废胶粉改性沥青工艺对性能的影响

杨勇

摘要： 本次研究使用非常规方法在废胶粉改性沥青中添加糠醛抽出油，再与常规的添加方法的流变性能、高温性能、低温性能、老化性能宏观性能作对比，这种添加方法比常规方法制备出的废胶粉改性沥青布氏黏度更低，高温性能、低温性能、老化性能更加优异；在电子扫描显微镜下，这种方法分布更加均匀，形状更加统一。

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.

关键词： 糠醛抽出油；废胶粉改性沥青；宏观性能；微观性能

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

中圖分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0207-03

0 引言

在阜六铁路中有多座公路跨铁路的桥梁需要铺设沥青路面，应安徽省六安市公路局邀请，中铁二十四局集团江苏工程有限公司对废胶粉改性沥青进行研究。

“环保”已经成为工程中的重要话题，随着这种意识的发展，废胶粉改性沥青也在高速公路行业兴起。废胶粉改性沥青较基质沥青，高温性能、低温性能、老化性能等都有较大的提升，而且能够解决生活中的“黑色污染”。在废胶粉改性沥青不断发展中，也存在部分问题，如：废胶粉改性沥青在制作过程中散发出大量含硫有毒气体，相比SBS改性沥青高温性能不足，施工温度过高等。本文的目的是对废胶粉改性沥青的工艺进行研究，在工艺上对废胶粉改性沥青的性能就行补足，使废胶粉改性沥青拥有最佳的性能与工艺。

1 材料

1.1 废胶粉

本次试验所使用废胶粉基本性能指标如表1。

1.2 基质沥青

本次研究用于配置橡胶沥青的基质沥青采用的是东莞泰和沥青产品有限公司埃索70号基质沥青，经过检测其具体性能见表2。

1.3 糠醛抽出油

1.4 废胶粉改性沥青制备工艺介绍

本次试验主要有两种工艺：

工艺一：

①将基质沥青加热到170℃，保温1小时。

②将180℃基质沥青中加入20%（内掺）的废胶粉，先用玻璃棒搅拌5min，加入2.1%的糠醛抽出油（2.1%糠醛抽出油为内掺，取2%原因为工艺二中的废胶粉吸收糠醛抽出油的质量为总质量的2.1%），同时利用电磁炉加热至180℃。

③利用高速剪切仪剪切45min，控温（180℃）。

④剪切完毕后放入180℃烘箱中保温1小时。

工艺二：

①将糠醛抽出油加热至120℃，糠醛抽出油呈现为流体状态。

②将废胶粉加入120℃的糠醛抽出油中浸泡6小时，再使用汽油冲洗废胶粉，过滤，放入空气中晾干24小时。

③将基质沥青加热到170℃，保温1小时。

④将180℃基质沥青中加入20%（内掺）的废胶粉，先用玻璃棒搅拌5min，同时利用电磁炉加热至180℃。

⑤利用高速剪切仪剪切45min，控温（180℃）。

⑥剪切完毕后放入180℃烘箱中保温1小时。

2 宏观性能

2.1 流变性能

将两种工艺制备后的成品废胶粉改性沥青进135℃布氏粘度测试，其结果如表4。

分析废胶粉改性沥青两种工艺可知：

使用工艺一制备的废胶粉改性沥青布氏黏度比工艺二制备的废胶粉改性沥青布氏黏度大很多。主要是因为晾干的废胶粉改性沥青中吸收了少量的糠醛抽出油，在废胶粉浸泡在糠醛抽出油中时，废胶粉颗粒已经发生了吸收油分溶胀，因此，废胶粉改性沥青的布氏黏度也较常规的废胶粉改性沥青布氏黏度小。

2.2 高温性能

将两种工艺制备后的成品废胶粉改性沥青进行DSR试验，其结果如表5、图1。

分析表5与图1可知：

①车辙因子随温度升高而降低；

②四个温度下，工艺二的车辙因子大于工艺一的车辙因子。车辙因子与沥青路面的高温性能有所联系，美国SHARP计划认为，车辙因子越大，高温性能越好，因此，本文认为工艺二制备的成品废胶粉改性沥青的高温性能优于工艺一。

