糠醛抽出油對(duì)膠粉改性瀝青性能的影響

冉 紅 平

(山西交通控股集團(tuán)有限公司呂梁北高速公路分公司，山西 呂梁 033100)

0 引言

與普通瀝青相比，膠粉改性瀝青具有較好的高低溫性能、抗老化性能，對(duì)于路面降低噪聲、冬季抑冰融雪具有較好的應(yīng)用效果，與SBS改性瀝青相比，膠粉改性瀝青粘彈性好，成本更低，常常被用做應(yīng)力吸收層，在應(yīng)用中能消耗大量的固廢材料，符合國(guó)家固廢循環(huán)利用的宏觀政策。不過(guò)，傳統(tǒng)橡膠瀝青由于膠粉溶脹不完全，所制備的橡膠瀝青高溫貯存穩(wěn)定性差、易離析、高粘度施工難等一系列不足，限制了其發(fā)展與應(yīng)用[1]。

糠醛抽出油因復(fù)含活性芳香組分，在化學(xué)組分上與瀝青較為相近，是膠粉優(yōu)良的預(yù)溶脹材料，經(jīng)糠醛抽出油浸泡溶脹的膠粉可使膠粉表現(xiàn)出表面活化、結(jié)構(gòu)膨潤(rùn)[2]。在高溫剪切下，膠粉能與瀝青充分溶脹，減少瀝青離析，提高改性膠粉瀝青成品的穩(wěn)定性[3]。本文選用不同劑量的糠醛抽出油預(yù)先浸泡處理相同劑量的膠粉，而后按照相同工藝值準(zhǔn)備膠粉改性瀝青，研究糠醛抽出油對(duì)膠粉改性瀝青基本指標(biāo)、老化指標(biāo)和穩(wěn)定性的影響。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

試驗(yàn)采用90號(hào)基質(zhì)瀝青，30目廢舊膠粉顆粒和河北衡水帝億石油公司出產(chǎn)的糠醛抽出油?；|(zhì)瀝青的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

1.2 膠粉改性瀝青的制備

將一定比例的糠醛抽出油添加到預(yù)熱的膠粉儲(chǔ)存罐中，開(kāi)啟攪拌功能，使膠粉與糠醛抽出油均勻混合0.5 h。加熱瀝青到180 ℃以上，逐漸加入預(yù)處理的膠粉，升溫至195 ℃±5 ℃，均勻攪拌1 h，待攪拌完成后將成品打入膠體研磨兩遍[4]，得到糠醛抽出油處理的膠粉改性瀝青。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照J(rèn)T/T 798—2019路用廢胎膠粉橡膠瀝青的要求對(duì)制備膠粉改性瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)。試驗(yàn)方案中，膠粉摻量為瀝青用量的20%，油膠比(糠醛抽出油與膠粉的質(zhì)量比)選用范圍為4%～8%。各油膠比摻量下的膠粉改性瀝青性能測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同油膠比摻量下的膠粉改性瀝青性能

2.1 油膠比對(duì)基本性能的影響

對(duì)不同油膠比的膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)、針入度、延度進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)圖1～圖3。經(jīng)糠醛抽出油處理的膠粉改性瀝青，軟化點(diǎn)隨著膠油比的增大而上升，延度和針入度在逐漸降低，經(jīng)過(guò)處理的膠粉改性瀝青性能整體提高，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)更能適應(yīng)于瀝青上面層的要求，證明了膠粉經(jīng)糠醛抽出油浸潤(rùn)活化后與瀝青的相容性得以提高。同時(shí)，糠醛抽出油可有效降低膠粉改性瀝青的粘度，且糠醛抽出油摻量越大，粘度降低的幅度也越大，當(dāng)油膠比摻量為8%時(shí)，粘度下降幅度達(dá)到了29.5%，降黏效果最為顯著。

2.2 油膠比對(duì)老化性能的影響

對(duì)不同油膠比的膠粉改性瀝青分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)，測(cè)試?yán)匣蟮尼樔攵缺?、延度比等試?yàn)參數(shù)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著油膠比的增加，膠粉改性瀝青的針入度比出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；延度比隨著油膠比逐漸上升，但在油膠比超過(guò)6%以后變化趨于一致。

考慮到以上參數(shù)的變化，結(jié)合石洪波等人關(guān)于廢舊膠粉抗氧化的研究進(jìn)展[5]?？梢钥闯?，由于膠粉與瀝青在化學(xué)成分上存在較大的差別，相容性較差，未添加或者少添加糠醛抽出油時(shí)，膠粉會(huì)吸收瀝青中的芳香分和飽和分，膠粉不能完全溶脹，但膠粉中原有的抗氧化材料提高了膠粉改性瀝青的穩(wěn)定性，從而整體上提高了膠粉改性瀝青的抗氧化能力。當(dāng)油膠比較高時(shí)，由于膠粉含量相對(duì)較少，其自身抗氧化能力較低。在老化過(guò)程中，由于瀝青不斷氧化，芳香分和飽和分逐漸流失，瀝青質(zhì)含量增大，溫度敏感性降低，橡膠瀝青老化后性能提高明顯。

