废胎胶粉改性沥青性能研究_图文

1、第28卷第6期重庆交通大学学报(自然科学版Vo.l 28 N o .62009年12月J OURNAL OF C HONGQ I NG JI AOTONG UN I VER SI TY (NATURAL SC IE N CEDec .2009废胎胶粉改性沥青性能研究收稿日期:2009-10-01;修订日期:2009-11-02基金项目:交通部西部交通建设科技项目(20070130052作者简介:何兆益(1965-,男,云南昭通人,教授,博士生导师,从事道路材料与结构研究工作。E -m a i:l hzyz wbcquc .edu .cn 。何兆益1,危接来2,吴宏宇2,王 强2,张文武1(1.

2、重庆交通大学土木建筑学院,重庆400074;2.重庆市交通建设集团有限责任公司,重庆400074摘要:以斜胶胎和子午胎两种废胎胶粉作为改性剂,对20、40和80目3种粒径以及20%掺量下改性沥青进行了常规性能、动态剪切(D S R 和弯曲梁流变(BBR 试验,系统研究了废胎种类、胶粉粒径对改性沥青高温和低温性能的影响;采用差热分析(D SC试验方法,分析了20%胶粉掺量下胶粉粒径对沥青的改性效果和胶粉改性沥青的热力学性能。结果表明:掺入废胎胶粉后的沥青,其高温抗车辙、低温抗裂和抗疲劳等性能改善明显,斜交胎胶粉的改性效果优于子午胎胶粉;较大粒径的胶粉对沥青的软化点、抗车辙因子、弹性恢复改善效果较

3、好,而低温性能与胶粉粒径小的改性沥青相当。综合性价比,建议采用斜交胎胶粉,胶粉的最佳粒径为20目,掺量为20%。关 键 词:沥青;废胎胶粉;废胎胶粉改性沥青;差热分析(D SC;性能中图分类号:U 416 217 文献标志码:A 文章编号:1674-0696(200906-1025-03Perfor m ance Research on Cru mb RubberM odified AsphaltHE Zhao -yi 1,W E I Jie -la i 2,WU H ong -yu 2,WANG Q iang 2,Z HANG W en -wu1(1.Schoo l of C iv il E

4、ng ineer i ng &A rchitecture ,Chongqi ng Ji aotong U n i versity ,Chongq i ng 400074,Ch i na ;2.Chongqing H i gh w ay Constructi on Croups Company ,Chongq i ng 400074,Ch i naAbstrac t :T ak i ng rubber powder o f ra m p and m er i dian w aste tire as the mod ifier ,the m odified aspha lt tests o

5、 f routi ne pe r -for m ance ,dyna m ic shea r rheom eter (D S R and bend i ng bea m rheom eter(BBR are conducted w ith three kinds o f parti c le size ,inc l udi ng 20m es h ,40mesh and 80m esh ,as w ell as t he conditi on of 20%m ix i ng amoun t .T he mod ificati on m echanis m and t her m odyna m

6、 i cs perfo r mance o f rubber po w de r are researched fro m the experi m ents of differential scann i ng ca l o ri m etry .T he resu lts i ndicate tha tmod ifi ed aspha lt perfor m ances o f ant-i rutti ng,ant-i f a ti gue and lo w temperat ure performance are i m -proved after rubber po w de r m

7、od ifi cation ;the rubber powder mod ifi cati on e ffect of ra mp tire i s super i o r to tha t of m er i d i an tire ;the i m prove m ent effect of penetration i ndex ,ant-i rutti ng factor and elasti c recove ry of m od ifi ed asphalt is be tter i n the case of greater particle size rubber po w de

8、 r ,and t he l ow te m pera t ure performance is si m ilar to that of s m a ller parti c le si ze ;so consi dering the perfor m ance -price rati o ,the opti m a l partic l e s i ze is 20m esh and t he opti m al m i x i ng a m ount is 20%.K ey word s :aspha lt ;cru m b rubber ;crumb rubber m odified

9、aspha lt ;d ifferentia l scann i ng ca l or i m etry(D SC;perfo r mance1 引 言沥青路面是我国公路与城市道路的主要路面结构。随着国民经济的发展,交通量和重型车辆日益增多,许多道路建成不久,发生了高温车辙变形、低温开裂、水损害等早期病害。因此,如何改善国产沥青的技术性能,延长沥青路面的使用寿命,已经成为广大道路科技工作者所面临的重要课题。废胎胶粉改性沥青不仅可以提高沥青的路用性能,还可以回收利用大量的废旧轮胎制品,减少废旧轮胎堆放带来的环境问题,因此在国内外日益受到人们的重视,并开展研究和工程应用1-2,4-8。与普通基质沥

