廢膠粉改性瀝青工藝對性能的影響

楊勇

摘要： 本次研究使用非常規(guī)方法在廢膠粉改性瀝青中添加糠醛抽出油，再與常規(guī)的添加方法的流變性能、高溫性能、低溫性能、老化性能宏觀性能作對比，這種添加方法比常規(guī)方法制備出的廢膠粉改性瀝青布氏黏度更低，高溫性能、低溫性能、老化性能更加優(yōu)異；在電子掃描顯微鏡下，這種方法分布更加均勻，形狀更加統(tǒng)一。

Abstract： This study uses unconventional methods of adding furfural extract oil in crumb rubber modified asphalt， then compares with the rheological properties， high temperature performance， low temperature performance and aging performance of the conventional method. Compared with the conventional method， this method has lower Brinell viscosity， and high temperature performance， low temperature performance and aging performance are more excellent. Under the scanning electron microscope， the distribution of this method is more even and the shape is more uniform.

關(guān)鍵詞： 糠醛抽出油；廢膠粉改性瀝青；宏觀性能；微觀性能

Key words： furfural extract oil；crumb rubber modified asphalt；macro properties；micro properties

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0207-03

0 引言

在阜六鐵路中有多座公路跨鐵路的橋梁需要鋪設(shè)瀝青路面，應(yīng)安徽省六安市公路局邀請，中鐵二十四局集團江蘇工程有限公司對廢膠粉改性瀝青進行研究。

“環(huán)?！币呀?jīng)成為工程中的重要話題，隨著這種意識的發(fā)展，廢膠粉改性瀝青也在高速公路行業(yè)興起。廢膠粉改性瀝青較基質(zhì)瀝青，高溫性能、低溫性能、老化性能等都有較大的提升，而且能夠解決生活中的“黑色污染”。在廢膠粉改性瀝青不斷發(fā)展中，也存在部分問題，如：廢膠粉改性瀝青在制作過程中散發(fā)出大量含硫有毒氣體，相比SBS改性瀝青高溫性能不足，施工溫度過高等。本文的目的是對廢膠粉改性瀝青的工藝進行研究，在工藝上對廢膠粉改性瀝青的性能就行補足，使廢膠粉改性瀝青擁有最佳的性能與工藝。

1 材料

1.1 廢膠粉

本次試驗所使用廢膠粉基本性能指標如表1。

1.2 基質(zhì)瀝青

本次研究用于配置橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青采用的是東莞泰和瀝青產(chǎn)品有限公司埃索70號基質(zhì)瀝青，經(jīng)過檢測其具體性能見表2。

1.3 糠醛抽出油

1.4 廢膠粉改性瀝青制備工藝介紹

本次試驗主要有兩種工藝：

工藝一：

①將基質(zhì)瀝青加熱到170℃，保溫1小時。

②將180℃基質(zhì)瀝青中加入20%（內(nèi)摻）的廢膠粉，先用玻璃棒攪拌5min，加入2.1%的糠醛抽出油（2.1%糠醛抽出油為內(nèi)摻，取2%原因為工藝二中的廢膠粉吸收糠醛抽出油的質(zhì)量為總質(zhì)量的2.1%），同時利用電磁爐加熱至180℃。

③利用高速剪切儀剪切45min，控溫（180℃）。

④剪切完畢后放入180℃烘箱中保溫1小時。

工藝二：

①將糠醛抽出油加熱至120℃，糠醛抽出油呈現(xiàn)為流體狀態(tài)。

②將廢膠粉加入120℃的糠醛抽出油中浸泡6小時，再使用汽油沖洗廢膠粉，過濾，放入空氣中晾干24小時。

③將基質(zhì)瀝青加熱到170℃，保溫1小時。

④將180℃基質(zhì)瀝青中加入20%（內(nèi)摻）的廢膠粉，先用玻璃棒攪拌5min，同時利用電磁爐加熱至180℃。

⑤利用高速剪切儀剪切45min，控溫（180℃）。

⑥剪切完畢后放入180℃烘箱中保溫1小時。

2 宏觀性能

2.1 流變性能

將兩種工藝制備后的成品廢膠粉改性瀝青進135℃布氏粘度測試，其結(jié)果如表4。

分析廢膠粉改性瀝青兩種工藝可知：

使用工藝一制備的廢膠粉改性瀝青布氏黏度比工藝二制備的廢膠粉改性瀝青布氏黏度大很多。主要是因為晾干的廢膠粉改性瀝青中吸收了少量的糠醛抽出油，在廢膠粉浸泡在糠醛抽出油中時，廢膠粉顆粒已經(jīng)發(fā)生了吸收油分溶脹，因此，廢膠粉改性瀝青的布氏黏度也較常規(guī)的廢膠粉改性瀝青布氏黏度小。

2.2 高溫性能

將兩種工藝制備后的成品廢膠粉改性瀝青進行DSR試驗，其結(jié)果如表5、圖1。

分析表5與圖1可知：

①車轍因子隨溫度升高而降低；

②四個溫度下，工藝二的車轍因子大于工藝一的車轍因子。車轍因子與瀝青路面的高溫性能有所聯(lián)系，美國SHARP計劃認為，車轍因子越大，高溫性能越好，因此，本文認為工藝二制備的成品廢膠粉改性瀝青的高溫性能優(yōu)于工藝一。

