废橡胶粉改性沥青性能的研究

李国峰，陈 梅

（新疆应用职业技术学院 石油与化学工程系， 新疆 奎屯 833200）



废橡胶粉改性沥青性能的研究

李国峰，陈 梅

（新疆应用职业技术学院 石油与化学工程系， 新疆 奎屯 833200）

以克拉玛依A H - 110 沥青为基体， 废橡胶粉为改性剂， 采用湿法共混， 在溶胀时间为2 h，剪切时间为1.5 h，剪切温度为186 ℃，剪切速率为7 000 r/min的条件下， 制备出高性能废胶粉改性沥青。 通过改变胶粉的用量和胶粉的粒径，研究了胶粉对改性沥青性能的影响，探讨了胶粉改性沥青机理。结果表明：废橡胶粉的掺入使沥青的软化点、针入度、延度都有明显改善。研究发现废橡胶粉的最佳掺量为15%，最佳粒径为80目。

掺入量；废橡胶粉；沥青；改性

随着社会经济的快速发展， 我国高速公路也得到了突飞猛进的发展。由于沥青具有较好的化学稳定性和防水性，因此被广泛应用在公路、机场和建筑等领域。然而，随着公路交通量的不断增长和环境条件的日益恶化，沥青路面受到了严重的考验，大大缩短了沥青路面的使用寿命［1，2］。为了克服以上的困难，沥青改性就成为了国内外学者研究的主题。根据有关文献报道［3-7］，废橡胶粉具有改善沥青路面质量的特点，胶粉改性沥青可以提高沥青路面的抗车辙能力，同时改善沥青路面的高低温性能和降低路面的噪音，从而延长路面的使用寿命。

同时，我国是世界上的橡胶生产大国，废旧轮胎的数量每年都在高速增长，却没有得到合理的利用［8，9］。因此，利用废橡胶粉作为沥青的改性剂，就具有很大的优越性，不仅价格低廉、来源丰富，而且可以变废为宝，减少环境的污染，使得资源得到合理的利用［10-13］。

目前，国内涌现出了很多改性沥青的公司，尤其在新疆已有多家橡胶粉生产企业，如乌鲁木齐双成胶粉制品厂，新疆新盛公司，巴州三宝橡胶胶粉厂，新疆博乐再生能源公司等厂家。但是改性沥青的价格都非常的高，同时，生产水平和技术手段与国外相比也存在一定的差距，这严重影响了新疆地区高速公路的发展。为了降低胶粉改性沥青的价格，提高改性的技术和方法，加快新疆地区高速公路的建设，非常有必要进一步研究废橡胶粉改性沥青的课题。

本文通过在沥青中添加废橡胶粉进行沥青改性。进行废橡胶粉改性沥青性能试验，研究了废橡胶粉的用量变化和废橡胶粉的粒径变化对改性沥青的软化点、延度和针入度的影响，通过实验结果分析了影响胶粉改性沥青体系性能的因素以及改性的机理，最终确定了最佳的胶粉用量和胶粉粒径。

1　实验部分

1.1主要原料（表1）

表1　实验原料Table 1 Experimental materials

1.2主要仪器设备（表2）

表2　实验仪器设备Table 2 Experimental equipments

1.3试样制备

称取一定比例的废胶粉、基质沥青和改性剂。先将基质沥青加热到175 ℃以上，将称取的胶粉和改性剂依次缓慢徐徐加入沥青中。搅拌半小时后，采用高速剪切乳化机对其进行剪切，剪切速率为7 000 r/min，时间1.5 h，最后灌模。实验中采用丙三醇与滑石粉的混合物作脱模剂。

1.4性能测试

分别按 GB/T 4507-1999、GB/T 4509-1998、GB /T 4508-1999和 ASTM D6084-97进行软化点、针入度和延度性能测试。

沥青的软化点、延度和针入度的测试分别采用表1-2中的仪器进行测试分析。

2　结果与讨论

2.1实验配比

以废橡胶粉的用量为变量，所用原料的实验配比见表3。

表3　所用原料的实验配比Table 3 The ratio of raw material used in the experiment

2.2实验结果与讨论

2.2.1废橡胶粉的用量对改性沥青性能的影响

在本次实验中采用胶粉粒径为 80目的废橡胶粉，改变废橡胶粉的用量，改性沥青的三大性能指标随废橡胶粉的用量的变化如图1（a）- （c）所示。

图1　废橡胶粉用量对改性沥青软化点、延度和针入度的影响Fig.1 The influence on the softening point， ductility and penetration degree of modified asphalt system by different dosage of rubber powder

从图1可以看出，废橡胶粉改性沥青的软化点随着废胶粉用量的增大而增大，胶粉用量小于10%时，增加速度很快，但胶粉用量大于10%时，增加速度有所减慢，如图 1（a）所示；改性沥青的延度则随着废橡胶粉用量的增多而增大，当胶粉用量超过15%时，延度反而呈下降趋势，如图 1（b）所示；而改性沥青的针入度则随着废橡胶粉用量的增多而降低，胶粉用量小于10%时，降低速度很快，当胶粉用量大于10%时，降低速度有所减慢，如图1（c）所示。

