瀝青改性母粒的制備及應(yīng)用性能測(cè)試

梁姍姍　石寧　姜康　張秀斌

摘 要： 本課題針對(duì)國(guó)產(chǎn)瀝青及瀝青加工企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)條件，從環(huán)境保護(hù)及降低工程造價(jià)角度出發(fā)，將再生橡膠作為道路瀝青改性劑，通過(guò)基質(zhì)瀝青和改性劑研制出一種瀝青母體（以下簡(jiǎn)稱母粒），設(shè)計(jì)出一套將再生橡膠作為道路瀝青改性劑的加工工藝，用來(lái)改善國(guó)產(chǎn)瀝青的力學(xué)性能，大幅提高中、輕道路瀝青性能，達(dá)到高等級(jí)道路性能要求。

關(guān)鍵詞： 改性劑 改性瀝青 再生橡膠 母粒

一、引言

石油瀝青是原油精餾后的產(chǎn)物，由于具有優(yōu)異的防水性能和黏結(jié)性能，廣泛應(yīng)用于道路表面及防水材料，普通道路瀝青由于自身組成和結(jié)構(gòu)決定了其感溫性能差，高溫時(shí)蠕變嚴(yán)重，易流淌，低溫延度小，低溫易開(kāi)裂，難以滿足高等級(jí)公路的使用要求，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，道路交通量越來(lái)越大，車輛軸載越來(lái)越重，這對(duì)瀝青的性能要求越來(lái)越高[1]。世界各國(guó)對(duì)道路瀝青改性進(jìn)行了廣泛深入的研究，主要采用添加改性劑[2]的方法，改性劑可分為聚合物、表面活性劑、防老劑及無(wú)機(jī)填料等四類。采用聚合物對(duì)道路瀝青實(shí)施改性，可以明顯改善瀝青的力學(xué)性能，如提高軟化點(diǎn)，與之相應(yīng)的瀝青混合料的抗車轍性得到顯著提高；增加低溫延度，相應(yīng)的瀝青混合料低溫彎曲破壞勁度模量降低，低溫抗開(kāi)裂性得到改善，同時(shí)還可以增加混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命[3]。

目前研究的改性瀝青大多數(shù)為熔融高溫儲(chǔ)存，在儲(chǔ)存期間改性劑與瀝青容易因相容性發(fā)生分離，為解決這一難題且出于環(huán)境保護(hù)及降低工程造價(jià)的需要，本課題采用再生橡膠和PE為主要改性劑研制出再生膠瀝青母體，提高國(guó)產(chǎn)低等級(jí)道路瀝青的路用性能，同時(shí)可以減少污染，充分利用資源，降低成本，采用再生橡膠廢舊塑料為主要改性劑與瀝青經(jīng)轉(zhuǎn)矩共混，混合均勻后將混合物經(jīng)由造粒機(jī)制作瀝青改性母粒，這一方式避免了改性瀝青必須高溫下存放，節(jié)約能源且方便貯存，在使用時(shí)將母粒加入到熱的基質(zhì)瀝青中混合均勻即可使用。

二、實(shí)驗(yàn)一：直接法改性瀝青

首先將再生膠造粒，保證顆粒尺寸盡可能小，顆粒大小均勻。擬用LDPE代替廢舊PE研究其試驗(yàn)工藝，將LDPE顆粒破碎，使其均一，尺寸最小化。

利用電加熱套加熱，由于LDPE的熔融溫度在130℃左右，選取最低加熱溫度為130℃，分別選取130℃、150℃、170℃、190℃四個(gè)溫度參數(shù)，觀察改性劑在基質(zhì)瀝青中的分散效果。機(jī)械攪拌常州國(guó)華電器有限公司電動(dòng)攪拌器（JJ—1型），前期嘗試由于實(shí)驗(yàn)條件有限發(fā)現(xiàn)攪拌速度不能過(guò)高，當(dāng)攪拌速度在第一檔時(shí)不會(huì)出現(xiàn)溶液飛濺。故選擇固定的攪拌速度，只考慮加熱溫度和攪拌時(shí)間兩個(gè)參數(shù)，考察改性瀝青分散性。試驗(yàn)主要流程見(jiàn)下圖。

圖3-1 直接法改性瀝青試驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)證明：攪拌溫度對(duì)改性劑在基質(zhì)瀝青中的分散有著重要影響。溫度每升高20℃，改性劑在基質(zhì)瀝青中的溶解時(shí)間就會(huì)減少20min左右。但是，當(dāng)溫度升高到170℃時(shí)，基質(zhì)瀝青會(huì)產(chǎn)生少量黑煙。此時(shí)，瀝青老化加劇，溫度太高、消耗熱量較多與試驗(yàn)提出的節(jié)能環(huán)保相違背。再生膠與PE直接法改性瀝青加熱溫度與攪拌時(shí)間比較，能夠發(fā)現(xiàn)PE的溶解時(shí)間比再生膠時(shí)間久。

三、實(shí)驗(yàn)二：母粒法改性瀝青

母體法最主要的優(yōu)點(diǎn)就是改性劑能夠與瀝青完成預(yù)共混的過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行改性劑與基質(zhì)瀝青共混，轉(zhuǎn)矩流變儀是研究材料的流動(dòng)、塑化、熱、剪切穩(wěn)定性的理想設(shè)備。