2.3 低溫性能

將兩種工藝制備后的成品原樣廢膠粉改性瀝青進行BBR試驗，其結(jié)果如表6、圖2、圖3。

分析表6與圖2、圖3可知：

①兩種廢膠粉改性瀝青制備工藝都呈現(xiàn)一樣的規(guī)律：溫度越低，BBR試驗m值越小，蠕變勁度越大。

②根據(jù)美國SHARP計劃，m值小，蠕變勁度大的瀝青，瀝青低溫性能越好，因此，工藝二呈現(xiàn)出的低溫性能比工藝一優(yōu)異。低溫下，瀝青變脆變硬，因此難以發(fā)生變形，在瀝青路面上則表現(xiàn)為低溫開裂，蠕變勁度越大，變形能力越差。工藝二中的廢膠粉進行了與糠醛抽出油吸收結(jié)合的預(yù)處理，與瀝青質(zhì)結(jié)合更加融合，因此在低溫下也能承受更大的變形，m值也就越大。

2.4 抗老化性能

本次抗老化性能測試使用的為紫外線老化，具體操作如下：

①將兩者工藝的成品廢膠粉改性瀝青進行旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化（RTFOT），烘箱溫度為163℃，保溫5小時。

②將RTFOT后的瀝青樣品移至紫外線環(huán)境箱中，環(huán)境中為6根額定功率為40W的燈管，溫度為25℃，照射7天。

③測試紫外線老化前后的針入度，軟化點，車轍因子。

本文引入概念老化指數(shù)Ksi，Ksi評價老化性能的優(yōu)劣，Ksi越接近于1，老化性能越好。

測試結(jié)果如表7～表9、圖4、圖5。

分析表7～表9與圖4、圖5可知：

①工藝二的針入度老化指數(shù)比工藝一小，更接近于1。

②工藝二的軟化點老化指數(shù)比工藝一大，更接近于1。

③工藝二的老化前后車轍因子曲線比工藝一的更加接近。

綜合說明，工藝二的抗紫外線老化能力比工藝一優(yōu)異。改性瀝青老化一般分為兩個部分，一部分是改性劑的老化，另一部分是瀝青的老化。在廢膠粉改性瀝青中，改性劑為廢膠粉，工藝二的糠醛抽出油預(yù)處理廢膠粉會使廢膠粉顆粒外部裹一層糠醛抽出油，糠醛抽出油具有很好的抗老化能力，因此，廢膠粉顆?？估匣芰Υ蟠筇岣?；此外，廢膠粉摻入基質(zhì)瀝青中，含糠醛抽出油的廢膠粉會有部分糠醛抽出油滲入基質(zhì)瀝青中，使基質(zhì)瀝青抗老化能力提升，廢膠粉改性瀝青抗老化能力提高。工藝一中，只是將糠醛抽出油加入基質(zhì)瀝青，基質(zhì)瀝青滲入廢膠粉顆粒的分量較少，作用較工藝二也就大打折扣。

3 電子掃描顯微鏡（SEM）

本次研究通過電子顯微鏡放大1K倍觀察微米級的廢膠粉顆粒分布情況，主要目的是研究兩種不同的工藝對廢膠粉顆粒在改性瀝青的分布情況與外貌特征進行探究。結(jié)果如圖6、圖7。

對比SEM圖可知：圖6中廢膠粉顆粒大小不一，粒徑相差較大，形狀不規(guī)則，分散相對稀少；圖7中廢膠粉顆粒粒徑較為統(tǒng)一，形狀大多為圓形，無棱角，分散較為密集。從兩幅圖對比可知，工藝二的廢膠粉剪切較為均勻，性能應(yīng)該更加穩(wěn)定。主要是由于糠醛抽出油在預(yù)處理時，已經(jīng)將廢膠粉浸泡，發(fā)生膨脹，在高速剪切儀的高速剪切下，廢膠粉顆粒更加容易被磨碎，顆粒變得跟小，更容易分散，由于徑厚比變大，導(dǎo)致基質(zhì)瀝青整體上的浸入深度更深，更多，廢膠粉進一步膨脹，導(dǎo)致廢膠粉顆粒棱角脫落，比工藝一改性程度更深。

4 結(jié)論

本文通過對兩種工藝的流變性能、高溫性能、低溫性能、老化性能與SEM下廢膠粉的分布情況進行研究，得出以下結(jié)論：①廢膠粉糠醛抽出油預(yù)處理方式135℃布氏黏度更小，這意味著這種工藝所需要的施工溫度更低；②廢膠粉糠醛抽出油預(yù)處理方式較常規(guī)方法高溫性能、低溫性能、老化性能都更加優(yōu)異；③在電子掃描顯微鏡下廢膠粉糠醛抽出油預(yù)處理后的廢膠粉分布更加均勻，粒徑更小，形狀更加統(tǒng)一。綜上，廢膠粉糠醛抽出油預(yù)處理方式比常規(guī)方法制備出的廢膠粉改性瀝青性能更加優(yōu)異與穩(wěn)定。

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