呂文姝，王金勤，藺習(xí)雄，彭煜

（1.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院，克拉瑪依 834000；2.中石油云南石化有限公司，昆明 650000）

目前，我國(guó)對(duì)橡膠瀝青的研究已自成體系。21世紀(jì)初，在國(guó)內(nèi)多家高校及專業(yè)化企業(yè)的推動(dòng)下，更是加速了橡膠瀝青的研發(fā)，這些研究表明，廢橡膠粉能夠有效改善瀝青及混合料的低溫性能，但是對(duì)高溫性能的改善有限[1-4]。提高橡膠粉的加入量可以進(jìn)一步的改善路面性能同時(shí)能降低路面施工成本，但是高摻量的橡膠瀝青黏度非常大，會(huì)增大施工難度。因此越來(lái)越多的研究開(kāi)始向復(fù)合改性瀝青方面發(fā)展。廢舊塑料的污染問(wèn)題同廢舊橡膠一樣尤為嚴(yán)重，眾多學(xué)者努力嘗試將廢舊塑料加入到瀝青中，發(fā)現(xiàn)廢舊塑料可以較大程度上改善瀝青高溫性，且在一定程度上減少路面低溫開(kāi)裂現(xiàn)象，但與瀝青的相容性差[5-6]。本研究以克拉瑪依瀝青為基質(zhì)瀝青，綜合廢橡膠粉和廢舊聚乙烯的各自優(yōu)勢(shì)對(duì)瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，考察最合適的改性劑配比，以期制備出同時(shí)兼?zhèn)鋬煞N改性劑優(yōu)點(diǎn)的橡塑復(fù)合改性瀝青。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為克拉瑪依70# 瀝青。40 目廢輪胎脫硫膠粉、廢舊聚乙烯和SBS為改性劑，改性助劑由實(shí)驗(yàn)室自制。其中，基質(zhì)瀝青和廢輪胎脫硫膠粉的基本性能分別見(jiàn)表1、2。

表1 基質(zhì)瀝青基本性質(zhì)

表2 膠粉技術(shù)指標(biāo)

1.2 樣品的制備

將500 g 基質(zhì)瀝青和一定量的油性外摻劑加熱到170～180 ℃，高速攪拌剪切下加入一定量的廢橡膠粉和SBS，達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，再加入一定量的廢舊聚乙烯和自制的反應(yīng)助劑，在一定溫度下恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)一定時(shí)間，得到橡塑復(fù)合改性瀝青樣品。綜合剪切效果和剪切機(jī)允許負(fù)荷，選擇剪切機(jī)轉(zhuǎn)速為5 000～6 000 r/min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 改性劑的加入量對(duì)瀝青的影響

廢橡膠粉、廢舊聚乙烯對(duì)改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度的影響見(jiàn)圖1～3。從圖1可以看出：隨著橡膠粉添加量的增加，針入度也隨之增大。這是由于由于橡膠粉的加入，使得瀝青膠體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步向溶凝膠型及凝膠型結(jié)構(gòu)發(fā)育，改變了原有瀝青組分結(jié)構(gòu)，從而使得針入度增加；當(dāng)廢舊聚乙烯加入量增加，改性瀝青的針入度下降幅度很大，這是由于聚乙烯的增加，瀝青體系結(jié)構(gòu)變化，整體變硬，使得針入度減小。

從圖2可以看出：隨著橡膠粉添加量的增加，改性瀝青軟化點(diǎn)也隨之緩慢增加。橡膠瀝青主要由溶脹后的橡膠顆粒和瀝青組成，橡膠顆粒之間沒(méi)有強(qiáng)的化學(xué)粘結(jié)，隨著橡膠粉的增加，吸收瀝青中輕質(zhì)組分后的橡膠顆粒逐漸增多，顆粒間相互靠攏、搭接，使得原有瀝青組分的結(jié)構(gòu)更加緊密，軟化點(diǎn)越來(lái)越大；當(dāng)廢舊聚乙烯的加入量提高，改性瀝青的軟化點(diǎn)明顯升高。有研究指出，130 ℃以上的聚乙烯顆粒呈線性聚合物的特性[7]。聚乙烯在熔融狀態(tài)下與瀝青中的輕質(zhì)組分相互融合吸收，形成較之前更加嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)，最終改性瀝青的高溫性能顯著改善。

由圖3可見(jiàn)，橡膠粉的加入對(duì)改性瀝青的低溫性能有所改善。說(shuō)明橡膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生溶脹，再經(jīng)過(guò)充分地?cái)嚢杓羟泻?，形成均勻分散體系，具有較好的延展性。當(dāng)廢橡膠粉添加量從7%提高至10%時(shí)，改性瀝青的延度增加趨勢(shì)越來(lái)越緩和，這是因?yàn)殡S著橡膠粉的增加，單位體積內(nèi)的橡膠顆粒越來(lái)越多，逐漸達(dá)到飽和，所以對(duì)于延度的影響力逐漸減小，增加趨勢(shì)變緩；聚乙烯的加入對(duì)改性瀝青的影響與橡膠粉截然相反，隨著聚乙烯的增加，改性瀝青的延度顯著減小，這是由聚乙烯性質(zhì)決定的，在低溫狀態(tài)下，聚乙烯的抗變形能力大大減弱，加入到瀝青中，與瀝青輕質(zhì)組分相互融合后形成的結(jié)構(gòu)在5 ℃時(shí)脆性大大增強(qiáng)，因此聚乙烯的量越多，融合后的改性瀝青在5 ℃的情況下拉伸試件越容易斷裂。

