廢膠粉改性瀝青研究進展

摘 要:本文從儲存穩定性及其離析機理、柔度與黏度、性能及其混合料等實驗方面綜述了國內外對廢橡膠粉改性瀝青的研究情況，并對它的利用情況進行了概括。

關鍵詞:廢膠粉改性瀝青實驗綜述

中圖分類號:TE626文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(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 asphalt is summaried.

Key words:crumb rubber;modified asphalt;experiment;summary

引言

廢舊橡膠主要來源于廢輪胎、廢膠鞋、廢膠管以及膠帶等橡膠制品，其次來源于橡膠生產過程中產生的邊角料及廢品，屬于工業固體廢料[1]。橡膠是高聚物，分解需長達數百年的時間，危害生態環境。因此，廢舊橡膠的循環利用成為各國解決廢舊橡膠污染的有效途徑之一。據統計，我國2002年廢舊輪胎達到8000萬條，并將以每年12%的速度增加，2005年達到1.2億條，2010年將達到2億條，因而廢舊輪胎的處理已迫在眉睫。而將廢舊橡膠磨細成膠粉用于改性道路瀝青，不僅可改善瀝青的高、低溫性能，減少瀝青路面的龜裂和老化，提高車輛的行駛安全和路面的使用壽命，還可以回收利用廢舊橡膠，減少固體廢棄物的污染。因此工業發達國家早已開展了廢橡膠粉改性瀝青的研究與應用[2]。我國對于廢舊橡膠粉改性瀝青的研究尚處于起步階段，且還沒有出臺相應的標準[3]。

1 廢膠粉改性瀝青的儲存穩定性

1.1 聚合物改性瀝青存儲穩定性

聚合物改性瀝青的存儲穩定性是指其在生產、存儲和使用過程中不發生聚合物離析或降解的性質。多數情況下，聚合物離析時，由于聚合物在高溫下黏度較高且密度小于瀝青，聚合物會在瀝青上部形成乳狀層或者結皮，從而影響瀝青的性能。一般改性瀝青或者瀝青混合料生產過程中，都要高溫加熱且持續攪拌，這就會導致聚合物的降解。聚合物降解后，其各項性能都會下降，嚴重時瀝青性質都被破壞，改性性能大大降低。聚合物改性瀝青的存儲穩定性主要是由聚合物和瀝青的相容性決定的。相容性越好，聚合物改性瀝青越穩定。所以，要解決聚合物的存儲穩定性問題，必須先改善聚合物和瀝青的相容性。

1.2 廢膠粉改性瀝青的儲存穩定性研究

康愛紅[4]等采用高速剪切工藝在試驗室制備了廢膠粉改性瀝青，基質瀝青為泰州中海70#，廢膠粉為南通橡膠廠提供的80目膠粉。聚合物改性瀝青的儲存穩定性能常規的評價是采用瀝青離析試驗方法。利用熒光顯微照相技術和紅外光譜法的現代測試手段對廢膠粉改性瀝青進行微觀結構分析，從而揭示廢膠粉改性瀝青儲存穩定性能。分析結果表明:廢膠粉改性瀝青雖然提高了瀝青的性能，但其存儲穩定性相應較差。廢膠粉摻量越大，基質瀝青中游離的廢膠粉增加，致使離析變大。

1.3 廢膠粉改性瀝青的離析機理[5]

