廢舊橡膠粉改性瀝青的高溫性能研究

韓　君　于曉飛　周德洪

(1.江蘇寶利國際投資股份有限公司，江蘇江陰　214422; 2.上海交通大學化學與化工學院，上?！?00240)

廢舊橡膠粉改性瀝青的高溫性能研究

韓君1于曉飛2周德洪1

(1.江蘇寶利國際投資股份有限公司，江蘇江陰214422; 2.上海交通大學化學與化工學院，上海200240)

摘要:選取廢舊橡膠粉與基質(zhì)瀝青為原材料，從針入度、軟化點、高溫性能等方面，研究了不同橡膠粉摻量下改性瀝青的性能變化情況，指出廢舊橡膠粉能顯著提高瀝青的高溫性能，并且摻量為15%時制備的改性瀝青性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞:廢舊橡膠粉，改性瀝青，針入度，軟化點，高溫性能

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展和汽車持有量的逐年極速增加，廢舊輪胎的大量堆積已造成嚴重的經(jīng)濟與環(huán)境問題。而我國橡膠資源較為匱乏，2010年僅生產(chǎn)700萬t橡膠，70%以上天然橡膠，40%以上的合成橡膠則需要進口。2013年廢舊輪胎的產(chǎn)量為1 080萬t，并以每年約6%的速度增長，預(yù)計到2020年廢舊橡膠產(chǎn)量將達到2 000萬t［1］。大量廢棄輪胎的堆積不但造成環(huán)境污染、資源浪費，而且其降解困難。因此，如何綜合利用數(shù)量巨大的廢舊橡膠、治理環(huán)境污染是全社會都應(yīng)重視解決的大問題［2-5］。據(jù)資料顯示，美國、瑞典、英國、法國、比利時、澳大利亞、日本等國家先后開展了橡膠瀝青和橡膠粉瀝青混凝土的應(yīng)用研究，并通過立法和技術(shù)推廣極大地促進了廢舊輪胎在道路工程中的利用［6，7］。該技術(shù)不但彌補了傳統(tǒng)改性瀝青的不足，同時有效的利用廢舊橡膠緩解“黑色污染”，因而將廢橡膠應(yīng)用于道路建設(shè)是各國解決廢舊橡膠污染的有效途徑之一［8］。本文將不同質(zhì)量分數(shù)的橡膠粉加入到基質(zhì)瀝青中，分別測定了在橡膠粉不同摻量下改性瀝青的各種性能的變化，并經(jīng)綜合考慮給出了較合適的橡膠粉摻量。

1　原材料

1.1廢舊橡膠粉

中國輪胎翻修與循環(huán)利用協(xié)會根據(jù)我國廢舊輪胎的生產(chǎn)情況，把橡膠粉分為三類:粗橡膠粉0.425 mm以上，細橡膠粉0.425 mm～0.180 mm，微細膠粉0.180 mm～0.075 mm?？紤]到橡膠粉特性以及推廣成本，本文采用40目～80目的細碎橡膠粉顆粒來進行改性試驗。

1.2基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青的標號不僅影響到瀝青與聚合物的相容性還影響到改性性質(zhì)，研究認為:隨著針入度的減小，相容性相應(yīng)降低，所以改性宜采用高標號的瀝青。并且高標號瀝青修筑的瀝青路面，低溫柔性好，不易產(chǎn)生溫度裂縫，即使產(chǎn)生裂縫也會在較高溫度下彌合。但是當瀝青標號太大時，改性瀝青達到高溫指標要求所需用的聚合物劑量則要增加。因此標號的選擇要結(jié)合瀝青路面使用溫度而定。本文選用韓國雙龍70號瀝青作為基質(zhì)瀝青進行廢舊聚合物改性瀝青性能的研究。

2　廢舊橡膠粉改性瀝青的制備

先將基質(zhì)瀝青加熱到160℃，分別加入不同質(zhì)量分數(shù)( 5%，10%，15%，20%)的廢舊橡膠粉，500 r/min的轉(zhuǎn)速下進行攪拌1 h，再逐漸調(diào)速至5 000 r/min的轉(zhuǎn)速下高速剪切，使橡膠粉充分溶脹，高速剪切1 h后停止剪切，再普通攪拌30 min，排出高速剪切中帶入瀝青中的大量氣泡，然后測定其性質(zhì)。

3　廢舊橡膠粉改性瀝青的性能研究

3.1針入度

表1　15℃各配比的針入度值　0.1 mm

表2　25℃各配比的針入度值　0.1 mm

表3　30℃各配比的針入度值　0.1 mm

本文將廢舊橡膠粉摻入基質(zhì)瀝青制備廢舊橡膠粉改性瀝青，并根據(jù)JTJ 051—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［9］規(guī)定的方法對廢舊橡膠改性瀝青進行針入度和軟化點實驗研究，采用軟化點和當量軟化點T800兩個指標來評價廢舊橡膠改性瀝青的高溫性能。具體試驗數(shù)據(jù)如表1～表3所示。