圖1 改性劑的摻入量對(duì)改性瀝青針入度的影響

圖2 改性劑的摻入量對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響

圖3 改性劑摻入量對(duì)改性瀝青延度的影響

采用橡膠粉對(duì)瀝青進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)其對(duì)瀝青的高低溫性能均有所改善，綜合來(lái)看，選擇橡膠粉的用量為7%為宜。廢舊聚乙烯對(duì)瀝青的影響程度大于橡膠粉，故需要在添加橡膠粉的基礎(chǔ)上再次考察廢舊聚乙烯對(duì)改性瀝青的影響。

2.2 確定廢舊聚乙烯的加入量

在7%橡膠粉、3%SBS 的基礎(chǔ)上，改變廢舊聚乙烯摻量，考察其對(duì)改性瀝青的影響。為改善改性瀝青的穩(wěn)定性，在改性瀝青中適當(dāng)添加SBS，借助SBS 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，來(lái)限制橡膠粉顆粒和聚乙烯在瀝青中的移動(dòng)，從而提高改性瀝青的各項(xiàng)性能，見(jiàn)圖4～6。

圖4 廢舊聚乙烯加入量對(duì)瀝青針入度的影響

圖5 廢舊聚乙烯加入量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

圖6 廢舊聚乙烯加入量對(duì)瀝青延度的影響

由圖4可見(jiàn)，隨著廢舊聚乙烯加入量的增加，改性瀝青針入度也隨之減小，當(dāng)廢舊聚乙烯的加入量從1%到3%時(shí)，改性瀝青的針入度下降趨勢(shì)減緩。由圖5可以看出，隨著廢舊聚乙烯加入量的增加，改性瀝青軟化點(diǎn)逐漸升高，在廢舊聚乙烯的加入量由1%增加至3%時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)上升趨勢(shì)變緩。從圖6可以看出，廢舊聚乙烯加入量對(duì)改性瀝青延度的影響與其對(duì)針入度的影響基本保持一致，也是隨著廢舊聚乙烯的增加延度減小，在廢舊聚乙烯的加入量由1%增加至3%時(shí)，改性瀝青延度的下降趨勢(shì)變緩。綜合圖4～6 來(lái)看，在SBS、橡膠粉存在的情況下，在瀝青中添加廢舊聚乙烯改善了改性瀝青的高溫性能。當(dāng)橡膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)組分溶脹后，形成的均勻分散體系改善了瀝青的低溫性能；在添加廢舊聚乙烯后，其同樣與瀝青中的輕質(zhì)組分相互融合，再與橡膠顆粒形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互重組，形成了新的結(jié)構(gòu)，SBS 的存在適當(dāng)加固了橡膠顆粒和聚乙烯形成的新結(jié)構(gòu)，從而改善了改性瀝青的高溫性能。而當(dāng)廢舊聚乙烯繼續(xù)增加，又因?yàn)闉r青中的輕質(zhì)組分?jǐn)?shù)量有限，造成瀝青中的橡膠顆粒和聚乙烯達(dá)到飽和，因此對(duì)改性瀝青的影響逐漸減緩。綜上所述，最適宜的改性劑添加量為：SBS 3%，橡膠粉7%，廢舊聚乙烯1%。

2.3 復(fù)合改性瀝青性質(zhì)

采用3%的SBS，7%的廢橡膠粉和1%的廢舊聚乙烯對(duì)克拉瑪依70#瀝青進(jìn)行改性，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 橡塑復(fù)合改性瀝青性質(zhì)

從表3可以看出，以3%的SBS、7%的廢橡膠粉和1%的廢舊聚乙烯制備的橡塑復(fù)合改性瀝青，關(guān)鍵分析指標(biāo)基本可以達(dá)到SBS（I-D）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且高低溫性能均有一定的改善。

由于改性瀝青的助劑、試驗(yàn)條件、各種類型的塑料等因素影響，橡塑復(fù)合改性瀝青的結(jié)果還有許多可能，因此對(duì)于橡塑復(fù)合改性瀝青的研究有待試驗(yàn)室進(jìn)一步深入。

3 結(jié)論

a）研究了橡膠粉和廢舊聚乙烯對(duì)瀝青的改性情況，據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化出最適宜的添加量：3%的SBS，7%的廢橡膠粉，1%的廢舊聚乙烯。

b）以最適宜的改性劑加入量制備的橡塑復(fù)合改性瀝青的關(guān)鍵數(shù)據(jù)基本可以達(dá)到SBS（I-D）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明廢橡膠粉和廢舊聚乙烯可以有效改善克拉瑪依瀝青的高低溫性能。