瀝青是一種混合物，其中含有大量的極性、分子量差異很大的各種分子。傳統的觀點將瀝青視為膠體，即由高分子瀝青膠粒和懸浮在其中的軟瀝青質組成的懸浮液。充足的樹脂和芳香分能提供足夠大的溶解力，使得瀝青質完全地溶解于其中形成膠粒，并在瀝青膠體中有良好的流動性;如果樹脂和芳香分的數量欠缺時，這些膠粒就會聯結在一起，形成團粒，從而導致了離析的發生[6，7]。任何高分子聚合物介入瀝青體系，都會打破原有的動態平衡，降低其勻質性。當把廢膠粉加入到熱瀝青中后，它會吸附瀝青中的軟瀝青質，體積急劇地膨脹;廢膠粉同瀝青質競爭輕組分將會導致瀝青質膠粒結合成團粒。同時由于在高溫改性時瀝青具有相對低的黏性，結構和極性相近的物質就會各自結合、聚集在一起，形成溶脹的聚合物膠團和瀝青質膠團。從熱力學的角度看，這種體系不穩定，可能在引力場的作用下產生分層離析或沉淀，瀝青質膠團可能會在靜態熱貯存過程中沉積到混合料的底部。因此，改性瀝青的離析程度會受時間、溫度等貯存條件的影響，但是最主要的影響因素還是基質瀝青的自然特性與改性劑的性質、劑量。

2廢膠粉改性瀝青的柔度與黏度

孔憲明[8]等研究了橡膠粉-瀝青體系中軟化點、柔度、黏度及膠粉摻加量及溫度的關系。認為:

(1)膠粉改性瀝青在沒有SBS等熱塑性彈性體加入的情況下，可以制作軟化點95℃，低溫柔度低于-10℃的改性瀝青涂蓋料，滿足一般防水卷材的需求;

(2)加入交聯劑與分散穩定劑可以使得瀝青體系內的膠粉溶解物穩定存在，即所謂發生再交聯過程，此過程使瀝青體系有部分互穿網絡形成使改性瀝青具有穩定性。

(3)膠粉改性瀝青高溫黏度一般大于SBS改性瀝青，交入分散穩定劑后高溫黏度降低，可以滿足應用要求。

3 廢膠粉改性瀝青的性能[9]

3.1 廢膠粉改性瀝青的生產方法

廢膠粉改性瀝青主要有兩種生產方法:濕法和干法。

濕法是先將廢膠粉與瀝青混合，形成橡膠粉改性瀝青，然后把橡膠粉改性瀝青與集料進行熱拌和制成混合料。干法是先將橡膠粉加入到集料中，形成混合集料再與瀝青進行熱拌和制成混合料。干法過程的費用低，因為它不需要專門的設備，此過程生產的改性瀝青一致性差，實際上不是生產改性瀝青，而是把廢膠粉當作填料使用，用干法修筑的道路需要經常修補。

3.2 廢膠粉改性瀝青的性能及其影響因素

橡膠粉改性瀝青在公路上的主要用途:(1)用來拌制瀝青混合料，鋪筑瀝青路面的上面層，以全面提高路面的使用性能;(2)用作封層，即應力吸收層，以抑制路面基層裂縫的向上反射。Memon等[10]研究發現，橡膠粉能增加瀝青的延度，降低瀝青在低溫下的蠕變勁.Morrison和Hesp等研究發現，對150～200針入度級的瀝青，加入少量廢膠粉可改善高溫流變性質，增加橡膠粉濃度和減少橡膠粉粒徑，可提高變形阻力。Sheth研究發現，在100份瀝青中每增加一份橡膠粉能使體系的脆點下降約1℃;他們還發現硫化膠中含有的各種穩定劑、抗氧劑、硫化劑、碳黑、氧化鋅等成分對提高瀝青材料的吸附性和耐久性很有幫助。Lalwani等用實驗研究后得出，通過加入橡膠粉，瀝青的流變性質如黏度、彈性、硬度、強度、耐久性都能得到顯著的改善。Epps研究發現，添加橡膠粉能極大地增加道路改性瀝青的馬歇爾穩定度，增大與集料的粘結性，提高防滑性能，增加耐磨性;用橡膠粉改性瀝青制成的混合料抗車轍能力更強，Tayeba-li等研究發現，含16%廢膠粉的改性瀝青體系，其粘彈性增加，溫度敏感性降低，彈性恢復和抗老化性能提高。

主要影響因素有以下幾個方面:

