兩種膠粉混用對(duì)橡膠瀝青常規(guī)性能及儲(chǔ)存穩(wěn)定性研究

郭豪 張化川

摘 要：使混合脫硫膠粉與普通膠粉制備橡膠瀝青，測(cè)定其布氏粘度、軟化點(diǎn)、針入度、5℃延度、軟化點(diǎn)差。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)普通膠粉與脫硫膠粉各自摻量適當(dāng)時(shí)，膠粉溶脹發(fā)育可以形成良好的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，得到各項(xiàng)性能較好的橡膠瀝青。

關(guān)鍵詞：脫硫膠粉;普通膠粉;摻量;性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.057

1 緒論

將廢舊輪胎橡膠制成橡膠粉加入基質(zhì)瀝青中，可以改善瀝青的高低溫性能和路面質(zhì)量[1]，橡膠瀝青高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性差橡膠顆粒容易離析[2-4]，但脫硫膠粉在瀝青中分散的細(xì)而均勻，儲(chǔ)存穩(wěn)定性較好[5]。李海濱認(rèn)為脫硫橡膠粉溶脹充分，有大量的化學(xué)反應(yīng)形成的脫硫橡膠瀝青粘度顯著降低，有利于施工的拌合和碾壓，同時(shí)還改善了相容性提高了儲(chǔ)存穩(wěn)定性性能[6]。何亮等則認(rèn)為在高溫儲(chǔ)存情況下，脫硫橡膠瀝青穩(wěn)定性較差、高溫性能和抗老化性能不如普通橡膠瀝青[7-8]。脫硫橡膠粉通過(guò)將硫化膠粉的S-S鍵和C-S鍵打斷，將膠粉原有的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成小分子的線性結(jié)構(gòu)，且在C-C鍵的主鏈上存在很多由于S-S鍵和C-S鍵斷裂的形成的活性基團(tuán)[9]。

而脫硫膠粉由于脫硫作用，其分子量遠(yuǎn)不如普通膠粉，故脫硫膠粉分子量在普通膠粉分子量與基質(zhì)瀝青分子量之間，使膠粉、脫硫膠粉、基質(zhì)瀝青三者形成分子量的連續(xù)狀態(tài)，從而增加其相容性。

2 試驗(yàn)材料及方案

本實(shí)驗(yàn)使用的脫硫膠粉為化學(xué)脫硫所制得，通過(guò)使用常規(guī)的橡膠填充油和某種脫硫劑進(jìn)行脫硫。由于脫硫作用膠粉已聚集成團(tuán)狀，已經(jīng)不是以粉末狀形式存在，但在改性過(guò)程中很快溶解。

將基質(zhì)瀝青加熱至180℃，加入膠粉，用攪拌機(jī)混合攪拌5min，然后用高速剪切機(jī)在180℃下高速剪切（5000r/min）5min，最后用攪拌機(jī)低速攪拌發(fā)育60min，攪拌速度在300-600r/min，具體轉(zhuǎn)速為保證橡膠瀝青攪拌過(guò)程中充分拌合。

選用40目膠粉，25%膠粉摻量的普通橡膠瀝青為基礎(chǔ)進(jìn)行脫硫膠粉和普通膠粉混合改性瀝青的研究。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在確定膠粉總摻量為25%不變的情況下，變化普通膠粉與脫硫膠粉之前的摻量，普通膠粉：脫硫膠粉比例分別是85%：15%、70%：30%、50%：50%，即脫硫膠粉占總膠粉的15%、30%、50%。其布氏粘度、軟化點(diǎn)、針入度、5℃延度、軟化點(diǎn)差試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