在轉(zhuǎn)矩流變儀中的填料順序依次是再生膠[4]、LDPE，還有古馬隆。等這三樣共混完全后然后添加基質(zhì)瀝青，因?yàn)長(zhǎng)DPE的熔融溫度為120℃，但是瀝青在這個(gè)溫度下已經(jīng)完全變成流體。如果提前加入瀝青扭矩幾乎為零，改性劑不能充分混合，不能得到基質(zhì)瀝青預(yù)共混結(jié)果。

圖3-2 母粒法改性瀝青試驗(yàn)流程

母粒法改性瀝青加熱溫度與攪拌時(shí)間可以看出相同溫度下攪拌時(shí)間比直接法少30min左右。母粒改性瀝青，在母粒溶于基質(zhì)瀝青之前就完成了預(yù)融過(guò)程。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在基質(zhì)瀝青中添加不同含量再生橡膠，改性瀝青的基礎(chǔ)性能是隨著再生膠添加量的增加而優(yōu)化的。當(dāng)LDPE添加量在6%時(shí)是各項(xiàng)指標(biāo)都能滿足《聚合物改性道路瀝青》EVA、PE類基本性能要求。利用轉(zhuǎn)矩流變儀進(jìn)行改性劑與基質(zhì)瀝青共混預(yù)融，生產(chǎn)瀝青改性母粒。當(dāng)生橡膠和PE復(fù)合母選取WR 30份、PE 20份、瀝青20份、古馬隆2.5份時(shí)和再生橡膠和WPE復(fù)合母選取WR 30、WPE 15份、瀝青20份、古馬隆2.5份時(shí)改性瀝青性能比優(yōu)越。復(fù)合改性瀝青能夠與SBS瀝青具有杰出的高、低溫性能媲美。母粒在基質(zhì)瀝青中分散效果比SBS在基質(zhì)瀝青中的分散工藝簡(jiǎn)單，攪拌剪切時(shí)間短，實(shí)現(xiàn)了再生膠與廢舊塑料的二次利用，能夠很好地滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

四、不同時(shí)間段改性母粒在基質(zhì)瀝青中的分散情況

取一定量的瀝青改性母粒，放入加熱好的基質(zhì)瀝青中。每隔一段時(shí)間（20min）取出部分改性瀝青觀察其分散效果。圖中能夠明顯看出母粒的溶解情況，粗略判斷母粒在基質(zhì)瀝青中的溶解速度。

再生膠改性瀝青的基礎(chǔ)性能大部分都是隨著再生膠添加量的增加，性能隨之優(yōu)化的。由于是再生橡膠，其基本性能比成品膠有所差異。但是，再生膠污染，再次利用已經(jīng)成為刻不容緩的問(wèn)題。再生膠作為改性劑制備改性瀝青有著得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)[5]。

1.隨著再生膠添加量增大，針入度減小，軟化點(diǎn)提高，黏度增大。這說(shuō)明改性瀝青的高溫穩(wěn)定性提高，對(duì)夏季行車的路面車轍、壅包現(xiàn)象有改善。

2.針入度指數(shù)不斷減小，溫度敏感性降低。溫度較低時(shí)，瀝青變脆使路面發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂；溫度較高時(shí)，路面變軟，受承載車輛作用而變形。低溫性能得到改善，增加瀝青的柔韌性。

3.黏附性增強(qiáng)。由于石料表面粘附的橡膠瀝青膜厚度增加，可提高瀝青路面抗水侵害能力，延長(zhǎng)路用壽命。

4.增加車輛輪胎與路面的抓著性，提高行駛安全，降低噪聲污染。

5.成本降低，加工工藝簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保。

五、結(jié)果

生橡膠和PE復(fù)合母選取WR 30份、PE 20份、瀝青20份、古馬隆2.5份時(shí)和再生橡膠和WPE復(fù)合母選取WR 30、WPE 15份、瀝青20份、古馬隆2.5份時(shí)夠滿足《聚合物改性道路瀝青》SBS類（Ⅰ-C類）基本性能指標(biāo)改性瀝青的性能。與SBS改性瀝青成本比較，其成本大大減小。

WR和PE及WR和WPE復(fù)合改性瀝青WR和PE及WR和WPE復(fù)合改性瀝青能夠與SBS瀝青具有的杰出的高、低溫性能媲美。母粒在基質(zhì)瀝青中分散效果比SBS在基質(zhì)瀝青中的分散工藝簡(jiǎn)單，攪拌剪切時(shí)間短，實(shí)現(xiàn)再生膠與廢舊塑料二次利用，能夠很好地滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊軍，等.聚合物改性瀝青[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]張金升，等.道路瀝青材料[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[3]Lewandowski L H.polymer modification of Paving asphalt binders[J].Rubber Chen Technal，1994.

[4]陳文青.黃承亞.國(guó)外擠出法再生廢舊橡膠的研究進(jìn)展[J]合成橡膠工業(yè)，2008.9.

[5]廖克儉，叢玉鳳.道路瀝青生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2008.