橡塑改性瀝青的研究

任瑞波，張春茹

山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院

橡塑改性瀝青的研究

任瑞波，張春茹

山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院

針對(duì)同一瀝青，不同改性劑的橡塑瀝青，采用理論和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，通過(guò)常規(guī)指標(biāo)、SHRP動(dòng)態(tài)剪切流變DSR試驗(yàn)研究其性能。運(yùn)用熒光顯微鏡和原子力顯微鏡分析微觀形態(tài)，研究改性劑對(duì)于橡塑瀝青的影響。

橡塑瀝青；動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)；性能；微觀形態(tài)

0 引言

近年來(lái)，由于廢舊塑料、廢舊輪胎堆積造成的環(huán)境污染問(wèn)題引起廣泛關(guān)注。將兩者合成一種新型的改性劑，既可以減少環(huán)境污染，也可以提高混合料的路用性能，針對(duì)橡塑瀝青，采用理論與實(shí)際相結(jié)合的方法，研究改性劑對(duì)橡塑瀝青的性能影響，通過(guò)熒光顯微鏡、原子力顯微鏡研究橡塑瀝青的微觀形態(tài)，進(jìn)而指導(dǎo)橡塑瀝青生產(chǎn)。

1 橡塑改性瀝青的制備

1.1 基質(zhì)瀝青

實(shí)驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為70#道路石油瀝青，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1.基質(zhì)瀝青的性能指標(biāo)

1.2 橡塑合金改性劑

本文采用三種不同比例的橡塑合金改性劑【2】，即橡膠、塑料的比例分別為5：5、6：4、7：3。這三種改性劑分別簡(jiǎn)稱為A型改性劑、B型改性劑和C型改性劑，相應(yīng)的改性瀝青統(tǒng)稱為A型橡塑改性瀝青、B型橡塑改性瀝青和C型橡塑改性瀝青。

1.3 實(shí)驗(yàn)室制備

制備橡塑改性瀝青，首先用烘箱將瀝青加熱到130℃左右，再將瀝青放置到高速剪切機(jī)上，加熱到185℃-190℃之間，添加改性劑，剪切轉(zhuǎn)速為3500-4000R/min，剪切時(shí)間為60min。

2 橡塑改性瀝青性能分析

2.1 橡塑瀝青性能研究

將三類改性劑添加到基質(zhì)瀝青中制備改性瀝青，本文研究橡塑瀝青的常規(guī)指標(biāo)：針入度、軟化點(diǎn)、延度和60℃粘度。

本文對(duì)三種不同比例的橡塑改性瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，測(cè)定其G*、G*/sin（δ）、δ、G*sinδ。試驗(yàn)采用應(yīng)變控制模式加載，其中控制應(yīng)變值為12%，頻率為10rad/s，試驗(yàn)溫度為64℃、70℃、76℃、82℃、88℃。其中，瀝青試樣在高溫下的G*、(G*/sinδ)、δ、G*sinδ與DSR試驗(yàn)溫度的關(guān)系分析可知：

（1）從相位角分析成品試樣：δ值越大，表明材料的粘性成分越大，彈性成分越小。對(duì)于這三種材料，在高溫區(qū)域δ隨著溫度的升高而增加，說(shuō)明材料隨著溫度的升高逐漸趨于粘性材料。

（2）從車轍因子分析試樣：G*/sinδ用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的高溫特性，其中G*/sinδ越大，瀝青在高溫時(shí)的耗能越小，即抗車轍能力越強(qiáng)。對(duì)于三種橡塑瀝青，抗車轍能力為A＞B＞C。A型和B型橡塑瀝青的低溫性能卻沒(méi)有C型橡塑瀝青好。

（3）從疲勞因子分析試樣：瀝青的疲勞性能指標(biāo)采用G*sinδ評(píng)價(jià)，較小的G*sinδ數(shù)值代表較好的疲勞性能。SHRP規(guī)范規(guī)定，DSR試驗(yàn)的G*sinδ應(yīng)滿足不超過(guò)5000kPa的要求。

綜上可知C型橡塑改性瀝青抗疲勞性能較好。

3 橡塑改性瀝青的微觀形態(tài)分析

橡塑改性劑溶脹到基質(zhì)瀝青中，將改性劑的性能傳遞到基質(zhì)瀝青中，提高瀝青的性能。通過(guò)觀察改性劑在瀝青中的分布、形態(tài)，可以有效地評(píng)價(jià)改性瀝青，是研究瀝青改性的有效手段。

3.1 熒光顯微鏡分析

對(duì)于制作好的試樣，用熒光顯微鏡觀察改性劑在瀝青中的分布。橡塑改性劑都是以微米級(jí)的顆粒分布在瀝青相中。改性劑溶脹在瀝青中呈現(xiàn)團(tuán)狀或絮狀分布，與瀝青互穿形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相比較而言，C型改性劑的粒子最小、分布均勻、形態(tài)相似，能夠和瀝青形成較好的空間結(jié)構(gòu)。因此C型橡塑改性瀝青的穩(wěn)定性更好。

3.2 原子力顯微鏡分析

本文采用原子力顯微鏡研究改性后瀝青的微觀形態(tài)，分析橡塑改性瀝青的相容性。經(jīng)對(duì)比，基質(zhì)瀝青的二維圖片的外觀形態(tài)比較平整，三維圖像有較多均勻的齒狀凸起?？梢钥闯觯珻型橡塑瀝青的改性劑分布比較均勻，改性劑的尺寸相對(duì)較小。即改性劑與基質(zhì)瀝青的接觸面積大，與瀝青結(jié)合緊密，能形成較穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。綜合分析，C型橡塑瀝青的相容性較好。

4 結(jié)論

針對(duì)一種特定的基質(zhì)瀝青，將由不同比例的橡膠和塑料合成的橡塑改性劑添加到基質(zhì)瀝青中，其中C型橡塑瀝青的高溫性能和疲勞性能相對(duì)較好。通過(guò)對(duì)橡塑瀝青微觀形態(tài)的檢測(cè)可知7：3型橡塑合金改性劑在瀝青中呈團(tuán)狀分布，且分布比較均勻。改性劑與瀝青形成了連續(xù)相與瀝青互穿，增加了兩者之間的作用力，使得改性瀝青性能更加穩(wěn)定。從改性效果來(lái)看，C型改性劑在瀝青中的顆粒最小，分布均勻，瀝青改性效果和相容性最好。

[1]交通部重慶公路科學(xué)研究所.美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)瀝青研究項(xiàng)目[R].重慶：交通部重慶公路科學(xué)研究所,1995.

[2]郭淑華.改性劑對(duì)改性瀝青性能影響的綜合評(píng)價(jià)[J].石油瀝青,2002.(4).

[3]康愛(ài)紅,張吳紅,孫立軍.改性瀝青熒光顯微觀測(cè)樣本制備方法[J]四川大學(xué)學(xué)報(bào)：工程科學(xué)版,2012,44(2)：154-158.

[4]熊萍，郝培文.SBS聚合物改性瀝青技術(shù)性能及其微觀形態(tài)[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2007（6）：48-54.