橡膠瀝青制備工藝參數(shù)及改性機(jī)理研究

薛哲 +喬云雁+宋莉芳 陸晶晶 陳華鑫

摘要：為了確定橡膠瀝青合理的制備工藝參數(shù)，通過常規(guī)試驗(yàn)和SHRP試驗(yàn)研究瀝青的反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、膠粉摻量及膠粉粒徑對橡膠瀝青高溫、低溫及黏彈性能的影響，并結(jié)合微觀試驗(yàn)分析橡膠瀝青改性機(jī)理。結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度為180 ℃～200 ℃、反應(yīng)時間為90～120 min、膠粉摻量為20%、膠粉粒徑為40目時，制備橡膠瀝青比較適宜；橡膠瀝青以物理共混為主，存在微弱的化學(xué)反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青；制備工藝；微觀分析；改性機(jī)理

中圖分類號：U414文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Study on Effect of Preparation Process Parameters on Performance of Rubberized Asphalt and Mechanism of Modification

XUE Zhe1， QIAO Yunyan1，SONG Lifang1， LU Jingjing2， CHEN Huaxin1

（1. School of Materials Science and Engineering， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；

2. CCCC First Highway Consultants Co.， Ltd.， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to determine reasonable parameters for the preparation process of rubberized asphalt， regular tests and SHRP tests were applied to study the effect of the reaction temperature， reaction time， powder content and particle size on high temperature， low temperature and viscoelastic properties of rubberized asphalt. And the mechanism of modification was studied by microscopic analysis. The results show that the optimal preparation parameters are detailed as follows： the reaction temperature is 180 ℃200 ℃， reaction time is 90120 min， powder content is 20% and the particle size is 40 meshes； rubberized asphalt is mainly physical blending， accompanied by a weak chemical reaction.

Key words： rubberized asphalt； preparation process； microscopic analysis； modification mechanism

0引言

橡膠瀝青是將橡膠顆粒加入到基質(zhì)瀝青中，發(fā)生熔脹反應(yīng)后形成的改性瀝青膠結(jié)料，其路用性能良好，近年來是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[14]。國外橡膠瀝青的使用經(jīng)驗(yàn)表明，橡膠瀝青具有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐疲勞等優(yōu)點(diǎn)，Shen J和Putman B J研究提出了橡膠瀝青的改性過程同時發(fā)生吸收反應(yīng)（IE）和顆粒填充（PE）作用。國內(nèi)很多學(xué)者對橡膠瀝青也進(jìn)行了大量研究，但所得結(jié)論卻不盡相同，主要是因?yàn)橛绊懴鹉z瀝青性能的因素有很多，如膠粉類型、改性工藝以及基質(zhì)瀝青品種不同等[511]。因此，需要對橡膠瀝青工藝參數(shù)做全面深入的研究。

本文通過常規(guī)試驗(yàn)和SHRP試驗(yàn)研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、膠粉摻量和膠粉粒徑等對橡膠瀝青高溫、低溫和黏彈性能的影響，并結(jié)合紅外光譜試驗(yàn)、熱重分析、熒光顯微鏡研究橡膠瀝青的改性機(jī)理，以確定最佳的橡膠瀝青改性工藝參數(shù)，為橡膠瀝青制備工藝的確定提供指導(dǎo)和參考依據(jù)。

1原材料

1.1瀝青

采用埃索AS70#和AS90#基質(zhì)瀝青，其各項(xiàng)性能指標(biāo)見表1。

以上結(jié)果表明，隨反應(yīng)溫度的升高，橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和抗車轍因子均呈下降趨勢，這是因?yàn)橄鹉z瀝青在加熱初期以溶脹反應(yīng)為主，但隨著溫度升高，橡膠顆粒脫硫和裂解反應(yīng)加劇，使橡膠瀝青內(nèi)部相互作用力減弱，高溫穩(wěn)定性下降。黏度隨溫度的升高呈先上升后下降趨勢，這是因?yàn)闇囟壬邥铀倌z粉吸收瀝青中輕質(zhì)組分且發(fā)生溶脹，但高于200 ℃后橡膠顆粒降解反應(yīng)明顯加劇，橡膠瀝青交聯(lián)作用降低，黏稠度下降。橡膠瀝青的低溫延度值隨溫度升高逐漸增大，這是由于膠粉脫硫和裂解作用使其粒徑減小，不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時裂解反應(yīng)又使溶于瀝青中的橡膠小分子鏈段增多，橡膠瀝青低溫柔韌性增強(qiáng)[1215]。AS70#和AS90#橡膠瀝青分別在200 ℃～210 ℃和210 ℃～220℃時彈性恢復(fù)特性表現(xiàn)最佳。如果對彈性恢復(fù)要求較高，建議AS70#橡膠瀝青反應(yīng)溫度低于200 ℃，AS90#橡膠瀝青反應(yīng)溫度低于210 ℃。實(shí)際工程應(yīng)用中橡膠瀝青的反應(yīng)溫度一般高于180 ℃，因此建議采用180 ℃～200 ℃作為橡膠瀝青反應(yīng)溫度。

2.2反應(yīng)時間

反應(yīng)時間與溫度是制備工藝中2個相互制約的因素，為研究反應(yīng)時間對橡膠瀝青性能的影響，選取反應(yīng)時間為60～180 min，采用20目膠粉，膠粉摻量為20%，反應(yīng)溫度為200 ℃～210 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見表3。endprint