出现上述现象的原因可能为：随着废橡胶粉用量的增加， 废橡胶粉粒子很容易与基质沥青胶体中的分散相胶质结合在一起而形成空间网状结构；同时，沥青分子与胶粉中的橡胶结构结合在一起的数量也有所増加，这相当于在基质沥青胶体的液相油分中增加了固相的废橡胶粉， 从而使得沥青的软化点相应增加而针入度相应下降［3，13］。然而，随着废橡胶粉的用量增加到一定的程度，基质沥青胶体中的分散相胶质与废橡胶粉粒子的结合达到了饱和，结合几率减小，造成胶粉的分散程度开始变差，从而在一定程度上削弱了胶粉改性沥青的效应，因此，改性沥青的针入度、软化点和延度逐渐呈现出稳定的趋势。应该指出的是， 当废橡胶粉的用量增大到一定程度时，有部分废橡胶粉就会在沥青分散相中形成胶粉颗粒小集团，对改性沥青的软化点和针入度不再具有提高作用，反而会使得沥青的延度下降。因此，本文建议的最佳的废胶粉的用量应该控制在15%左右。

2.2.2废橡胶粉的粒径对改性沥青性能的影响

图2　废橡胶粉的粒径对改性沥青软化点、延度和针入度的影响Fig.2 The influence on the softening point， ductility and penetration degree of modified asphalt system by different Particle size

将不同粒径的胶粉用于沥青改性试验中（如表3所示），胶粉的用量为15%，改性沥青的性能随胶粉粒径的变化示于图2（d）-（f）。从图2可以看出，废橡胶粉改性沥青的软化点随着废胶粉的粒径的增大而降低，如图2（d）所示；而改性沥青的延度则随着废橡胶粉粒径的增大而增大，如图2（e）所示；改性沥青的针入度则随着废橡胶粉粒径的增大而增大，胶粉的粒径小于 60目时，增大速度很快，当胶粉的粒径大于60目时，增大速度有所减缓，如图2（f）所示。

出现上述现象的原因可能为：废橡胶粉改性沥青的储存稳定性和机械加工性与废橡胶粉的粒径有很大的关系，胶粉改性沥青的物理性质变化主要取决于胶粉粒径的大小变化。这是因为废橡胶粉的粒径越小， 胶粉的空间表面积越大，那么胶粉颗粒在沥青中溶胀就越容易，在剪切的过程中可以使得胶粉颗粒在沥青相中均匀、高度的分散，从而在一定程度上会提高沥青的延度和针入度；然而，胶粉的粒径越小，那么胶粉颗粒在基质沥青胶体中的分散相中将很难形成骨架结构［14］，这样胶粉改性的沥青在高温时就很容易流动而变形，这样就造成了改性沥青的软化点降低现象。因此，胶粉的粒径不能太大也不能太小，综合对改性沥青三大指标的考虑，应该选择的最佳的胶粉粒径为80目。

3　结 论

（1）通过使用废橡胶粉改性沥青，可以明显的改善沥青的各种性能。废橡胶粉改性沥青试验中，废橡胶粉的用量会对改性沥青的三大性能指标产生一定的影响，废橡胶粉的用量越大，改性沥青的延度越大、软化点越高、针入度越低，研究发现废橡胶粉的用量应在15%为最佳。

（2）废橡胶粉的粒径会对胶粉改性沥青的性能产生一定的影响。综合对沥青三大指标的考虑，在胶粉的粒径为40～100目的范围内，应该选择的最佳的胶粉粒径为80目。

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The Performance of Asphalt Modified by Crumb Rubber

LI Guo-feng, CHEN Mei
(Department of Petroleum and Chemical Engineering, Xinjiang College of Vocational and Technical Application,Xinjiang Kuitun 833200, China)

Using Karamay AH-110 asphalt as the base, crumb rubber as a modifier, by wet blending method, high-performance crumb rubber modified asphalt was prepared under the condition of swelling time 2 h, shearing time 1.5 h, the shear temperature 186 ℃ and the shear rate 7 000 r/min. By changing the amount of powder and particle size, effect of powder on the performance of modified asphalt was studied, and the mechanism of the rubber modified asphalt was discussed. The experimental results show that, blending waste rubber powder can significantly improve asphalt softening point, penetration and ductility; the optimal content of crumb rubber is 15%, the best particle size is 80 mesh.

Blending; Crumb rubber; Asphalt; Modification

E-mail：419987266@qq.com。

TE 624

A

1671-0460（2016）05-0900-04

新疆应用职业技术学院科研启动基金项目，项目号：XYZY2015YJ001。

2016-01-04

李国峰（1987-），男，甘肃武威人，讲师，硕士研究生，2014年毕业于新疆大学化学工程专业，研究方向：工业催化。