從表1～表3可以看出，當橡膠粉摻量為15%時，15℃，25℃和30℃的針入度分別為16.7( 0.1 mm)，47.7( 0.1 mm)和79.3( 0.1 mm)，較基質(zhì)瀝青針入度分別減小了18%，48%和32%。隨著橡膠粉摻量的增加，針入度明顯減小，瀝青稠度增大，表明廢舊橡膠粉提高了基質(zhì)瀝青的高溫性能。當橡膠粉摻量超過15%后，存在著隨橡膠粉摻量的增加瀝青針入度變化逐漸減小的現(xiàn)象，并且當摻量達到20%后，橡膠粉改性瀝青的針入度值減小不再明顯甚至有增大的趨勢，這表明當廢舊橡膠粉摻量達到20%后對基質(zhì)瀝青高溫性能的影響已不明顯甚至有反彈趨勢，因此廢舊橡膠粉的最高摻量為20%。

3.2軟化點

圖1　軟化點與膠粉摻量的關(guān)系

從圖1可以看出，改性瀝青的軟化點隨著橡膠粉的摻量增加而增大，膠粉摻量為5%時，軟化點從49.5℃升高到51.5℃，膠粉摻量為10%時，軟化點升至52.5℃，升高速率有所減緩。當橡膠粉摻量在10%～15%時，改性瀝青的軟化點隨膠粉含量的變化最為明顯;當橡膠粉含量超過15%后，改性瀝青軟化點的升高幅度減緩，橡膠粉摻量為20%時，與基質(zhì)瀝青相比，其軟化點提高了21.2%，高溫性能得到很大改善。

3.3高溫性能

圖2　T800與橡膠粉摻量的關(guān)系

從圖2可以看出，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠粉改性瀝青的當量軟化點顯著增加，當摻量為10%時，T800由基質(zhì)瀝青的47.1℃增加到了51.2℃，當摻量達到20%時，其當量軟化點較基質(zhì)瀝青提高了11.7%，瀝青的高溫性能得到了很大的提高。隨橡膠粉摻量的改變，當量軟化點T800所反映的高溫性能的變化趨勢與針入度和軟化點所反映的情況大體上一致。在橡膠粉摻量低于15%時，T800隨橡膠粉用量的增加而增大的速率相對較大;當橡膠粉用量超過15%后，T800遞增速率顯著下降，這表明過多的膠粉用量對瀝青的高溫改善作用不再有明顯的提高。

對以上數(shù)據(jù)分析可知，對基質(zhì)瀝青加入廢舊橡膠粉改性，軟化點和當量軟化點都得到了提高，針入度明顯減小，表明廢舊膠粉對基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性有很大的改善作用，提高了路面抵抗車輛反復(fù)壓縮變形及側(cè)向流動的能力。當膠粉摻量低于15%時，隨著膠粉摻量的增加，軟化點、當量軟化點和針入度的變化顯著，當摻量為15%～20%之間時，三項指標的變化率減小，表明過多的膠粉摻量對基質(zhì)瀝青的改性效果不再明顯。因此，最佳的膠粉摻量不應(yīng)低于15%。

4　結(jié)語

1)隨著橡膠粉摻量的增加，廢舊橡膠粉改性瀝青的針入度明顯減小，瀝青稠度增大，表明廢舊橡膠粉提高了基質(zhì)瀝青的高溫性能。2)廢舊橡膠粉的摻量對基質(zhì)瀝青性能的發(fā)揮有很大的影響，廢舊橡膠粉在基質(zhì)瀝青中的摻量應(yīng)大于15%。

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［8］原健安，趙可.聚合物改性瀝青機理研究(Ⅱ) :改性粒子的亞微觀形態(tài)及改性機理綜述［J］.西安公路交通大學學報，2001，21( 3) :20-24.

［9］JTJ 052—2000，公路工程瀝青及其混合料試驗規(guī)程［S］.

·道路·鐵路·

Study on high-temperature performance of waste rubber powder modified asphalt

Han Jun1Yu Xiaofei2Zhou Dehong1
( 1.Jiangsu Baoli International Investment Co.，Ltd，Jiangyin 214422，China; 2.Collge of Chemistry＆Chemical Industry，Shanghai University of Communication，Shanghai 200240，China)

Abstract:Selecting waste rubber powder and basis asphalt as raw materials，starting from aspects of penetration grade，softening point and hightemperature performance，the article studies modified asphalt performance changing conditions with various rubber power mixing amount，and points out that: waste rubber power can obviously improve the asphalt high-temperature performance.Furthermore，the modified asphalt performance is optimal with 15% of rubber power mixing amount.

Key words:waste rubber powder，modified asphalt，penetration grade，softening point，high-temperature performance

作者簡介:韓君(1983-)，女，博士后，高級工程師;于曉飛(1983-)，男，在讀碩士;周德洪(1962-)，男，高級工程師

收稿日期:2015-11-20

文章編號:1009-6825( 2016) 04-0117-03

中圖分類號:TU535

文獻標識碼:A