废胶粉改性沥青研究进展

1、龙源期刊网 废胶粉改性沥青研究进展作者：颜鹤来源：科技创新导报2011年第14期        摘 要:本文从储存稳定性及其离析机理、柔度与黏度、性能及其混合料等实验方面综述了国内外对废橡胶粉改性沥青的研究情况,并对它的利用情况进行了概括。         关键词:废胶粉改性沥青实验综述         中图分类号:TE626 文献标识码:A 文章编号:16

2、74-098X(2011)05(b)-0052-02         Abstract:Summary about storage stability,segregation mechanism,flexibility and viscosity,performance and wast rubber powder modified asphalt mixture experiment in the paper.At the same time,the use of crumb rubber modified as

3、phalt is summaried.         Key words:crumb rubber;modified asphalt;experiment;summary         引言         废旧橡胶主要来源于废轮胎、废胶鞋、废胶管以及胶带等橡胶制品,其次来源于橡胶生产过程中产生的边角料及废品,属于工业固体废料1。橡胶是高聚物,分解需长达

4、数百年的时间,危害生态环境。因此,废旧橡胶的循环利用成为各国解决废旧橡胶污染的有效途径之一。据统计,我国2002年废旧轮胎达到8000万条,并将以每年12%的速度增加,2005年达到1.2亿条,2010年将达到2亿条,因而废旧轮胎的处理已迫在眉睫。而将废旧橡胶磨细成胶粉用于改性道路沥青,不仅可改善沥青的高、低温性能,减少沥青路面的龟裂和老化,提高车辆的行驶安全和路面的使用寿命,还可以回收利用废旧橡胶,减少固体废弃物的污染。因此工业发达国家早已开展了废橡胶粉改性沥青的研究与应用2。我国对于废旧橡胶粉改性沥青的研究尚处于起步阶段,且还没有出台相应的标准3。    &#

5、160;    1 废胶粉改性沥青的储存稳定性         1.1 聚合物改性沥青存储稳定性         聚合物改性沥青的存储稳定性是指其在生产、存储和使用过程中不发生聚合物离析或降解的性质。多数情况下,聚合物离析时,由于聚合物在高温下黏度较高且密度小于沥青,聚合物会在沥青上部形成乳状层或者结皮,从而影响沥青的性能。一般改性沥青或者沥青混合料生产过程中,都要高温加热且持续搅拌,这就会导致聚

6、合物的降解。聚合物降解后,其各项性能都会下降,严重时沥青性质都被破坏,改性性能大大降低。聚合物改性沥青的存储稳定性主要是由聚合物和沥青的相容性决定的。相容性越好,聚合物改性沥青越稳定。所以,要解决聚合物的存储稳定性问题,必须先改善聚合物和沥青的相容性。         1.2 废胶粉改性沥青的储存稳定性研究         康爱红4等采用高速剪切工艺在试验室制备了废胶粉改性沥青,基质沥青为泰州中海70#,废胶粉为南通橡胶厂提供的80目胶

7、粉。聚合物改性沥青的储存稳定性能常规的评价是采用沥青离析试验方法。利用荧光显微照相技术和红外光谱法的现代测试手段对废胶粉改性沥青进行微观结构分析,从而揭示废胶粉改性沥青储存稳定性能。分析结果表明:废胶粉改性沥青虽然提高了沥青的性能,但其存储稳定性相应较差。废胶粉掺量越大,基质沥青中游离的废胶粉增加,致使离析变大。         1.3 废胶粉改性沥青的离析机理5         沥青是一种混合物,其中含有大量的极性、分子量差异很大的各

8、种分子。传统的观点将沥青视为胶体,即由高分子沥青胶粒和悬浮在其中的软沥青质组成的悬浮液。充足的树脂和芳香分能提供足够大的溶解力,使得沥青质完全地溶解于其中形成胶粒,并在沥青胶体中有良好的流动性;如果树脂和芳香分的数量欠缺时,这些胶粒就会联结在一起,形成团粒,从而导致了离析的发生6,7。任何高分子聚合物介入沥青体系,都会打破原有的动态平衡,降低其匀质性。当把废胶粉加入到热沥青中后,它会吸附沥青中的软沥青质,体积急剧地膨胀;废胶粉同沥青质竞争轻组分将会导致沥青质胶粒结合成团粒。同时由于在高温改性时沥青具有相对低的黏性,结构和极性相近的物质就会各自结合、聚集在一起,形成溶胀的聚合物胶团和沥青质胶团。

