淺議廢膠粉改性瀝青研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

程洪珍

近年來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展步調(diào)逐步加快，環(huán)境問題變得愈來愈嚴(yán)峻。環(huán)境污染主要有氣體、固體、顆粒物。其中廢舊橡膠是一種主要的固體廢棄物，而我國就是世界上最大橡膠銷售國。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年廢舊橡膠超過100萬噸。橡膠具有抗熱性、抗降解以及抗機(jī)械性能。橡膠生產(chǎn)數(shù)量逐漸加大，不僅產(chǎn)生巨大的橡膠資源浪費(fèi)，同時(shí)還有可能引發(fā)火災(zāi)、傳播疾病，給生態(tài)環(huán)境與人類健康帶來較大的危害。但是在交通流量逐漸加大的情況下，致使普通瀝青路面出現(xiàn)開裂、松散等問題，影響交通的發(fā)展。針對(duì)此種情況，將廢橡膠應(yīng)用于改性瀝青，改善路面使用性能的同時(shí)，還可以充分發(fā)揮再生資源，在保護(hù)環(huán)境方面發(fā)揮重要的作用。

1.廢膠粉改性瀝青的原理

瀝青與膠粉相互發(fā)生作用后，就會(huì)產(chǎn)生廢膠粉改性瀝青性能，但是這兩者相互發(fā)生的作用非常復(fù)雜。關(guān)于這兩者作用的原理，至今還不是非常清楚。綜合各地的研究，其原理主要有以下幾種。

1.1物理共混原理。瀝青的主要成分包括芳香分、膠質(zhì)、飽和分以及瀝青質(zhì)。在瀝青中加入廢膠粉后，加入的廢膠粉就會(huì)受到瀝青中芳香烴、飽和烴等輕質(zhì)組成成分的作用產(chǎn)生溶脹與溶解，均勻的分散到瀝青中，以此形成混合體系。有研究人員將膠粉加入到熱瀝青后，在機(jī)械作用下，膠粉顆粒就會(huì)吸收瀝青中油分逐漸溶脹，有的膠粉會(huì)逐漸恢復(fù)膠的性質(zhì)，促使膠粒重新形成粘性，由原來相對(duì)緊密的結(jié)構(gòu)逐漸變成絮狀結(jié)構(gòu)，并且溶脹后的膠粒也會(huì)均勻的分散到瀝青中。這樣的反應(yīng)作用，不僅可以保讓瀝青材料保有原來的物理力學(xué)性質(zhì)，還可以恢復(fù)瀝青材料的感溫性與粘結(jié)性。并且在改變基質(zhì)瀝青粘結(jié)性、感溫性的同時(shí)，形成改性效果。事實(shí)上，膠粒在瀝青中發(fā)生的變化，不屬于化學(xué)變化，是一種典型的物理反應(yīng)。瀝青中的橡膠膨脹后，如果溫度過高或者是時(shí)間太長，就會(huì)導(dǎo)致瀝青中部分橡膠產(chǎn)生降解，從而降低粘度。

1.2網(wǎng)絡(luò)填充原理。在瀝青與橡膠粉混合后，產(chǎn)生溶脹與溶解，膠粉會(huì)逐漸的擴(kuò)散到瀝青中，顆粒狀或者是絲狀的廢膠粉會(huì)隨機(jī)的分散到瀝青中，隨后就會(huì)在瀝青基質(zhì)中形成相對(duì)松散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種松散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)聚合物可移動(dòng)性的同時(shí)，還可以促使瀝青形成良好的塑形與彈性。有研究人員在研究的過程中指出，溶脹后的膠粉顆粒相互結(jié)合的機(jī)會(huì)會(huì)加大。利用凝膠膜會(huì)形成相對(duì)粘度較大的半固態(tài)連續(xù)相的體系。同時(shí)也有研究人員認(rèn)為即便廢膠粉顆粒不能溶解在瀝青中，但是像彈性微粒會(huì)填充在瀝青中，瀝青可以完全的包裹廢膠粉顆粒，促使膠粉顆粒與瀝青結(jié)合相對(duì)緊密，促使兩者形成良好黏結(jié)性。因而廢膠粉改性瀝青是一種不均勻的體系。

1.3化學(xué)共混原理。瀝青包含烷烴、烯烴與芳香烴，同時(shí)含有極性與非極性化合物，因而也就有烴基團(tuán)、脂基等官能團(tuán)，會(huì)與較多的物質(zhì)共同發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)與化學(xué)加成，形成新的化學(xué)鍵。有研究人員認(rèn)為，在高溫下攪拌，橡膠體型的網(wǎng)狀大分子結(jié)構(gòu)就會(huì)有所氧化解聚，形成較多的小體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與少量的鏈狀物。也就是說塑形與粘性會(huì)更好，但是也會(huì)導(dǎo)致橡膠失去原有的部分彈性。瀝青中的膠粉顆粒不斷的脫硫和降解，膠粉顆粒就會(huì)與瀝青相互發(fā)生作用，致使橡膠中的物質(zhì)進(jìn)入到瀝青中。在這種情況下，瀝青溫度的敏感性、耐老化與低溫性就會(huì)有所改善。