10、青相比,用废胎胶粉改性沥青铺筑沥青路面具有以下几个特点1-2,6-7:提高沥青路面的热稳定性,使沥青路面在夏季不易产生软化、波浪和车辙;改善沥青路面的低温抗裂性能,减少低温裂缝;增加沥青与矿料的黏附性,使沥青路面不易产生麻面、剥落等病害,具有较好的水稳定性;提高沥青路面的耐久性和耐疲劳性能。目前针对废旧轮胎胶粉改性沥青常规性能研究较多、缺乏系统综合的分析与研究。笔者拟对废旧轮胎胶粉改性沥青常规性能、SHRP 流变特性、高低温性能和PG分级进行系统的研究,并结合差热分析(DSC试验,全面深入分析废旧轮胎胶粉种类、粒径、掺量等对改性沥青性能的影响,为废旧轮胎胶粉改性沥青进一步研究和应用提供建议和技

11、术参考。2 原材料2 1 废胎胶粉选用常温粉碎法生产的斜交胎胶粉和子午胎胶粉,每种胶粉采用3种粒径:20,40和80目。斜交胎胶粉、子午胎胶粉分别由四川双流天利民橡胶有限公司、四川合江县大自然精细胶粉厂生产,两种胶粉的技术指标如表1。表1 胶粉技术指标指标项目斜交胎胶粉子午胎胶粉物理技术指标相对密度/(kg m-31 151 16水分/%0 450 41金属含量/%0 0020 002纤维含量/%0 510 52化学技术指标灰分/%3 63 1丙酮抽出物/%11 519 4炭黑含量/%28 4 橡胶烃含量/%56 547 62 2 沥青基质沥青采用中海70#沥青,主要技术指标,25 针入度为6

12、7 5(0 1mm;软化点为49 0 ;5 延度(5c m/m i n为8 6c m;15 延度大于100c m。3 废胎胶粉对改性沥青性能的影响3 1 胶粉改性沥青常规性能试验分析前期试验研究表明20%胶粉改性沥青性能较优,因此笔者针对不同胶粉掺量为20%时,对胶粉改性沥青的针入度、延度、软化点、当量软化点T800、当量脆点T1 2、针入度指数PI和弹性恢复等常规性能进行试验。室内采用剪切机在180 温度条件下,剪切搅拌60m i n制备胶粉改性沥青,试验结果见表2。由表2可知,中海70#基质沥青加入废胎胶粉改性以后,针入度降低、延度增大、软化点和当量软化点T800升高、针入度指数PI增大、

13、当量脆点降低、弹性恢复提高,表明沥青感温性降低,沥青的高、低温性能及弹性得到明显提高与改善。就胶粉种类而言,斜交胎胶粉改性效果好于子午胎胶粉;就胶粉不同粒径的改性效果而言,20目优于40目;40目优于80目。3 2 胶粉改性沥青S HRP性能试验分析为了进一步研究废胎胶粉改性沥青的流变特性和高低温性能,同时采用S HRP高温动态剪切流变试验(DSR、低温弯曲梁流变(BBR试验对原样和PVA 长期老化后胶粉改性沥青的高低温性能进行研究,并进行PG分级,分析改性沥青适用的温度范围。PVA 长期老化试验条件为:老化温度100 ,加压老化时间20h,老化后用真空除气炉在163 ,15kPa压力下加压1

14、5m i n。试验结果见表2。表2 废胎胶粉改性沥青常规性能指标试验结果试验参数中海70#基质沥青废胎胶粉改性沥青(掺量:20%斜交胎胶粉子午胎胶粉针入度/ (0.1mm(15 ,100g,5s22.61818.819.319.620.120.6(25 ,100g,5s67.546.148.549.650.453.755.6(30 ,100g,5s119.580.585.288.59395.8100.2PI-1.19-0.48-0.53-0.57-0.70-0.75-0.82 T1.2/ -11.5-12.2-12.4-12.5-12.1-12.3-12.3 T800/ 47.253.452.

15、752.251.450.850.2软化点/ 49.058.256.455.754.353.252.8 5 延度/c m8.613.513.814.211.411.912.325 弹性恢复/%-878482807775由表3可以看出,中海70#基质沥青加入废胎胶粉改性以后,沥青抗车辙因子G*/sin (76 、低温弯曲蠕变劲度S、蠕变速率m,以及动态剪切抗疲劳因子G* si n 等性能指标明显改善,废胎胶粉改性沥青的高温抗车辙、低温抗裂和耐疲劳性能显著提高,SHRP性能试验再次证明:斜交胎胶粉改性效果好于子午胎胶粉;且20目改性效果优于40目; 40目优于80目。1026重庆交通大学学报(自然科

16、学版 第28卷表3 废胎胶粉改性沥青S HRP性能指标试验结果试验项目温度域试验参数温度/斜交胎胶粉改性沥青20目40目80目子午胎胶粉改性沥青20目40目80目标准动态剪切流变(DSR高温原样沥青(G*/s i n /kPa705.12974.6373 4.09162.1861 1.92421.7126762.81312.4979 2.20851.5265 1.30791.0989821.69361.4902 1.36950.98840.86750.76121.00高温RTFOT后(G*/s i n /kPa7010.43499.9859.31144.7291 4.52984.1435765