(1)瀝青組分對膠粉改性瀝青的影響

橡膠在瀝青中的溶解溶脹程度與瀝青的組分有關，橡膠的溶解溶脹過程實質就是橡膠粉在瀝青中的脫硫降解過程。Travis的研究指出，分子量較輕、芳香分較高的瀝青脫硫過程快，較輕分子量的組分能容易地擴散到膨脹的橡膠微粒中，并與橡膠相互作用而溶解橡膠。瀝青質含量越低，分子量越輕，瀝青的黏度越低，瀝青的擴散性質越好。

(2)膠粉的表面形態和粒徑對膠粉改性瀝青的影響

Oliver發現橡膠表面形態是影響改性瀝青彈性性質的重要因素。橡膠表面越粗糙，表面積越大，改性瀝青的彈性恢復越高;橡膠粉改性瀝青的彈性恢復隨橡膠粒子大小的降低而增加;相位角測量顯示橡膠粉改性瀝青能改善在高溫下由交通作用引起的負載響應和在低溫下由熱收縮產生的負載響應。Oliver的研究還發現加工處理溫度超過200℃，彈性恢復可以達到一個最大值，恢復程度與橡膠濃度成正比，較小微粒比較大微粒對彈性恢復更有利。Bahia等研究指出細橡膠粉改性瀝青的延度比粗橡膠改性瀝青的延度大。美國Texas交通局的研究顯示較細橡膠粉對低溫性能的影響更有效。Duvall研究顯示膨脹所需時間隨粒徑平方而增加，故細橡膠粉的改性比粗橡膠粉明顯。

(3)加工條件對膠粉改性瀝青的影響

早期的橡膠粉改性瀝青主要在低溫和低剪切速率下制備，但大量研究顯示，這樣制得的改性瀝青為非均相系統，橡膠粉以溶脹的形式存在于瀝青中。雖然此種道路改性瀝青與基質瀝青相比在寒冷溫度下勁度降低、對中溫車轍阻力更強，但其非均相性會產生膠粉沉降現象，并且在壓實溫度下黏度高，會導致道路的開裂和松散。Billiter等[11]研究發現，高溫、高剪切速率加工處理可導致橡膠的溶解增加，改善瀝青的低、中溫流變性質，降低高溫黏度。Memon等[12]研究發現，只用剪切過程就可改善橡膠粉改性瀝青的溫度敏感性;若在加熱條件(267℃)剪切2h，然后攪拌處理(228℃，95min)，則能達到更好的降解和脫硫效果。實際上，較高的溫度和較長的改性時間會導致橡膠粉改性瀝青過度降解，使改性瀝青的物理性質受到很大影響。

4 廢膠粉改性瀝青的混合料研究

康曉惠等[13]研究結果表明，膠粉摻量為15%時，瀝青混合料的各項路用性能達到最佳值，由此可確定膠粉最佳摻量為15%。膠粉改性瀝青的軟化點、延度、針入度指數、當量軟化點升高，說明其高溫穩定性得到了改善;針入度、針入度敏感性系數當量脆點降低，說明其低溫

抗裂性得到了改善。膠粉改性瀝青混合料的穩定度、彎曲應變、動穩定度、疲勞壽命提高，流值降低，說明其高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性、疲勞耐久性得到了改善。并得出以下結論:(1)膠粉改性瀝青混合料既能全面提高瀝青混合料的路用性能，又能很好的解決瀝青混合料高溫性能和低溫性能之間的矛盾。(2)廢舊膠粉改性瀝青混合料在經濟上，比其它同類改性瀝青混合料成本低，且改性效果較好，因此有著良好的應用前景。(3)廢舊橡膠作為一種環境污染物，隨著世界工業化的發展進程，其污染問題將會越來越嚴重。將廢舊橡膠加工成橡膠粉摻入瀝青中，作為路面建筑材料，有利于減少環境污染，有利于經濟的可持續發展.

5 結論

隨著我國目前對廢橡膠粉改性瀝青的研究日益深入，廢橡膠粉改性瀝青的利用必將進一步增加，對實現資源的循環利用和環境友好大為有利.

參考文獻

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