由于瀝青在自然中老化主要是受自然環(huán)境中的光、氧、雨等的作用，為了進(jìn)一步探尋老化對(duì)瀝青的影響，我們將瀝青放入老化箱，進(jìn)行紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。從表3可以看出，幾組膠粉改性瀝青中以6%膠粉改性瀝青的針入度比最好，與旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)的結(jié)果相一致。

表3 膠粉改性瀝青紫外老化前后性能指標(biāo)

2.3 油膠比對(duì)粘度的影響

為了測(cè)試糠醛抽出油對(duì)膠粉改性瀝青粘度的影響，對(duì)制備的不同油膠比膠粉改性瀝青在冷卻后重新加熱至180 ℃，測(cè)試其180 ℃旋轉(zhuǎn)粘度，不同油膠比摻量下的旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，與糠醛抽出油對(duì)膠粉改性瀝青的針入度、延度影響類(lèi)似，隨著糠醛抽出油摻量的增加，膠粉改性瀝青的粘度出現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，但是這種趨勢(shì)隨著糠醛抽出油摻量繼續(xù)增大而不斷變緩慢?？啡┏槌鲇褪且环N高芳烴油，含有部分飽和烷烴和少量膠質(zhì)、瀝青質(zhì)，可與瀝青中的飽和分、瀝青質(zhì)互溶，改善瀝青質(zhì)的分散程度。它利用自身的結(jié)構(gòu)特性與瀝青發(fā)生物理溶脹，降低瀝青的粘滯性，增加流動(dòng)性，從而有效降低瀝青的粘度。由于糠醛抽出油中芳香組分相對(duì)較多，所以在較低油膠比時(shí)即表現(xiàn)出較好地降粘效果，當(dāng)油膠比摻量達(dá)到6%時(shí)，其粘度降低趨勢(shì)變緩，糠醛抽出油對(duì)瀝青的改變提升效果緩慢，過(guò)多的糠醛抽出油已經(jīng)不能顯著改變?yōu)r青的粘度，綜合糠醛抽出油摻量和降粘效果，糠醛抽出油摻量不宜超過(guò)6%。

2.4 油膠比對(duì)穩(wěn)定性的影響

傳統(tǒng)膠粉改性瀝青具有易離析的缺點(diǎn)，穩(wěn)定性較差，為此，對(duì)反應(yīng)罐上下部瀝青進(jìn)行離析軟化點(diǎn)差值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)雖有部分?jǐn)?shù)據(jù)偏離，但基本遵從隨油膠比提高而降低的情況。油膠比在4%時(shí)離析軟化點(diǎn)差值為3.8%，油膠比在6%時(shí)離析軟化點(diǎn)差值在1.9%～2.1%范圍區(qū)間，膠粉改性瀝青的穩(wěn)定性提高了一倍以上。膠粉改性瀝青經(jīng)過(guò)高溫加工制備成型后自然冷卻，由于成品儲(chǔ)罐體積較大，自然冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，膠粉未經(jīng)糠醛抽出油處理，與瀝青粘附性較差，膠粉顆粒自身密度又大于瀝青，故而會(huì)在重力的作用下不斷下沉，進(jìn)而出現(xiàn)儲(chǔ)罐下部橡膠比例較多，離析軟化點(diǎn)存在較大差別。可見(jiàn)，糠醛抽出油因其芳香烴等輕組分較多，膠粉可吸收其中的芳香烴產(chǎn)生預(yù)溶脹，對(duì)于提高與瀝青的融合起到了關(guān)鍵作用。

為了更加清楚的從圍觀性能上進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比，對(duì)普通膠粉改性瀝青和摻加6%油膠比的膠粉改性瀝青進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)比照片看出，普通膠粉改性瀝青表面凹凸不平，具有明顯的顆粒結(jié)構(gòu)，膠粉未完全溶脹，形成明顯的結(jié)團(tuán)，分散性差。而摻加糠醛抽出油的膠粉改性瀝青由于膠粉預(yù)選進(jìn)行溶脹，絕大多數(shù)膠粉能夠溶解在瀝青中，成為無(wú)明顯邊界的微觀物質(zhì)，顆粒分散比較均勻。膠粉的不均勻狀態(tài)對(duì)膠粉改性瀝青的性能將產(chǎn)生直接的影響，尤其是在高溫長(zhǎng)途運(yùn)輸過(guò)程中，分散較好地瀝青能夠保證綜合使用效果，分散較差地瀝青在抽提中即可發(fā)現(xiàn)明顯的顆粒感和離析現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

糠醛抽出油可提高膠粉改性瀝青的高低溫性能，使其軟化點(diǎn)、針入度、延度等性能滿(mǎn)足上面層的應(yīng)用需求，老化后針入度比和延度比顯著提高，表現(xiàn)出較好地抗老化性能，通過(guò)離析試驗(yàn)和SEM測(cè)試也分別證明了糠醛抽出油對(duì)于穩(wěn)定性的影響，綜合來(lái)看，使用20%摻量膠粉制備膠粉改性瀝青，建議糠醛抽出油摻量為膠粉的6%。