改性沥青老化及再生技术-黄晓明

沥青路面再生技术的发展趋势-SBS改性沥青的老化及再生技术XiaomingHuang黄晓明SchoolofTransportationSoutheastUniversity,Nanjing,[e-mail],SoutheastUniversity主要内容1.背景2.普通沥青的老化特性3.SBS改性沥青的老化特性4.再生剂的研发5.结论SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景截止2009年底，我国公路里程：全长约38,608,000km高速公路65,100km一级公路59,500kmSchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景20.510000200003000040000500006000065100010000200003000040000500006000070000里程数(km)19882000200220042005200720082009年份高速公路年平均里程数稳定基层稳定底基层面层路基StructureⅠ路面类型1.背景沥青稳定基层稳定底基层面层路基级配碎石StructureⅢ稳定底基层面层路基StructureⅡ沥青稳定基层沥青稳定基层底基层面层路基StructureⅣ级配碎石沥青层厚度=16-20cm沥青层厚度=20-22cm沥青层厚度=28-30cm沥青层厚度=28-30cm1.背景上面层中面层下面层沥青稳定基层SMA、OGFC密级配沥青混合料Superpave35mm-45mm最大公称粒径为13.2mm密级配沥青混合料或Superpave60mm-80mm最大公称粒径为19mm或26.5mm密级配沥青混合料或Superpave70mm-80mm最大公称粒径为19mm或26.5mm沥青稳定基层或沥青稳定排水基层100mm-120mm最大公称粒径为26.5mm或31.5mm路面结构常用沥青混合料类型包括SMA，OGFC，密级配沥青混合料，沥青稳定基层和沥青稳定排水基层。1.背景上面层中面层下面层沥青稳定基层大部分使用改性沥青部分使用改性沥青基质沥青基质沥青SBS改性沥青在上面层的使用率约为80%，而中面层的使用率也占了30%左右，由此可见，SBS改性沥青路面得到了普遍应用。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景部分改性沥青路面出现破坏，沥青路面再生是大势所趋。网裂车辙SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景我国公路的特点：我国路面结构大部分属于半刚性基层；道路超载、重载严重，路面结构出现结构性损坏。半刚性基层和沥青面层均有重复利用的价值；当沥青路面使用能能降低到一定程度时必须进行旧路改造，再生利用是其中的一种有效途径。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景沥青路面设计与使用－使用年限－2006年规范我国沥青路面的破坏特征与设计实践表明：沥青路面的结构性养护改造必须引起大家的重视，而结构性养护改造过程中材料再生利用和合理的结构组合十分重要。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景沥青路面再生技术适用于处理半刚性基层沥青路面的早期破坏。常见沥青路面再生技术:就地热再生技术厂拌热再生技术就地冷再生技术厂拌冷再生技术沥青路面再生是其老化的“逆过程”，沥青的老化特性是其再生技术的基础，因此有必要对沥青老化特性进行深入探讨。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景再生利用的必然性和必要性：按照沥青的设计寿命（10~15年），我国在上世纪90年代陆续建成的公路已进入大修、中修期；从现在起，每年有12%的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃量将达到每年220万吨之巨；如能加以利用，每年可节省材料费3.5亿元人民币，而这个数字将以每年15%的速度增长。10年以后，沥青路面的大修、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万吨，届时通过再生利用每年可节约材料费15亿元。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity薄层再生处理厚层再生处理表面病害结构整体病害1.背景SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景两种热再生设备SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景沥青路面再生利用规范进展1966年，前苏联出版《沥青混凝土废料再生利用技术》；1981年，美国出版《路面废料再生指南》1981年，德国出版《热拌再生沥青混凝土施工规范》1983年，英国出版《热拌沥青混凝土基本规范》1984年，日本出版《路面废料再生利用技术指南》1997年，澳大利亚出版《沥青混凝土路面再生指南》SchoolofTransportation,SoutheastUniversity1.背景2007年，中国制定《沥青路面再生应用技术规范》；2007年12月，东南大学负责编写了《就地热再生技术指南》。