2.3 低温性能

将两种工艺制备后的成品原样废胶粉改性沥青进行BBR试验，其结果如表6、图2、图3。

分析表6与图2、图3可知：

①两种废胶粉改性沥青制备工艺都呈现一样的规律：温度越低，BBR试验m值越小，蠕变劲度越大。

②根据美国SHARP计划，m值小，蠕变劲度大的沥青，沥青低温性能越好，因此，工艺二呈现出的低温性能比工艺一优异。低温下，沥青变脆变硬，因此难以发生变形，在沥青路面上则表现为低温开裂，蠕变劲度越大，变形能力越差。工艺二中的废胶粉进行了与糠醛抽出油吸收结合的预处理，与沥青质结合更加融合，因此在低温下也能承受更大的变形，m值也就越大。

2.4 抗老化性能

本次抗老化性能测试使用的为紫外线老化，具体操作如下：

①将两者工艺的成品废胶粉改性沥青进行旋转薄膜烘箱老化（RTFOT），烘箱温度为163℃，保温5小时。

②將RTFOT后的沥青样品移至紫外线环境箱中，环境中为6根额定功率为40W的灯管，温度为25℃，照射7天。

③测试紫外线老化前后的针入度，软化点，车辙因子。

本文引入概念老化指数Ksi，Ksi评价老化性能的优劣，Ksi越接近于1，老化性能越好。

测试结果如表7～表9、图4、图5。

分析表7～表9与图4、图5可知：

①工艺二的针入度老化指数比工艺一小，更接近于1。

②工艺二的软化点老化指数比工艺一大，更接近于1。

③工艺二的老化前后车辙因子曲线比工艺一的更加接近。

综合说明，工艺二的抗紫外线老化能力比工艺一优异。改性沥青老化一般分为两个部分，一部分是改性剂的老化，另一部分是沥青的老化。在废胶粉改性沥青中，改性剂为废胶粉，工艺二的糠醛抽出油预处理废胶粉会使废胶粉颗粒外部裹一层糠醛抽出油，糠醛抽出油具有很好的抗老化能力，因此，废胶粉颗粒抗老化能力大大提高；此外，废胶粉掺入基质沥青中，含糠醛抽出油的废胶粉会有部分糠醛抽出油渗入基质沥青中，使基质沥青抗老化能力提升，废胶粉改性沥青抗老化能力提高。工艺一中，只是将糠醛抽出油加入基质沥青，基质沥青渗入废胶粉颗粒的分量较少，作用较工艺二也就大打折扣。

3 电子扫描显微镜（SEM）

本次研究通过电子显微镜放大1K倍观察微米级的废胶粉颗粒分布情况，主要目的是研究两种不同的工艺对废胶粉颗粒在改性沥青的分布情况与外貌特征进行探究。结果如图6、图7。

对比SEM图可知：图6中废胶粉颗粒大小不一，粒径相差较大，形状不规则，分散相对稀少；图7中废胶粉颗粒粒径较为统一，形状大多为圆形，无棱角，分散较为密集。从两幅图对比可知，工艺二的废胶粉剪切较为均匀，性能应该更加稳定。主要是由于糠醛抽出油在预处理时，已经将废胶粉浸泡，发生膨胀，在高速剪切仪的高速剪切下，废胶粉颗粒更加容易被磨碎，颗粒变得跟小，更容易分散，由于径厚比变大，导致基质沥青整体上的浸入深度更深，更多，废胶粉进一步膨胀，导致废胶粉颗粒棱角脱落，比工艺一改性程度更深。

4 结论

本文通过对两种工艺的流变性能、高温性能、低温性能、老化性能与SEM下废胶粉的分布情况进行研究，得出以下结论：①废胶粉糠醛抽出油预处理方式135℃布氏黏度更小，这意味着这种工艺所需要的施工温度更低；②废胶粉糠醛抽出油预处理方式较常规方法高温性能、低温性能、老化性能都更加优异；③在电子扫描显微镜下废胶粉糠醛抽出油预处理后的废胶粉分布更加均匀，粒径更小，形状更加统一。综上，废胶粉糠醛抽出油预处理方式比常规方法制备出的废胶粉改性沥青性能更加优异与稳定。

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