废胎粉的处理工艺及在橡胶沥青中的应用

李 林，洪锦祥，黄 冲，邓 成，张德育，蔡广楠

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，南京 210008；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 210008）

废胎粉的处理工艺及在橡胶沥青中的应用

李 林1，2，洪锦祥1，2，黄 冲1，2，邓 成1，2，张德育1，2，蔡广楠1，2

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，南京 210008；2.江苏苏博特新材料股份有限公司，南京 210008）

采用微波、NaOH、CCl4、H2O24种不同的处理工艺对废胎粉进行预处理，并以此制备出4种橡胶沥青。通过测试废胎粉处理沥青的软化点、延度、粘度、存储稳定性来评价几种处理工艺的优劣性。试验结果表明：与未处理的废胎粉处理沥青相比，四种处理工艺的橡胶沥青的软化点、延度、存储稳定性均有一定幅度的改善。H2O2处理后橡胶沥青的软化点最高，CCl4处理后橡胶沥青低温延度最好，H2O2处理后橡胶沥青的高温储存稳定性最佳，而微波处理工艺最经济。

废旧橡胶粉； 处理工艺； 橡胶沥青； 存储稳定性

废旧轮胎被称为“黑色污染”，其回收和处理技术是世界性的难题，长期以来，处置废旧轮胎也一直是环境保护的难题。世界各国最普遍的解决方法是把废旧轮胎掩埋或堆放，不仅需要征用土地，且大量的堆积极易引起火灾、滋生细菌，造成二次公害［1］。

很多研究者将废旧橡胶胎粉用于沥青改性中制备成橡胶改性沥青或者橡胶沥青。这是因为废旧橡胶胎粉加入沥青后，可以大幅度改善路面的抗车辙能力和抗滑性能，减少其疲劳与反射裂缝，降低路面对于温度的敏感性，降低路面噪音，同时可以节约成本降低养护费用，其研究和应用具有深远的环保效益、经济效益和社会效益［2，3］。然而，目前公认的橡胶沥青（橡胶粉内掺大于15%）存在由于橡胶沥青黏度大、易离析、高温储存稳定性差、味道大、能耗高等诸多问题，制约了橡胶沥青的大规模生产与工程应用［4］。从理论上来说，通过对废胎粉预处理活化，从而提高废胎粉和沥青之间的界面结合力，能够提高橡胶沥青的储存稳定性等相关性能［5－9］。因此，该文采用4种不同的工艺方法对废胎粉进行预处理，研究几种处理工艺对橡胶沥青的性能作用效果，以期指导橡胶沥青的规模化生产应用。

1 实 验

1.1 材料

废胎粉：福建省金泉建设集团有限公司，常温研磨制备，粒径40目；H2O2：30%，上海凌峰化学试剂有限公司；CCl4：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；NaOH：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司；微波反应发生器：功率600W；基质沥青：SK－70＃重交通道路石油沥青，其技术指标见表1。

表1 70＃石油沥青技术指标

1.2 废胎粉处理工艺

1）微波处理工艺 将废胎粉置于80℃烘箱干燥2h，干燥后的废胎粉置于功率为600W微波反应器辐照60s，制得活化废胎粉，备用［5，6］。

2）NaOH处理工艺 称取一定量胶粉加入到带有搅拌器和温度控制的三口烧瓶中，加入500mL饱和的 NaOH 溶液，浸泡20min，过滤，洗涤，干燥，备用［7］。

3）CCl4处理工艺 称取一定量胶粉加入到带有搅拌器和温度控制的1 000mL的三口烧瓶中，加入500 mL CCl4，浸泡2h，过滤，洗涤，干燥，备用［8］。

4）H2O2处理工艺 称取一定量胶粉加入到带有搅拌器和温度控制的1 000mL的三口烧瓶中，缓慢加入双氧水200g，保持恒温反应3h。过滤，洗涤，干燥，储存备用［9］。

1.3 橡胶沥青的制备工艺与测试方法

将上述预处理的废胎粉分别按照20∶80的质量比例加入到沥青中，在175℃的油浴锅中高速搅拌1h，搅拌速度为3 000r／min即可制得橡胶沥清。然后测试橡胶沥清的针入度、软化点、延度、粘度、存储稳定性等性能，测试方法参照JTGE 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的方法进行。

2 结果与分析

2.1 粘度

粘度是由流体内部分子结构之间的相互作用力形成的摩擦，外在表现为抵抗流体流动的能力。研究处理沥青流变特性对施工工艺的选择具有重要的作用。表2是处理沥青在不同温度下粘度的试验结果。

从图1可看出：无论是基质沥青、未处理和预处理的橡胶沥青其粘度均随温度的增加而逐渐减小；H2O2处理的橡胶沥青粘度最大；在测试温度范围，预处理的废胎粉沥青具有比基质沥青和未处理的橡胶沥青具有更高的粘度。因此，经过预处理工艺，使得废胎粉表面结构发生变化，从而使处理的橡胶沥青在载荷作用下发生较小的剪切形变，具有较好的抗流动变形能力和抗车辙能力。

