廢胎粉的處理工藝及在橡膠瀝青中的應(yīng)用

李 林，洪錦祥，黃 沖，鄧 成，張德育，蔡廣楠

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，南京 210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 210008）

廢胎粉的處理工藝及在橡膠瀝青中的應(yīng)用

李 林1，2，洪錦祥1，2，黃 沖1，2，鄧 成1，2，張德育1，2，蔡廣楠1，2

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，南京 210008；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，南京 210008）

采用微波、NaOH、CCl4、H2O24種不同的處理工藝對廢胎粉進(jìn)行預(yù)處理，并以此制備出4種橡膠瀝青。通過測試廢胎粉處理瀝青的軟化點、延度、粘度、存儲穩(wěn)定性來評價幾種處理工藝的優(yōu)劣性。試驗結(jié)果表明：與未處理的廢胎粉處理瀝青相比，四種處理工藝的橡膠瀝青的軟化點、延度、存儲穩(wěn)定性均有一定幅度的改善。H2O2處理后橡膠瀝青的軟化點最高，CCl4處理后橡膠瀝青低溫延度最好，H2O2處理后橡膠瀝青的高溫儲存穩(wěn)定性最佳，而微波處理工藝最經(jīng)濟(jì)。

廢舊橡膠粉； 處理工藝； 橡膠瀝青； 存儲穩(wěn)定性

廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，其回收和處理技術(shù)是世界性的難題，長期以來，處置廢舊輪胎也一直是環(huán)境保護(hù)的難題。世界各國最普遍的解決方法是把廢舊輪胎掩埋或堆放，不僅需要征用土地，且大量的堆積極易引起火災(zāi)、滋生細(xì)菌，造成二次公害［1］。

很多研究者將廢舊橡膠胎粉用于瀝青改性中制備成橡膠改性瀝青或者橡膠瀝青。這是因為廢舊橡膠胎粉加入瀝青后，可以大幅度改善路面的抗車轍能力和抗滑性能，減少其疲勞與反射裂縫，降低路面對于溫度的敏感性，降低路面噪音，同時可以節(jié)約成本降低養(yǎng)護(hù)費用，其研究和應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益［2，3］。然而，目前公認(rèn)的橡膠瀝青（橡膠粉內(nèi)摻大于15%）存在由于橡膠瀝青黏度大、易離析、高溫儲存穩(wěn)定性差、味道大、能耗高等諸多問題，制約了橡膠瀝青的大規(guī)模生產(chǎn)與工程應(yīng)用［4］。從理論上來說，通過對廢胎粉預(yù)處理活化，從而提高廢胎粉和瀝青之間的界面結(jié)合力，能夠提高橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性等相關(guān)性能［5－9］。因此，該文采用4種不同的工藝方法對廢胎粉進(jìn)行預(yù)處理，研究幾種處理工藝對橡膠瀝青的性能作用效果，以期指導(dǎo)橡膠瀝青的規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用。

1 實 驗

1.1 材料

廢胎粉：福建省金泉建設(shè)集團(tuán)有限公司，常溫研磨制備，粒徑40目；H2O2：30%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；CCl4：分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；NaOH：分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；微波反應(yīng)發(fā)生器：功率600W；基質(zhì)瀝青：SK－70＃重交通道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 70＃石油瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 廢胎粉處理工藝

1）微波處理工藝 將廢胎粉置于80℃烘箱干燥2h，干燥后的廢胎粉置于功率為600W微波反應(yīng)器輻照60s，制得活化廢胎粉，備用［5，6］。

2）NaOH處理工藝 稱取一定量膠粉加入到帶有攪拌器和溫度控制的三口燒瓶中，加入500mL飽和的 NaOH 溶液，浸泡20min，過濾，洗滌，干燥，備用［7］。

3）CCl4處理工藝 稱取一定量膠粉加入到帶有攪拌器和溫度控制的1 000mL的三口燒瓶中，加入500 mL CCl4，浸泡2h，過濾，洗滌，干燥，備用［8］。

4）H2O2處理工藝 稱取一定量膠粉加入到帶有攪拌器和溫度控制的1 000mL的三口燒瓶中，緩慢加入雙氧水200g，保持恒溫反應(yīng)3h。過濾，洗滌，干燥，儲存?zhèn)溆茫?］。

1.3 橡膠瀝青的制備工藝與測試方法

將上述預(yù)處理的廢胎粉分別按照20∶80的質(zhì)量比例加入到瀝青中，在175℃的油浴鍋中高速攪拌1h，攪拌速度為3 000r／min即可制得橡膠瀝清。然后測試橡膠瀝清的針入度、軟化點、延度、粘度、存儲穩(wěn)定性等性能，測試方法參照J(rèn)TGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 粘度

粘度是由流體內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)之間的相互作用力形成的摩擦，外在表現(xiàn)為抵抗流體流動的能力。研究處理瀝青流變特性對施工工藝的選擇具有重要的作用。表2是處理瀝青在不同溫度下粘度的試驗結(jié)果。

從圖1可看出：無論是基質(zhì)瀝青、未處理和預(yù)處理的橡膠瀝青其粘度均隨溫度的增加而逐漸減小；H2O2處理的橡膠瀝青粘度最大；在測試溫度范圍，預(yù)處理的廢胎粉瀝青具有比基質(zhì)瀝青和未處理的橡膠瀝青具有更高的粘度。因此，經(jīng)過預(yù)處理工藝，使得廢胎粉表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使處理的橡膠瀝青在載荷作用下發(fā)生較小的剪切形變，具有較好的抗流動變形能力和抗車轍能力。

