糠醛抽出油对胶粉改性沥青性能的影响

2020-09-14冉红平

山西建筑 2020年18期

冉红平

(山西交通控股集团有限公司吕梁北高速公路分公司，山西吕梁 033100)

0 引言

与普通沥青相比，胶粉改性沥青具有较好的高低温性能、抗老化性能，对于路面降低噪声、冬季抑冰融雪具有较好的应用效果，与SBS改性沥青相比，胶粉改性沥青粘弹性好，成本更低，常常被用做应力吸收层，在应用中能消耗大量的固废材料，符合国家固废循环利用的宏观政策。不过，传统橡胶沥青由于胶粉溶胀不完全，所制备的橡胶沥青高温贮存稳定性差、易离析、高粘度施工难等一系列不足，限制了其发展与应用[1]。

糠醛抽出油因复含活性芳香组分，在化学组分上与沥青较为相近，是胶粉优良的预溶胀材料，经糠醛抽出油浸泡溶胀的胶粉可使胶粉表现出表面活化、结构膨润[2]。在高温剪切下，胶粉能与沥青充分溶胀，减少沥青离析，提高改性胶粉沥青成品的稳定性[3]。本文选用不同剂量的糠醛抽出油预先浸泡处理相同剂量的胶粉，而后按照相同工艺值准备胶粉改性沥青，研究糠醛抽出油对胶粉改性沥青基本指标、老化指标和稳定性的影响。

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

试验采用90号基质沥青，30目废旧胶粉颗粒和河北衡水帝亿石油公司出产的糠醛抽出油。基质沥青的性能指标见表1。

表1 基质沥青性能指标

1.2 胶粉改性沥青的制备

将一定比例的糠醛抽出油添加到预热的胶粉储存罐中，开启搅拌功能，使胶粉与糠醛抽出油均匀混合0.5 h。加热沥青到180 ℃以上，逐渐加入预处理的胶粉，升温至195 ℃±5 ℃，均匀搅拌1 h，待搅拌完成后将成品打入胶体研磨两遍[4]，得到糠醛抽出油处理的胶粉改性沥青。

2 试验结果与分析

按照JT/T 798—2019路用废胎胶粉橡胶沥青的要求对制备胶粉改性沥青进行性能试验。试验方案中，胶粉掺量为沥青用量的20%，油胶比(糠醛抽出油与胶粉的质量比)选用范围为4%～8%。各油胶比掺量下的胶粉改性沥青性能测试数据见表2。

表2 不同油胶比掺量下的胶粉改性沥青性能

2.1 油胶比对基本性能的影响

对不同油胶比的胶粉改性沥青软化点、针入度、延度进行对比，见图1～图3。经糠醛抽出油处理的胶粉改性沥青，软化点随着胶油比的增大而上升，延度和针入度在逐渐降低，经过处理的胶粉改性沥青性能整体提高，各项指标参数更能适应于沥青上面层的要求，证明了胶粉经糠醛抽出油浸润活化后与沥青的相容性得以提高。同时，糠醛抽出油可有效降低胶粉改性沥青的粘度，且糠醛抽出油掺量越大，粘度降低的幅度也越大，当油胶比掺量为8%时，粘度下降幅度达到了29.5%，降黏效果最为显著。

2.2 油胶比对老化性能的影响

对不同油胶比的胶粉改性沥青分别进行旋转薄膜加热试验，测试老化后的针入度比、延度比等试验参数。对比发现，随着油胶比的增加，胶粉改性沥青的针入度比出现先增大后减小的趋势；延度比随着油胶比逐渐上升，但在油胶比超过6%以后变化趋于一致。

