同 时围绕试验棚洞还将建330 m的防雪网和510 m的挡雪 板。试验成功后有望在玛依塔斯风区40 km长的省道201 线推广，届时也将为全国风吹雪区域灾害治理提供样板。

海口绕城高速公路

龙桥互通3条匝道通车

2018年7月4日，记者从中国公路工程咨询集团有 限公司海口绕城项目部了解到，海口绕城高速公路龙桥 互通三条匝道（南往西的三亚往洋浦、南往东的三亚往 机场、北往西的市区往洋浦）已基本完成施工，计划于 2018年7月5日通车；龙桥互通剩余两条匝道（东往北 的机场往市区、东往南的机场往三亚）交通管制时间需 延期至2018年7月31日。

据介绍，海口绕城高速公路龙桥互通匝道第二阶段 原计划交通管制实施时间为：2018年4月23日至2018 年6月30日。因龙桥互通匝道已建成通车达10 a之久 (于2008年建成通车），龙桥互通匝道及辅道铣刨后， 其病害程度要比原设计更加严重，其病害处理难度大、 时间长，极大增加了施工难度，且路基施工受前段时间 台风及雨季的影响，造成了龙桥互通匝道第二阶段交通 管制时间延期。

(石油沥青编辑部供稿）