9、从热力学的角度看,这种体系不稳定,可能在引力场的作用下产生分层离析或沉淀,沥青质胶团可能会在静态热贮存过程中沉积到混合料的底部。因此,改性沥青的离析程度会受时间、温度等贮存条件的影响,但是最主要的影响因素还是基质沥青的自然特性与改性剂的性质、剂量。         2废胶粉改性沥青的柔度与黏度         孔宪明8等研究了橡胶粉-沥青体系中软化点、柔度、黏度及胶粉掺加量及温度的关系。认为:    

10、60;    (1)胶粉改性沥青在没有SBS等热塑性弹性体加入的情况下,可以制作软化点95,低温柔度低于-10的改性沥青涂盖料,满足一般防水卷材的需求;         (2)加入交联剂与分散稳定剂可以使得沥青体系内的胶粉溶解物稳定存在,即所谓发生再交联过程,此过程使沥青体系有部分互穿网络形成使改性沥青具有稳定性。         (3)胶粉改性沥青高温黏度一般大于SBS改性沥青,交入分散稳定剂后

11、高温黏度降低,可以满足应用要求。         3 废胶粉改性沥青的性能9         3.1 废胶粉改性沥青的生产方法         废胶粉改性沥青主要有两种生产方法:湿法和干法。         湿法是先将废胶粉与沥青混合,形成橡胶粉改性沥青,然后把橡胶粉改性沥青与集

12、料进行热拌和制成混合料。干法是先将橡胶粉加入到集料中,形成混合集料再与沥青进行热拌和制成混合料。干法过程的费用低,因为它不需要专门的设备,此过程生产的改性沥青一致性差,实际上不是生产改性沥青,而是把废胶粉当作填料使用,用干法修筑的道路需要经常修补。         3.2 废胶粉改性沥青的性能及其影响因素         橡胶粉改性沥青在公路上的主要用途:(1)用来拌制沥青混合料,铺筑沥青路面的上面层,以全面提高路面的使用性能;(2)用

13、作封层,即应力吸收层,以抑制路面基层裂缝的向上反射。Memon等10研究发现,橡胶粉能增加沥青的延度,降低沥青在低温下的蠕变劲.Morrison和Hesp等研究发现,对150200针入度级的沥青,加入少量废胶粉可改善高温流变性质,增加橡胶粉浓度和减少橡胶粉粒径,可提高变形阻力。Sheth研究发现,在100份沥青中每增加一份橡胶粉能使体系的脆点下降约1;他们还发现硫化胶中含有的各种稳定剂、抗氧剂、硫化剂、碳黑、氧化锌等成分对提高沥青材料的吸附性和耐久性很有帮助。Lalwani等用实验研究后得出,通过加入橡胶粉,沥青的流变性质如黏度、弹性、硬度、强度、耐久性都能得到显著的改善。Epps研究发现,添

14、加橡胶粉能极大地增加道路改性沥青的马歇尔稳定度,增大与集料的粘结性,提高防滑性能,增加耐磨性;用橡胶粉改性沥青制成的混合料抗车辙能力更强,Tayeba-li等研究发现,含16%废胶粉的改性沥青体系,其粘弹性增加,温度敏感性降低,弹性恢复和抗老化性能提高。         主要影响因素有以下几个方面:         (1)沥青组分对胶粉改性沥青的影响        &

15、#160;橡胶在沥青中的溶解溶胀程度与沥青的组分有关,橡胶的溶解溶胀过程实质就是橡胶粉在沥青中的脱硫降解过程。Travis的研究指出,分子量较轻、芳香分较高的沥青脱硫过程快,较轻分子量的组分能容易地扩散到膨胀的橡胶微粒中,并与橡胶相互作用而溶解橡胶。沥青质含量越低,分子量越轻,沥青的黏度越低,沥青的扩散性质越好。         (2)胶粉的表面形态和粒径对胶粉改性沥青的影响         Oliver发现橡胶表面形态是影响改性沥青弹

