廢橡膠粉改性瀝青性能的研究

李國峰，陳 梅

（新疆應用職業(yè)技術學院 石油與化學工程系， 新疆 奎屯 833200）

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廢橡膠粉改性瀝青性能的研究

李國峰，陳 梅

（新疆應用職業(yè)技術學院 石油與化學工程系， 新疆 奎屯 833200）

以克拉瑪依A H - 110 瀝青為基體， 廢橡膠粉為改性劑， 采用濕法共混， 在溶脹時間為2 h，剪切時間為1.5 h，剪切溫度為186 ℃，剪切速率為7 000 r/min的條件下， 制備出高性能廢膠粉改性瀝青。 通過改變膠粉的用量和膠粉的粒徑，研究了膠粉對改性瀝青性能的影響，探討了膠粉改性瀝青機理。結果表明：廢橡膠粉的摻入使瀝青的軟化點、針入度、延度都有明顯改善。研究發(fā)現(xiàn)廢橡膠粉的最佳摻量為15%，最佳粒徑為80目。

摻入量；廢橡膠粉；瀝青；改性

隨著社會經濟的快速發(fā)展， 我國高速公路也得到了突飛猛進的發(fā)展。由于瀝青具有較好的化學穩(wěn)定性和防水性，因此被廣泛應用在公路、機場和建筑等領域。然而，隨著公路交通量的不斷增長和環(huán)境條件的日益惡化，瀝青路面受到了嚴重的考驗，大大縮短了瀝青路面的使用壽命［1，2］。為了克服以上的困難，瀝青改性就成為了國內外學者研究的主題。根據有關文獻報道［3-7］，廢橡膠粉具有改善瀝青路面質量的特點，膠粉改性瀝青可以提高瀝青路面的抗車轍能力，同時改善瀝青路面的高低溫性能和降低路面的噪音，從而延長路面的使用壽命。

同時，我國是世界上的橡膠生產大國，廢舊輪胎的數量每年都在高速增長，卻沒有得到合理的利用［8，9］。因此，利用廢橡膠粉作為瀝青的改性劑，就具有很大的優(yōu)越性，不僅價格低廉、來源豐富，而且可以變廢為寶，減少環(huán)境的污染，使得資源得到合理的利用［10-13］。

目前，國內涌現(xiàn)出了很多改性瀝青的公司，尤其在新疆已有多家橡膠粉生產企業(yè)，如烏魯木齊雙成膠粉制品廠，新疆新盛公司，巴州三寶橡膠膠粉廠，新疆博樂再生能源公司等廠家。但是改性瀝青的價格都非常的高，同時，生產水平和技術手段與國外相比也存在一定的差距，這嚴重影響了新疆地區(qū)高速公路的發(fā)展。為了降低膠粉改性瀝青的價格，提高改性的技術和方法，加快新疆地區(qū)高速公路的建設，非常有必要進一步研究廢橡膠粉改性瀝青的課題。

本文通過在瀝青中添加廢橡膠粉進行瀝青改性。進行廢橡膠粉改性瀝青性能試驗，研究了廢橡膠粉的用量變化和廢橡膠粉的粒徑變化對改性瀝青的軟化點、延度和針入度的影響，通過實驗結果分析了影響膠粉改性瀝青體系性能的因素以及改性的機理，最終確定了最佳的膠粉用量和膠粉粒徑。

1　實驗部分

1.1主要原料（表1）

表1　實驗原料Table 1 Experimental materials

1.2主要儀器設備（表2）

表2　實驗儀器設備Table 2 Experimental equipments

1.3試樣制備

稱取一定比例的廢膠粉、基質瀝青和改性劑。先將基質瀝青加熱到175 ℃以上，將稱取的膠粉和改性劑依次緩慢徐徐加入瀝青中。攪拌半小時后，采用高速剪切乳化機對其進行剪切，剪切速率為7 000 r/min，時間1.5 h，最后灌模。實驗中采用丙三醇與滑石粉的混合物作脫模劑。

1.4性能測試

分別按 GB/T 4507-1999、GB/T 4509-1998、GB /T 4508-1999和 ASTM D6084-97進行軟化點、針入度和延度性能測試。

瀝青的軟化點、延度和針入度的測試分別采用表1-2中的儀器進行測試分析。

2　結果與討論

2.1實驗配比

以廢橡膠粉的用量為變量，所用原料的實驗配比見表3。

表3　所用原料的實驗配比Table 3 The ratio of raw material used in the experiment

2.2實驗結果與討論

2.2.1廢橡膠粉的用量對改性瀝青性能的影響

在本次實驗中采用膠粉粒徑為 80目的廢橡膠粉，改變廢橡膠粉的用量，改性瀝青的三大性能指標隨廢橡膠粉的用量的變化如圖1（a）- （c）所示。

圖1　廢橡膠粉用量對改性瀝青軟化點、延度和針入度的影響Fig.1 The influence on the softening point， ductility and penetration degree of modified asphalt system by different dosage of rubber powder

