李國(guó)峰，陳 梅

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油與化學(xué)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(guó)峰，陳 梅

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油與化學(xué)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(shí)間為2 h，剪切時(shí)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(guò)改變膠粉的用量和膠粉的粒徑，研究了膠粉對(duì)改性瀝青性能的影響，探討了膠粉改性瀝青機(jī)理。結(jié)果表明：廢橡膠粉的摻入使瀝青的軟化點(diǎn)、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(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 我國(guó)高速公路也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于瀝青具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和防水性，因此被廣泛應(yīng)用在公路、機(jī)場(chǎng)和建筑等領(lǐng)域。然而，隨著公路交通量的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境條件的日益惡化，瀝青路面受到了嚴(yán)重的考驗(yàn)，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(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的主題。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［3-7］，廢橡膠粉具有改善瀝青路面質(zhì)量的特點(diǎn)，膠粉改性瀝青可以提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力，同時(shí)改善瀝青路面的高低溫性能和降低路面的噪音，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。

同時(shí)，我國(guó)是世界上的橡膠生產(chǎn)大國(guó)，廢舊輪胎的數(shù)量每年都在高速增長(zhǎng)，卻沒(méi)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(jià)格低廉、來(lái)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(guó)內(nèi)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(chǎn)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(lè)再生能源公司等廠家。但是改性瀝青的價(jià)格都非常的高，同時(shí)，生產(chǎn)水平和技術(shù)手段與國(guó)外相比也存在一定的差距，這嚴(yán)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(jià)格，提高改性的技術(shù)和方法，加快新疆地區(qū)高速公路的建設(shè)，非常有必要進(jìn)一步研究廢橡膠粉改性瀝青的課題。

本文通過(guò)在瀝青中添加廢橡膠粉進(jìn)行瀝青改性。進(jìn)行廢橡膠粉改性瀝青性能試驗(yàn)，研究了廢橡膠粉的用量變化和廢橡膠粉的粒徑變化對(duì)改性瀝青的軟化點(diǎn)、延度和針入度的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jī)理，最終確定了最佳的膠粉用量和膠粉粒徑。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要原料（表1）

表1　實(shí)驗(yàn)原料Table 1 Experimental materials

1.2主要儀器設(shè)備（表2）

表2　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備Table 2 Experimental equipments

1.3試樣制備

稱(chēng)取一定比例的廢膠粉、基質(zhì)瀝青和改性劑。先將基質(zhì)瀝青加熱到175 ℃以上，將稱(chēng)取的膠粉和改性劑依次緩慢徐徐加入瀝青中。攪拌半小時(shí)后，采用高速剪切乳化機(jī)對(duì)其進(jìn)行剪切，剪切速率為7 000 r/min，時(shí)間1.5 h，最后灌模。實(shí)驗(yàn)中采用丙三醇與滑石粉的混合物作脫模劑。

1.4性能測(cè)試

分別按 GB/T 4507-1999、GB/T 4509-1998、GB /T 4508-1999和 ASTM D6084-97進(jìn)行軟化點(diǎn)、針入度和延度性能測(cè)試。

瀝青的軟化點(diǎn)、延度和針入度的測(cè)試分別采用表1-2中的儀器進(jìn)行測(cè)試分析。

2　結(jié)果與討論

2.1實(shí)驗(yàn)配比

以廢橡膠粉的用量為變量，所用原料的實(shí)驗(yàn)配比見(jiàn)表3。

表3　所用原料的實(shí)驗(yàn)配比Table 3 The ratio of raw material used in the experiment

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.2.1廢橡膠粉的用量對(duì)改性瀝青性能的影響

在本次實(shí)驗(yàn)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(biāo)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(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)、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(diǎn)隨著廢膠粉用量的增大而增大，膠粉用量小于10%時(shí)，增加速度很快，但膠粉用量大于10%時(shí)，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(dāng)膠粉用量超過(guò)15%時(shí)，延度反而呈下降趨勢(shì)，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(shí)，降低速度很快，當(dāng)膠粉用量大于10%時(shí)，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(zhì)瀝青膠體中的分散相膠質(zhì)結(jié)合在一起而形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；同時(shí)，瀝青分子與膠粉中的橡膠結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的數(shù)量也有所増加，這相當(dāng)于在基質(zhì)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(diǎn)相應(yīng)增加而針入度相應(yīng)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(zhì)瀝青膠體中的分散相膠質(zhì)與廢橡膠粉粒子的結(jié)合達(dá)到了飽和，結(jié)合幾率減小，造成膠粉的分散程度開(kāi)始變差，從而在一定程度上削弱了膠粉改性瀝青的效應(yīng)，因此，改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延度逐漸呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢(shì)。應(yīng)該指出的是， 當(dāng)廢橡膠粉的用量增大到一定程度時(shí)，有部分廢橡膠粉就會(huì)在瀝青分散相中形成膠粉顆粒小集團(tuán)，對(duì)改性瀝青的軟化點(diǎn)和針入度不再具有提高作用，反而會(huì)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(yīng)該控制在15%左右。

2.2.2廢橡膠粉的粒徑對(duì)改性瀝青性能的影響

圖2　廢橡膠粉的粒徑對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)、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(yàn)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(diǎn)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(shí)，增大速度很快，當(dāng)膠粉的粒徑大于60目時(shí)，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(chǔ)存穩(wěn)定性和機(jī)械加工性與廢橡膠粉的粒徑有很大的關(guān)系，膠粉改性瀝青的物理性質(zhì)變化主要取決于膠粉粒徑的大小變化。這是因?yàn)閺U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(guò)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(huì)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(zhì)瀝青膠體中的分散相中將很難形成骨架結(jié)構(gòu)［14］，這樣膠粉改性的瀝青在高溫時(shí)就很容易流動(dòng)而變形，這樣就造成了改性瀝青的軟化點(diǎn)降低現(xiàn)象。因此，膠粉的粒徑不能太大也不能太小，綜合對(duì)改性瀝青三大指標(biāo)的考慮，應(yīng)該選擇的最佳的膠粉粒徑為80目。

3　結(jié) 論

（1）通過(guò)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(yàn)中，廢橡膠粉的用量會(huì)對(duì)改性瀝青的三大性能指標(biāo)產(chǎn)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(diǎn)越高、針入度越低，研究發(fā)現(xiàn)廢橡膠粉的用量應(yīng)在15%為最佳。

（2）廢橡膠粉的粒徑會(huì)對(duì)膠粉改性瀝青的性能產(chǎn)生一定的影響。綜合對(duì)瀝青三大指標(biāo)的考慮，在膠粉的粒徑為40～100目的范圍內(nèi)，應(yīng)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(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：XYZY2015YJ001。

2016-01-04

李國(guó)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(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：工業(yè)催化。