17、.60335.0737 4.81342.6711 2.43552.2127822.89552.6167 2.56591.6486 1.39751.2442.20中温P AV后(G*/s i n /kPa27 499148254876314113397542085000弯曲梁流变仪(BBR低温P AV后S(t/M Pa-22110.2117.5120.1140.7146.6151.9-28182.4183.2181.7260.8254.2263.3300 P AV后m-220.4120.4200.4190.4210.4190.426-280.3280.3300.3270.3310.3350.32

18、90.30PG等级8228822882287628762876283 3 胶粉改性沥青D S C试验分析中海70#基质沥青及斜交胎20,40,80目废胎胶粉改性沥青的DSC曲线,如图1。DSC曲线反映了沥青(改性沥青组分在温度变化过程中发生状态变化时的吸热峰。吸热峰越大(吸热量越大,说明沥青在该温度区间发生状态变化的组分越多,其中既有结晶性组分的熔融,也有非结晶性组分的相变化;同时也反应了沥青组分在该温度区间热力学性能变化程度越大,反映在宏观上, 必然对物理性质产生影响。(a基质沥青 (b斜交胎20 目胶粉改性沥青(c斜交胎40目胶粉改性沥青 (d斜交胎80目胶粉改性沥青图1 基质沥青及不同粗

19、细斜交胎改性沥青的DSC曲线比较图1可以看出,废胎胶粉改性后沥青的DSC图与基质沥青的DSC图明显不同。一方面改性沥青的吸热峰总面积均减小;另一方面,改性沥青(下转第1059页1027第6期 何兆益,等:废胎胶粉改性沥青性能研究平行路法进行了修正和改进,提出的算法模型科学而实用,在此基础上建立的区域OD合成系统在实际项目中应用效果也得到了很好验证。另外,国内的OD合成软件有一些是设计的独立系统,最终输出的矩阵文件并不能直接为T ran-sC AD所读取,为后期的应用造成很大的麻烦。因此,在T rans CAD平台下用GISDK开发工具进行系统开发本身从思路上与后期的交通规划就有很好的一体性和兼

20、容性,最终输出的矩阵可以直接应用TransC AD进行后期规划。参考文献:1 安旗林.区域交通出行OD表的合成J.公路,1999(3:31-33.2 谭先林.OD调查数据处理过程中消除重复的串并联法J.公路,1997(12:27-31.3 陈新发.起讫点调查中消除重复的平行路法J.湖南交通科技,1998,23(1:75-78.4 张金发,林航飞,王维凤.上海市公路网OD推算方法J.上海公路,2005(4:53-56.5 C ali per Corpo ration.T rans CAD T ransporta ti on G IS So f-twa re(T rave l D emand M

21、ode li ng w it h T rans CAD4 0CD.Am erica:C ali per Corporation,2000:261-300. 6 柴登峰,张登荣.前N条最短路径问题的算法及应用J.浙江大学学报:工学版,2002,36(5:531-535. 7 袁红涛,朱美正.K优路径的一种求解算法与实现J.计算机工程与应用,2004,40(6:51-53.(上接第1027页吸热峰的峰位及形状也发生了变化,改性后沥青的吸热峰变小,曲线变得相对平坦,峰宽度变窄,表明改性过程中废胎胶粉掺入,使沥青中结晶性组分的存在形式、数量以及组分的相转化方式发生了变化;同时也使得部分组分的熔融温度发

22、生改变,从而导致沥青热力学性能的改变。从表面化学的角度,由于废胎胶粉掺入,使胶粉改性沥青成为多相体系,废胎胶粉表面对沥青中组分的选择性吸附,以及沥青中另一部分组分填充改性剂网络,从而改变沥青中各组分的配伍及存在形式,调整沥青中组分胶体结构,因此改性过程既是一个镶嵌共混的改性过程,同时也是对沥青自身性质的一个改善。从吸热峰数值上看,3种粒径废胎胶粉改性沥青吸热峰数值相当;但就吸热量而言,20目斜交胎小于40目斜交胎;40目斜交胎小于80目斜交胎, 20目斜交胎吸热量最小。说明较粗粒径的废胎胶粉,其改性沥青感温性降低、温度稳定性提高更明显。4 结 论针对斜胶胎和子午胎两种废胎胶粉,3种粒径以及20%掺量下改性沥青进行了常规性能、动态剪切流变(DSR、弯曲梁流变(BB R试验和差热分析(DSC试验,分析了20%胶粉掺量下废胎胶粉粒径对沥青的改性效果,结果表明:1掺入废胎胶粉后的沥青,其高温抗车辙、低温抗裂、抗疲劳等性能和弹性恢复明显改善和提高;2斜交胎胶粉的改性效果优于子午胎胶粉;较大粒径的胶粉对沥青的软化点、抗