從圖1可以看出，廢橡膠粉改性瀝青的軟化點隨著廢膠粉用量的增大而增大，膠粉用量小于10%時，增加速度很快，但膠粉用量大于10%時，增加速度有所減慢，如圖 1（a）所示；改性瀝青的延度則隨著廢橡膠粉用量的增多而增大，當膠粉用量超過15%時，延度反而呈下降趨勢，如圖 1（b）所示；而改性瀝青的針入度則隨著廢橡膠粉用量的增多而降低，膠粉用量小于10%時，降低速度很快，當膠粉用量大于10%時，降低速度有所減慢，如圖1（c）所示。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能為：隨著廢橡膠粉用量的增加， 廢橡膠粉粒子很容易與基質瀝青膠體中的分散相膠質結合在一起而形成空間網狀結構；同時，瀝青分子與膠粉中的橡膠結構結合在一起的數量也有所増加，這相當于在基質瀝青膠體的液相油分中增加了固相的廢橡膠粉， 從而使得瀝青的軟化點相應增加而針入度相應下降［3，13］。然而，隨著廢橡膠粉的用量增加到一定的程度，基質瀝青膠體中的分散相膠質與廢橡膠粉粒子的結合達到了飽和，結合幾率減小，造成膠粉的分散程度開始變差，從而在一定程度上削弱了膠粉改性瀝青的效應，因此，改性瀝青的針入度、軟化點和延度逐漸呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢。應該指出的是， 當廢橡膠粉的用量增大到一定程度時，有部分廢橡膠粉就會在瀝青分散相中形成膠粉顆粒小集團，對改性瀝青的軟化點和針入度不再具有提高作用，反而會使得瀝青的延度下降。因此，本文建議的最佳的廢膠粉的用量應該控制在15%左右。

2.2.2廢橡膠粉的粒徑對改性瀝青性能的影響

圖2　廢橡膠粉的粒徑對改性瀝青軟化點、延度和針入度的影響Fig.2 The influence on the softening point， ductility and penetration degree of modified asphalt system by different Particle size

將不同粒徑的膠粉用于瀝青改性試驗中（如表3所示），膠粉的用量為15%，改性瀝青的性能隨膠粉粒徑的變化示于圖2（d）-（f）。從圖2可以看出，廢橡膠粉改性瀝青的軟化點隨著廢膠粉的粒徑的增大而降低，如圖2（d）所示；而改性瀝青的延度則隨著廢橡膠粉粒徑的增大而增大，如圖2（e）所示；改性瀝青的針入度則隨著廢橡膠粉粒徑的增大而增大，膠粉的粒徑小于 60目時，增大速度很快，當膠粉的粒徑大于60目時，增大速度有所減緩，如圖2（f）所示。

出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能為：廢橡膠粉改性瀝青的儲存穩(wěn)定性和機械加工性與廢橡膠粉的粒徑有很大的關系，膠粉改性瀝青的物理性質變化主要取決于膠粉粒徑的大小變化。這是因為廢橡膠粉的粒徑越小， 膠粉的空間表面積越大，那么膠粉顆粒在瀝青中溶脹就越容易，在剪切的過程中可以使得膠粉顆粒在瀝青相中均勻、高度的分散，從而在一定程度上會提高瀝青的延度和針入度；然而，膠粉的粒徑越小，那么膠粉顆粒在基質瀝青膠體中的分散相中將很難形成骨架結構［14］，這樣膠粉改性的瀝青在高溫時就很容易流動而變形，這樣就造成了改性瀝青的軟化點降低現(xiàn)象。因此，膠粉的粒徑不能太大也不能太小，綜合對改性瀝青三大指標的考慮，應該選擇的最佳的膠粉粒徑為80目。

3　結 論

（1）通過使用廢橡膠粉改性瀝青，可以明顯的改善瀝青的各種性能。廢橡膠粉改性瀝青試驗中，廢橡膠粉的用量會對改性瀝青的三大性能指標產生一定的影響，廢橡膠粉的用量越大，改性瀝青的延度越大、軟化點越高、針入度越低，研究發(fā)現(xiàn)廢橡膠粉的用量應在15%為最佳。

（2）廢橡膠粉的粒徑會對膠粉改性瀝青的性能產生一定的影響。綜合對瀝青三大指標的考慮，在膠粉的粒徑為40～100目的范圍內，應該選擇的最佳的膠粉粒徑為80目。

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The Performance of Asphalt Modified by Crumb Rubber

LI Guo-feng, CHEN Mei
(Department of Petroleum and Chemical Engineering, Xinjiang College of Vocational and Technical Application,Xinjiang Kuitun 833200, China)

Using Karamay AH-110 asphalt as the base, crumb rubber as a modifier, by wet blending method, high-performance crumb rubber modified asphalt was prepared under the condition of swelling time 2 h, shearing time 1.5 h, the shear temperature 186 ℃ and the shear rate 7 000 r/min. By changing the amount of powder and particle size, effect of powder on the performance of modified asphalt was studied, and the mechanism of the rubber modified asphalt was discussed. The experimental results show that, blending waste rubber powder can significantly improve asphalt softening point, penetration and ductility; the optimal content of crumb rubber is 15%, the best particle size is 80 mesh.

Blending; Crumb rubber; Asphalt; Modification

E-mail：419987266@qq.com。

TE 624

A

1671-0460（2016）05-0900-04

新疆應用職業(yè)技術學院科研啟動基金項目，項目號：XYZY2015YJ001。

2016-01-04

李國峰（1987-），男，甘肅武威人，講師，碩士研究生，2014年畢業(yè)于新疆大學化學工程專業(yè)，研究方向：工業(yè)催化。