橡塑改性沥青的研究

任瑞波，张春茹

山东建筑大学交通工程学院

橡塑改性沥青的研究

任瑞波，张春茹

山东建筑大学交通工程学院

针对同一沥青，不同改性剂的橡塑沥青，采用理论和试验相结合的方法，通过常规指标、SHRP动态剪切流变DSR试验研究其性能。运用荧光显微镜和原子力显微镜分析微观形态，研究改性剂对于橡塑沥青的影响。

橡塑沥青；动态剪切流变试验；性能；微观形态

0 引言

近年来，由于废旧塑料、废旧轮胎堆积造成的环境污染问题引起广泛关注。将两者合成一种新型的改性剂，既可以减少环境污染，也可以提高混合料的路用性能，针对橡塑沥青，采用理论与实际相结合的方法，研究改性剂对橡塑沥青的性能影响，通过荧光显微镜、原子力显微镜研究橡塑沥青的微观形态，进而指导橡塑沥青生产。

1 橡塑改性沥青的制备

1.1 基质沥青

实验采用的基质沥青为70#道路石油沥青，其测试结果见表1。

表1.基质沥青的性能指标

1.2 橡塑合金改性剂

本文采用三种不同比例的橡塑合金改性剂【2】，即橡胶、塑料的比例分别为5：5、6：4、7：3。这三种改性剂分别简称为A型改性剂、B型改性剂和C型改性剂，相应的改性沥青统称为A型橡塑改性沥青、B型橡塑改性沥青和C型橡塑改性沥青。

1.3 实验室制备

制备橡塑改性沥青，首先用烘箱将沥青加热到130℃左右，再将沥青放置到高速剪切机上，加热到185℃-190℃之间，添加改性剂，剪切转速为3500-4000R/min，剪切时间为60min。

2 橡塑改性沥青性能分析

2.1 橡塑沥青性能研究

将三类改性剂添加到基质沥青中制备改性沥青，本文研究橡塑沥青的常规指标：针入度、软化点、延度和60℃粘度。

本文对三种不同比例的橡塑改性沥青进行动态剪切流变试验，测定其G*、G*/sin（δ）、δ、G*sinδ。试验采用应变控制模式加载，其中控制应变值为12%，频率为10rad/s，试验温度为64℃、70℃、76℃、82℃、88℃。其中，沥青试样在高温下的G*、(G*/sinδ)、δ、G*sinδ与DSR试验温度的关系分析可知：

（1）从相位角分析成品试样：δ值越大，表明材料的粘性成分越大，弹性成分越小。对于这三种材料，在高温区域δ随着温度的升高而增加，说明材料随着温度的升高逐渐趋于粘性材料。

（2）从车辙因子分析试样：G*/sinδ用来评价沥青的高温特性，其中G*/sinδ越大，沥青在高温时的耗能越小，即抗车辙能力越强。对于三种橡塑沥青，抗车辙能力为A＞B＞C。A型和B型橡塑沥青的低温性能却没有C型橡塑沥青好。

（3）从疲劳因子分析试样：沥青的疲劳性能指标采用G*sinδ评价，较小的G*sinδ数值代表较好的疲劳性能。SHRP规范规定，DSR试验的G*sinδ应满足不超过5000kPa的要求。

综上可知C型橡塑改性沥青抗疲劳性能较好。

3 橡塑改性沥青的微观形态分析

橡塑改性剂溶胀到基质沥青中，将改性剂的性能传递到基质沥青中，提高沥青的性能。通过观察改性剂在沥青中的分布、形态，可以有效地评价改性沥青，是研究沥青改性的有效手段。

3.1 荧光显微镜分析

对于制作好的试样，用荧光显微镜观察改性剂在沥青中的分布。橡塑改性剂都是以微米级的颗粒分布在沥青相中。改性剂溶胀在沥青中呈现团状或絮状分布，与沥青互穿形成稳定的网络结构。相比较而言，C型改性剂的粒子最小、分布均匀、形态相似，能够和沥青形成较好的空间结构。因此C型橡塑改性沥青的稳定性更好。

3.2 原子力显微镜分析

本文采用原子力显微镜研究改性后沥青的微观形态，分析橡塑改性沥青的相容性。经对比，基质沥青的二维图片的外观形态比较平整，三维图像有较多均匀的齿状凸起。可以看出，C型橡塑沥青的改性剂分布比较均匀，改性剂的尺寸相对较小。即改性剂与基质沥青的接触面积大，与沥青结合紧密，能形成较稳定的空间网络结构。综合分析，C型橡塑沥青的相容性较好。

4 结论

针对一种特定的基质沥青，将由不同比例的橡胶和塑料合成的橡塑改性剂添加到基质沥青中，其中C型橡塑沥青的高温性能和疲劳性能相对较好。通过对橡塑沥青微观形态的检测可知7：3型橡塑合金改性剂在沥青中呈团状分布，且分布比较均匀。改性剂与沥青形成了连续相与沥青互穿，增加了两者之间的作用力，使得改性沥青性能更加稳定。从改性效果来看，C型改性剂在沥青中的颗粒最小，分布均匀，沥青改性效果和相容性最好。

[1]交通部重庆公路科学研究所.美国公路战略研究计划(SHRP)沥青研究项目[R].重庆：交通部重庆公路科学研究所,1995.

[2]郭淑华.改性剂对改性沥青性能影响的综合评价[J].石油沥青,2002.(4).

[3]康爱红,张吴红,孙立军.改性沥青荧光显微观测样本制备方法[J]四川大学学报：工程科学版,2012,44(2)：154-158.

[4]熊萍，郝培文.SBS聚合物改性沥青技术性能及其微观形态[J].重庆交通学院学报,2007（6）：48-54.