表2 不同溫度下橡膠瀝青的粘度

2.2 高溫性能

軟化點是道路瀝青的最基本的一種性能指標(biāo)，軟化點越高，瀝青的高溫性能就越好。幾種處理工藝下的橡膠瀝青的軟化點試驗結(jié)果如表3所示。

表3 橡膠瀝青軟化點試驗結(jié)果

由表3可知：預(yù)處理廢胎粉處理瀝青的軟化點比未處理橡膠瀝青和基質(zhì)瀝青軟化點高；H2O2處理的橡膠瀝青軟化點71.6℃，相對于其他3種處理工藝的橡膠瀝青軟化點最高，即H2O2處理的橡膠瀝青具有更好的高溫性能。

2.3 低溫性能

低溫延度是評價處理瀝青性能的重要指標(biāo)，與路面開裂有密切關(guān)系。表4是橡膠瀝青的5℃延度試驗結(jié)果。

表4 幾種橡膠瀝青的低溫延度

由表4可知：基質(zhì)瀝青在低溫下，拉伸性能差，基本上剛受力則發(fā)生斷裂；經(jīng)預(yù)處理的橡膠瀝青具有更好的低溫延展性，其中CCl4處理的橡膠瀝青的5℃延度最好，低溫性能最好。

2.4 儲存穩(wěn)定性

儲存穩(wěn)定性是聚合物改性瀝青的離析試驗表征，用于評價改性劑與瀝青的相容性。表5是橡膠瀝青離析試驗結(jié)果。

表5 橡膠瀝青離析試驗結(jié)果

由表5可知：未處理橡膠瀝青的上下軟化點差值為7.5℃，儲存穩(wěn)定性差；與未處理的橡膠瀝青比較，預(yù)處理的橡膠瀝青儲存穩(wěn)定性明顯較好；H2O2處理的橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性優(yōu)于其他3種處理工藝。說明在廢胎粉處理過程中改變其表面結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上提高橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性。

2.5 經(jīng)濟(jì)性評價

從處理工藝的原材料成本分析，飽和NaOH溶液和H2O2處理工藝設(shè)備簡單，時間相對較短，但不能夠循環(huán)回收利用，使用兩次后需要更換或添加新溶液。CCl4處理工藝設(shè)備簡單，溶劑可多次反復(fù)使用，但處理時間長，CCl4損耗，成本高。微波處理工藝，時間短，設(shè)備簡單，操作簡單，僅需微波反應(yīng)器和電費。因此，從長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益比較，微波處理工藝具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

2.6 機(jī)理分析

由試驗結(jié)果可知，相對于未處理的橡膠瀝青，經(jīng)過預(yù)處理后，橡膠瀝青具有更好的高低溫性能與儲存穩(wěn)定性，這是因為在處理工藝過程中廢胎粉表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。首先，預(yù)處理時廢胎粉溶脹，表面形狀變得膨松，增大與瀝青的接觸面積，有利于瀝青的滲透、溶脹、發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增強(qiáng)廢胎粉對瀝青處理能力；其次，廢胎粉表面的 C＝S、 S＝S以及 C＝C在處理過程中發(fā)生化學(xué)脫硫、氧化反應(yīng)，增加廢胎粉的表面活性，促進(jìn)了廢胎粉和瀝青的接枝或交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，從而提高了橡膠瀝青的高低溫性能和儲存穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

a.廢胎粉處理具有溫度敏感性，預(yù)處理的廢胎粉處理瀝青具有更高的粘度。

b.預(yù)處理工藝有利于改善廢胎粉處理瀝青的軟化點、延度、儲存穩(wěn)定性。H2O2處理的廢胎粉處理瀝青軟化點和儲存穩(wěn)定性最好，CCl4處理的延度最好。

c.相對于其他處理工藝，微波處理的設(shè)備簡單，時間短，最經(jīng)濟(jì)。

d.預(yù)處理過程工藝使廢胎粉表面膨松變形，化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，增加了廢胎粉表面活性與瀝青相容性。

［1］陳占勛.廢舊高分子材料資源及綜合利用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997.

［2］何 亮，黃曉明，馬 育.橡膠處理瀝青儲存穩(wěn)定性試驗研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報，2011，41（5）：1086－1091.

［3］Robert Y Liang，Suckhong Lee.Short－term and Long－term Aging Behavior of Rubber Modified Asphalt Paving Mixture［J］.Transportation Research Record：Journal of the Transportation Research Board，1996，15（30）：11－17.

［4］Mull M A，Stuart K，Yehia A.Fracture Resistance Characterization o Chemically Modified Crumb Rubber Asphalt Pavement［J］.Journal of Materials Science，2002，37（3）：557－566.

［5］馬愛群.微波輻射活化廢膠粉處理瀝青性能及共混機(jī)理研究［D］.揚州大學(xué)，2006.

［6］尹繼明.活化廢膠粉處理瀝青儲存穩(wěn)定性與抗老化性能試驗研究［D］.揚州大學(xué)，2008.

［7］Segre N，Joekes I.Use of Tire Rubber Particles as Addition to Cement Paste［J］.Cemnt and Concrete Research，2000，30（9）：1421－1425.

［8］Rostami H，Leppr J，Silverstraim T，et al.Use of Recycled Rubber Tire in Concrete［C］／／Proceedings of the International Conference on Concrete 2000，University of Dundee，Scotland，UK，1993：391－399.

［9］牟東蘭，楊 冰，韓迎春，等.次氯酸鈉對硫化橡膠粉表面的氧化處理研究［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2010，22（2）：244－247.

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.

江蘇省建設(shè)廳科學(xué)計劃項目（JS2011JH26；JS2012JH13）.

李 林（1986－），碩士.E－mail：lilin＠cnjsjk.cn