2.膠粉改善瀝青性能的原因

在瀝青中添加膠粉會(huì)改變其性能。但是瀝青性能改變的原因是如何，還需要進(jìn)行具體的分析。綜合起來，其主要有這么幾點(diǎn)。

2.1瀝青組分對(duì)改性瀝青性能的影響。瀝青中膠粉的溶脹程度實(shí)際上與瀝青組分有一定聯(lián)系。通常情況下，瀝青中輕質(zhì)組分越高，膠粉的溶脹作用就會(huì)越強(qiáng)，而膠粉顆粒就會(huì)更均勻的分布在瀝青中，以此可以提高改性瀝青的低溫性能，但是高溫與彈性性能不能改善。研究人員在研究的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，90號(hào)瀝青中的輕質(zhì)組分含量相對(duì)較高，經(jīng)廢膠粉改性后，低溫性能會(huì)高于70號(hào)瀝青。但是從高溫性能來看，90號(hào)瀝青改性效果不如70號(hào)。針對(duì)此，工程應(yīng)用橡膠瀝青的時(shí)候，需要根據(jù)實(shí)際的氣候條件與路面受力狀況，以此有針對(duì)性的選擇基質(zhì)瀝青。

2.2膠粉種類、粒徑與用量對(duì)改性性能的影響。廢舊輪胎通常是廢膠粉的主要來源品，但是廢舊輪胎通常分為斜交輪胎與子午輪胎。這兩者的最大區(qū)別主要在于是否有鋼絲存在。有研究人員曾經(jīng)指出，斜交輪胎相對(duì)比子午輪胎的低溫延度、蠕變徑度以及彈性恢復(fù)性能具有良好的改性效果。同時(shí)也有研究人員認(rèn)為膠粉的形態(tài)性質(zhì)是影響改性瀝青彈性性質(zhì)的主要因素。如果膠粉表面越粗糙，表面積就會(huì)越大，改性瀝青彈性恢復(fù)度就會(huì)越高，恢復(fù)程度與膠粉濃度呈正比，并且較小微粒彈性恢復(fù)效果更優(yōu)于較大微粒。

2.3加工條件對(duì)改性性能的影響。在制備膠粉改性瀝青的時(shí)候，剪切時(shí)間、剪切速度以及剪切溫度都會(huì)對(duì)膠粉改性瀝青性質(zhì)產(chǎn)生影響。如果剪切的速度過于緩慢，膠粉的顆粒就不容易細(xì)化，致使膠粉改性瀝青的穩(wěn)定性會(huì)降低。剪切時(shí)間過長，廢膠粉就會(huì)更容易降解，導(dǎo)致瀝青的使用性能降低。剪切溫度過低，粘度就會(huì)升高，導(dǎo)致膠粉過于分散于瀝青中。但是如果剪切溫度過高，瀝青就更容易老化，影響瀝青的性能。關(guān)于這一因素，有研究人員使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來研究對(duì)廢膠粉改性瀝青旋轉(zhuǎn)粘度的影響。

3.廢膠粉改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

將廢舊橡膠粉碎加工后，就會(huì)獲得三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其表面活性相對(duì)較低，與瀝青的結(jié)合性相對(duì)較差，致使加入其中的瀝青不容易分散，瀝青加工性能、物理性能會(huì)有所減弱，從而限制改性瀝青的應(yīng)用。因而，需要采取相應(yīng)的措施來活化瀝青體系，以此來增強(qiáng)膠粉與瀝青截面的黏結(jié)性。首先，可以對(duì)膠粉進(jìn)行活化預(yù)處理。膠粉中含有橡膠、炭黑、軟化劑以及硫化劑等多種材料惰性結(jié)合體。事實(shí)上，膠粉與瀝青的相容性非常差。如果使用尚未處理的廢膠粉改性瀝青性能并不是非常的理想。針對(duì)這一問題，部分研究人員認(rèn)為預(yù)先對(duì)膠粉進(jìn)行活化處理，可以解決兩者的過渡層問題。解決過渡層薄弱性，就需要對(duì)膠粉進(jìn)行預(yù)處理，促使膠粉的表面形成新的活性基團(tuán)，從而促使膠粉可以與瀝青緊密的結(jié)合在一起，提高瀝青儲(chǔ)存的穩(wěn)定性。其次，制備改性瀝青的時(shí)候加入助劑。不僅要對(duì)膠粉進(jìn)行活化預(yù)處理，還需要在制備改性瀝青的時(shí)候加入助劑，如連接劑與相容劑，這樣就可以明顯增強(qiáng)膠粉與瀝青的作用，提高瀝青體系儲(chǔ)存的穩(wěn)定性。通過加入相應(yīng)的助劑，可以促使橡膠顆粒與瀝青之間發(fā)生作用，從而改善瀝青的流動(dòng)性。

4.結(jié)語

總而言之，在改性瀝青中添加廢橡膠，可以降低路面施工成本的同時(shí)，還可以改善瀝青路面的使用性能，促使廢舊橡膠循環(huán)利用，有效的減輕環(huán)境壓力。針對(duì)此，在瀝青路面施工的時(shí)候，可以考慮廢膠粉的應(yīng)用性。