考虑到以上参数的变化，结合石洪波等人关于废旧胶粉抗氧化的研究进展[5]。可以看出，由于胶粉与沥青在化学成分上存在较大的差别，相容性较差，未添加或者少添加糠醛抽出油时，胶粉会吸收沥青中的芳香分和饱和分，胶粉不能完全溶胀，但胶粉中原有的抗氧化材料提高了胶粉改性沥青的稳定性，从而整体上提高了胶粉改性沥青的抗氧化能力。当油胶比较高时，由于胶粉含量相对较少，其自身抗氧化能力较低。在老化过程中，由于沥青不断氧化，芳香分和饱和分逐渐流失，沥青质含量增大，温度敏感性降低，橡胶沥青老化后性能提高明显。

由于沥青在自然中老化主要是受自然环境中的光、氧、雨等的作用，为了进一步探寻老化对沥青的影响，我们将沥青放入老化箱，进行紫外线老化试验，数据见表3。从表3可以看出，几组胶粉改性沥青中以6%胶粉改性沥青的针入度比最好，与旋转薄膜加热试验的结果相一致。

表3 胶粉改性沥青紫外老化前后性能指标

2.3 油胶比对粘度的影响

为了测试糠醛抽出油对胶粉改性沥青粘度的影响，对制备的不同油胶比胶粉改性沥青在冷却后重新加热至180 ℃，测试其180 ℃旋转粘度，不同油胶比掺量下的旋转粘度试验结果见图4。

由图4可知，与糠醛抽出油对胶粉改性沥青的针入度、延度影响类似，随着糠醛抽出油掺量的增加，胶粉改性沥青的粘度出现逐渐降低的趋势，但是这种趋势随着糠醛抽出油掺量继续增大而不断变缓慢。糠醛抽出油是一种高芳烃油，含有部分饱和烷烃和少量胶质、沥青质，可与沥青中的饱和分、沥青质互溶，改善沥青质的分散程度。它利用自身的结构特性与沥青发生物理溶胀，降低沥青的粘滞性，增加流动性，从而有效降低沥青的粘度。由于糠醛抽出油中芳香组分相对较多，所以在较低油胶比时即表现出较好地降粘效果，当油胶比掺量达到6%时，其粘度降低趋势变缓，糠醛抽出油对沥青的改变提升效果缓慢，过多的糠醛抽出油已经不能显著改变沥青的粘度，综合糠醛抽出油掺量和降粘效果，糠醛抽出油掺量不宜超过6%。

2.4 油胶比对稳定性的影响

传统胶粉改性沥青具有易离析的缺点，稳定性较差，为此，对反应罐上下部沥青进行离析软化点差值对比，发现该指标虽有部分数据偏离，但基本遵从随油胶比提高而降低的情况。油胶比在4%时离析软化点差值为3.8%，油胶比在6%时离析软化点差值在1.9%～2.1%范围区间，胶粉改性沥青的稳定性提高了一倍以上。胶粉改性沥青经过高温加工制备成型后自然冷却，由于成品储罐体积较大，自然冷却时间较长，胶粉未经糠醛抽出油处理，与沥青粘附性较差，胶粉颗粒自身密度又大于沥青，故而会在重力的作用下不断下沉，进而出现储罐下部橡胶比例较多，离析软化点存在较大差别。可见，糠醛抽出油因其芳香烃等轻组分较多，胶粉可吸收其中的芳香烃产生预溶胀，对于提高与沥青的融合起到了关键作用。

为了更加清楚的从围观性能上进行稳定性对比，对普通胶粉改性沥青和掺加6%油胶比的胶粉改性沥青进行扫描电子显微镜(SEM)测试，结果见图5。对比照片看出，普通胶粉改性沥青表面凹凸不平，具有明显的颗粒结构，胶粉未完全溶胀，形成明显的结团，分散性差。而掺加糠醛抽出油的胶粉改性沥青由于胶粉预选进行溶胀，绝大多数胶粉能够溶解在沥青中，成为无明显边界的微观物质，颗粒分散比较均匀。胶粉的不均匀状态对胶粉改性沥青的性能将产生直接的影响，尤其是在高温长途运输过程中，分散较好地沥青能够保证综合使用效果，分散较差地沥青在抽提中即可发现明显的颗粒感和离析现象。