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性老化因素：温度、氧气、紫外线、水分、空气流速老化时间：TFOT短期老化、PAV长期老化（5~20h）、紫外线加速老化（720~2880h）老化指标：常规指标、SHRP指标、组分分析SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性普通沥青老化的常规表现为变硬、变脆50525456586005101520老化时间/h软化点/℃0102030405060708090针入度/0.1mm软化点针入度02040608010012014016005101520老化时间/h15℃延度/cm500600700800900100011001200135℃粘度/mPa.s15℃延度135℃粘度SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性水和空气流速具有明显的加速老化作用0123456789RR+P5R+P10R+P15R+P20沥青老化程度G*/sinδ（Kpa）无水分影响有水分作用0102030405060708090100原样2000400060008000空气流量（ml/min）5℃延度（mm）1＃2＃SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性紫外线是引起沥青老化的重要原因020406080100120140原样720144021602880时间（h）25℃针入度（cm）兰炼100塔化100AH-70AH-90SBS改性SBR改性SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性紫外线是引起沥青老化的重要原因00.20.40.60.811.21.41.61.8原样0.150.120.090.060.03沥青厚度（cm）布氏旋转粘度（Pa.S）兰炼100塔化100AH-70AH-90SBR改性SchoolofTransportation,SoutheastUniversity2.普通沥青的老化特性造成沥青老化的根本原因是其组分的变化151719212325272905101520老化时间/h饱和分/%27282930313233芳香分/%饱和分芳香分25.526.026.527.027.528.028.529.029.505101520老化时间/h胶质含量/%051015202530沥青质含量/%胶质沥青质沥青的老化过程即是轻质组分的减少和沥青质的增加过程。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性SBS改性沥青和普通沥青的宏观试验比较5101520253035原样P5hP10hP15hP20hP25h老化时间/h15℃针入度/0.1mm0102030405010℃延度/cmAH针入度SBS针入度AH延度SBS延度00.511.522.533.54原样RP5hP10hP15hP20hP25h老化时间/h粘度/Pa.s0510152025303540455055G*/sinδ/MPaAH粘度SBS粘度AHG*/sinδSBSG*/sinδSBS改性沥青的老化规律与基质沥青基本相同，即主要表现为沥青胶结料的粘度增加和变形能力的下降。现有的沥青胶结料常规指标侧重于评价沥青材料的宏观路用性能，因此难以细致区分改性沥青中的沥青相和SBS两种材料的各自老化特性。引入微观方法分析SBS改性沥青的老化特性SchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性主要采用的微观分析方法介绍傅里叶红外光谱分析：鉴定沥青的原子化合物及聚合物中特征官能团，判别老化前后沥青中特征官能团的变化情况；测定聚合物改性沥青中聚合物含量。凝胶渗透色谱分析：得到改性沥青分子量的连续分布，从老化前后分子量变化情况，进行SBS改性沥青老化的定量评价。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性傅里叶红外光谱仪SchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性凝胶渗透色谱仪SchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性SBS改性剂的介绍SBS改性剂全称聚苯乙烯（S）-丁二烯（B）嵌段共聚物，化学式为：CH2HCCH2HCCH2CHCHCH2CH2CHCH2x-1yCH2z-1苯乙烯丁二烯苯乙烯丁二烯中C=C键不稳定，在老化过程中，易发生断裂。SBS改性剂中S段主要改善沥青基体的高温稳定，B段主要改善沥青的低温抗裂性能。SBS改性沥青的老化不仅包括沥青基体的老化，还包括SBS改性剂的老化。SchoolofTransportation,SoutheastUniversity改性沥青不仅包括了基质沥青的所有特征峰，而且还在指纹区966cm-1、723cm-1处存在特征峰。2920cm-1处谱峰对应C-H键的伸缩振动，C-H键的变形振动发生在1460cm-1处，1600cm-1处谱峰对应苯环上C=C键和C-H键的骨架振动，非苯环的C=C键所对应的谱峰出现在966cm-1处。推断966cm-1处谱峰为丁二烯中C=C键所对应的特征峰，700cm-1处为苯乙烯所对应的特征峰。SBS改性沥青的红外光谱分析29201600146013809667234000350030002500200015001000500020406080100TransmitanceWavenumber改性沥青基质沥青400035003000250020001500100050002040608010012029201450966700TransmitanceWavenumber原样SBSSchoolofTransportation,SoutheastUniversity3.SBS改性沥青老化特性沥青在老化过程中主要发生了吸氧反应，1650-1700cm-1处产生的C=O键为沥青组分中不饱和碳链吸氧所致，1030cm-1处对应的亚砜基为沥青中的硫元素吸氧产生。根据LambertBeer定律可知，官能团的吸收峰大小可以表征该基团的含量，因此也能借此对SBS改性沥青的老化程度进行定量分析。SBS改性沥青老化的红外光谱分析16501700103096672340003000200010000020406080100Tran