16、性性质的重要因素。橡胶表面越粗糙,表面积越大,改性沥青的弹性恢复越高;橡胶粉改性沥青的弹性恢复随橡胶粒子大小的降低而增加;相位角测量显示橡胶粉改性沥青能改善在高温下由交通作用引起的负载响应和在低温下由热收缩产生的负载响应。Oliver的研究还发现加工处理温度超过200,弹性恢复可以达到一个最大值,恢复程度与橡胶浓度成正比,较小微粒比较大微粒对弹性恢复更有利。Bahia等研究指出细橡胶粉改性沥青的延度比粗橡胶改性沥青的延度大。美国Texas交通局的研究显示较细橡胶粉对低温性能的影响更有效。Duvall研究显示膨胀所需时间随粒径平方而增加,故细橡胶粉的改性比粗橡胶粉明显。   

17、      (3)加工条件对胶粉改性沥青的影响         早期的橡胶粉改性沥青主要在低温和低剪切速率下制备,但大量研究显示,这样制得的改性沥青为非均相系统,橡胶粉以溶胀的形式存在于沥青中。虽然此种道路改性沥青与基质沥青相比在寒冷温度下劲度降低、对中温车辙阻力更强,但其非均相性会产生胶粉沉降现象,并且在压实温度下黏度高,会导致道路的开裂和松散。Billiter等11研究发现,高温、高剪切速率加工处理可导致橡胶的溶解增加,改善沥青的低、中温流变性质,降低

18、高温黏度。Memon等12研究发现,只用剪切过程就可改善橡胶粉改性沥青的温度敏感性;若在加热条件(267)剪切2h,然后搅拌处理(228,95min),则能达到更好的降解和脱硫效果。实际上,较高的温度和较长的改性时间会导致橡胶粉改性沥青过度降解,使改性沥青的物理性质受到很大影响。         4 废胶粉改性沥青的混合料研究         康晓惠等13研究结果表明,胶粉掺量为15%时,沥青混合料的各项路用性能达到最佳值,由此可确定胶

19、粉最佳掺量为15%。胶粉改性沥青的软化点、延度、针入度指数、当量软化点升高,说明其高温稳定性得到了改善;针入度、针入度敏感性系数当量脆点降低,说明其低温         抗裂性得到了改善。胶粉改性沥青混合料的稳定度、弯曲应变、动稳定度、疲劳寿命提高,流值降低,说明其高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、疲劳耐久性得到了改善。并得出以下结论:(1)胶粉改性沥青混合料既能全面提高沥青混合料的路用性能,又能很好的解决沥青混合料高温性能和低温性能之间的矛盾。(2)废旧胶粉改性沥青混合料在经济上,比其它同类改性沥青混合料成本低,

20、且改性效果较好,因此有着良好的应用前景。(3)废旧橡胶作为一种环境污染物,随着世界工业化的发展进程,其污染问题将会越来越严重。将废旧橡胶加工成橡胶粉掺入沥青中,作为路面建筑材料,有利于减少环境污染,有利于经济的可持续发展.         5 结论         随着我国目前对废橡胶粉改性沥青的研究日益深入,废橡胶粉改性沥青的利用必将进一步增加,对实现资源的循环利用和环境友好大为有利.     

21、    参考文献         1 董诚春.废橡胶资源综合利用M.北京:化学工业出版社,2003.         2 程源.废胶粉应用前瞻J.合成橡胶工业,2001,24(2):6566.         3 肖鹏,马爱群.废旧橡胶粉用于道路改性沥青的研究J.交通环保,2005,3(26):5668.  

22、       4 康爱红,肖鹏,马爱群.废胶粉改性沥青存储稳定性研究J.中外公路,2007,27(3):205207.         5 马爱群,肖鹏.废胶粉改性沥青的离析机理研究J.公路工程与运输,2008,12.         6 孙大权,吕伟民.SBS改性沥青热储存稳定性研究J.建筑材料学报,2006,(6):3942.         7 黄卫东,孙立军.SBS改性沥青软化点的衰变J.中国公路学报,2002,(2):13.         8 孔宪明,张小英.废胶粉改性沥青的柔度与黏度.         9 卢金龙,张晋伟.废胶粉改性沥青改性机理及其性能研究J山西建筑,2009,35(9):170171.