表2 不同温度下橡胶沥青的粘度

2.2 高温性能

软化点是道路沥青的最基本的一种性能指标，软化点越高，沥青的高温性能就越好。几种处理工艺下的橡胶沥青的软化点试验结果如表3所示。

表3 橡胶沥青软化点试验结果

由表3可知：预处理废胎粉处理沥青的软化点比未处理橡胶沥青和基质沥青软化点高；H2O2处理的橡胶沥青软化点71.6℃，相对于其他3种处理工艺的橡胶沥青软化点最高，即H2O2处理的橡胶沥青具有更好的高温性能。

2.3 低温性能

低温延度是评价处理沥青性能的重要指标，与路面开裂有密切关系。表4是橡胶沥青的5℃延度试验结果。

表4 几种橡胶沥青的低温延度

由表4可知：基质沥青在低温下，拉伸性能差，基本上刚受力则发生断裂；经预处理的橡胶沥青具有更好的低温延展性，其中CCl4处理的橡胶沥青的5℃延度最好，低温性能最好。

2.4 储存稳定性

储存稳定性是聚合物改性沥青的离析试验表征，用于评价改性剂与沥青的相容性。表5是橡胶沥青离析试验结果。

表5 橡胶沥青离析试验结果

由表5可知：未处理橡胶沥青的上下软化点差值为7.5℃，储存稳定性差；与未处理的橡胶沥青比较，预处理的橡胶沥青储存稳定性明显较好；H2O2处理的橡胶沥青的储存稳定性优于其他3种处理工艺。说明在废胎粉处理过程中改变其表面结构，可以在一定程度上提高橡胶沥青的储存稳定性。

2.5 经济性评价

从处理工艺的原材料成本分析，饱和NaOH溶液和H2O2处理工艺设备简单，时间相对较短，但不能够循环回收利用，使用两次后需要更换或添加新溶液。CCl4处理工艺设备简单，溶剂可多次反复使用，但处理时间长，CCl4损耗，成本高。微波处理工艺，时间短，设备简单，操作简单，仅需微波反应器和电费。因此，从长远经济效益比较，微波处理工艺具有显著的经济效益。

2.6 机理分析

由试验结果可知，相对于未处理的橡胶沥青，经过预处理后，橡胶沥青具有更好的高低温性能与储存稳定性，这是因为在处理工艺过程中废胎粉表面结构发生变化。首先，预处理时废胎粉溶胀，表面形状变得膨松，增大与沥青的接触面积，有利于沥青的渗透、溶胀、发生化学反应，增强废胎粉对沥青处理能力；其次，废胎粉表面的 C＝S、 S＝S以及 C＝C在处理过程中发生化学脱硫、氧化反应，增加废胎粉的表面活性，促进了废胎粉和沥青的接枝或交联反应的发生，从而提高了橡胶沥青的高低温性能和储存稳定性。

3 结 论

a.废胎粉处理具有温度敏感性，预处理的废胎粉处理沥青具有更高的粘度。

b.预处理工艺有利于改善废胎粉处理沥青的软化点、延度、储存稳定性。H2O2处理的废胎粉处理沥青软化点和储存稳定性最好，CCl4处理的延度最好。

c.相对于其他处理工艺，微波处理的设备简单，时间短，最经济。

d.预处理过程工艺使废胎粉表面膨松变形，化学键发生断裂，增加了废胎粉表面活性与沥青相容性。

［1］陈占勋.废旧高分子材料资源及综合利用［M］.北京：化学工业出版社，1997.

［2］何 亮，黄晓明，马 育.橡胶处理沥青储存稳定性试验研究［J］.东南大学学报，2011，41（5）：1086－1091.

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［5］马爱群.微波辐射活化废胶粉处理沥青性能及共混机理研究［D］.扬州大学，2006.

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Waste Tire Powder Processing Technology and Applications in the Asphalt Rubber

LI Lin1，2，HONG Jin－xiang1，2，HUANG Chong1，2，DENG Cheng1，2，ZHANG De－yu1，2，CAI Guang－nan1，2
（1.Jiangsu Research Institute of Building Science Co，Ltd，Nanjing 210008，China；2.Jiangsu Bote New Materials Co，Ltd，Nanjing 210008China）

Surface of waste tire powder was pretreated by four different processes of microwave，NaOH，CCl4，H2O2，and then the four kinds of waste tire powder were used to modify asphalt binder.Through testing softening point，ductility，viscosity and high temperature storage stability of the crumb rubber modified asphalt.The results show that the softening point，ductility and storage stability of asphalt modified by four different ways pretreated waste tire powder properties have a certain level of performance improvement.From the comparison of high temperature performance，the softening point of modified binder by H2O2treatment is best，while the ductility of modified binder by CCl4pretreated is highest.However，the temperature storage stability of modified asphalt treated by H2O2is best，and the microwave technology is most economical.

waste tire powder； processing technology； waste tire powder asphalt； storage stability

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.008

2014－01－18.

江苏省建设厅科学计划项目（JS2011JH26；JS2012JH13）.

李 林（1986－），硕士.E－mail：lilin＠cnjsjk.cn