在膠粉總含量不變?yōu)?5%時(shí)，隨著脫硫膠粉所占比例的增加，其布氏粘度降低，且下界幅度較大，當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉50%時(shí)，與未摻脫硫膠粉相比布氏粘度下降74%;軟化點(diǎn)也隨著脫硫膠粉所占比例的增加而下降，當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉50%時(shí)，與未摻脫硫膠粉相比軟化點(diǎn)下降16%;25℃針入度隨著脫硫膠粉所占比例的增加而增加，且增加幅度也隨之增大，當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉50%時(shí)，與未摻脫硫膠粉相比針入度增大33%;5℃延度在脫硫膠粉摻量占總膠粉0-30%，隨著脫硫膠粉的增加其延度增加，當(dāng)脫硫膠粉摻量占總膠粉30-50%，隨著脫硫膠粉的增加其延度減小，當(dāng)脫硫膠粉摻量占總膠粉摻量30%時(shí)，與未摻脫硫膠粉的橡膠瀝青相比延度增大13%;軟化點(diǎn)差在脫硫膠粉摻量占總膠粉0-30%，隨著脫硫膠粉的增加其軟化點(diǎn)差減小，當(dāng)脫硫膠粉摻量占總膠粉30-50%，隨著脫硫膠粉的增加其軟化點(diǎn)差急劇變大，當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉30%時(shí)，與未摻脫硫膠粉相比軟化點(diǎn)差減小40%。

由于脫硫膠粉結(jié)構(gòu)為鏈狀，容易降解成小分子，雖進(jìn)行溶脹反應(yīng)但基本上沒(méi)有橡膠顆粒核心，而且普通膠粉還隨之減少，則橡膠瀝青中輕質(zhì)組分含量較高，故布氏粘度、軟化點(diǎn)降低，針入度增加。因?yàn)槊摿蚰z粉化學(xué)性質(zhì)活潑且分子量于普通膠粉與基質(zhì)瀝青之間，故橡膠瀝青形成相容性較高且相態(tài)均勻的體系，5℃延度增加，軟化點(diǎn)差減小，但是當(dāng)脫硫膠粉含量較高，普通膠粉含量較低時(shí)，脫硫膠粉的降解造成瀝青中輕質(zhì)組分過(guò)多，普通膠粉不能形成穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，三者間不能形成均勻的相態(tài)，故橡膠顆粒容易離析，所以5℃延度降低，軟化點(diǎn)差急劇增大。

以上實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)總膠粉摻量為25%時(shí)，脫硫膠粉占總膠粉30%，各項(xiàng)性能較好，此時(shí)控制普通膠粉的摻量繼續(xù)添加脫硫膠粉，由于總膠粉摻量為100g（基質(zhì)瀝青400g），則看成100份，將脫硫膠粉增加至40份、50份（膠粉總質(zhì)量分別變成110g、120g）。探究其橡膠瀝青性能變化。其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

當(dāng)膠粉摻量不變時(shí)（為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的17.5%），隨著脫硫膠粉的增加，橡膠瀝青的布氏粘度下降，當(dāng)脫硫膠粉為50份（為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的12.5%）時(shí)，與脫硫膠粉為30份（為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的7.5%）時(shí)相比其布氏粘度下降19%，對(duì)于與上一組試驗(yàn)粘度下降74%相比，下降幅度較小;軟化點(diǎn)也隨著脫硫膠粉份數(shù)的增加而下降，下降幅度極小，約為3%;針入度隨著脫硫膠粉份數(shù)的增加而變大，增大約為10%;5℃延度隨著脫硫膠粉的增加而減小，減小幅度極小，約為3%;但是軟化點(diǎn)差隨著脫硫膠粉的增加極具變大，增加51%。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，隨著脫硫膠粉的繼續(xù)增加，脫硫膠粉雖然溶脹吸收輕質(zhì)組分，但脫硫膠粉降解形成了大量的小分子物質(zhì)，小分子物質(zhì)形成輕質(zhì)組分，造成粘度、軟化點(diǎn)下降，針入度變大。由于輕質(zhì)組分過(guò)多，膠粉間的凝膠膜不能有效的接觸形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，橡膠瀝青不能形成穩(wěn)定的相態(tài)，橡膠顆粒容易離析，所以5℃延度降低，軟化點(diǎn)差增大。

4 結(jié)論

（1）當(dāng)總膠粉摻量（膠粉質(zhì)量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的25%）不變時(shí)，隨著脫硫膠粉所占總膠粉比例的增加，橡膠瀝青的粘度、軟化點(diǎn)減小，針入度變大。當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉質(zhì)量的0-30%之間，橡膠瀝青的5℃延度增加，軟化點(diǎn)差減小;當(dāng)脫硫膠粉占總膠粉質(zhì)量的30-50%之間，橡膠瀝青的5℃延度減小，軟化點(diǎn)差增大。