廢胎粉的處理工藝及在橡膠瀝青中的應用

李 林，洪錦祥，黃 沖，鄧 成，張德育，蔡廣楠

（1.江蘇省建筑科學研究院有限公司，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行預處理，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、存儲穩定性來評價幾種處理工藝的優劣性。試驗結果表明：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定性最佳，而微波處理工藝最經濟。

廢舊橡膠粉； 處理工藝； 橡膠瀝青； 存儲穩定性

廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，其回收和處理技術是世界性的難題，長期以來，處置廢舊輪胎也一直是環境保護的難題。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、滋生細菌，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，同時可以節約成本降低養護費用，其研究和應用具有深遠的環保效益、經濟效益和社會效益［2，3］。然而，目前公認的橡膠瀝青（橡膠粉內摻大于15%）存在由于橡膠瀝青黏度大、易離析、高溫儲存穩定性差、味道大、能耗高等諸多問題，制約了橡膠瀝青的大規模生產與工程應用［4］。從理論上來說，通過對廢胎粉預處理活化，從而提高廢胎粉和瀝青之間的界面結合力，能夠提高橡膠瀝青的儲存穩定性等相關性能［5－9］。因此，該文采用4種不同的工藝方法對廢胎粉進行預處理，研究幾種處理工藝對橡膠瀝青的性能作用效果，以期指導橡膠瀝青的規模化生產應用。

1 實 驗

1.1 材料

廢胎粉：福建省金泉建設集團有限公司，常溫研磨制備，粒徑40目；H2O2：30%，上海凌峰化學試劑有限公司；CCl4：分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；NaOH：分析純，上海凌峰化學試劑有限公司；微波反應發生器：功率600W；基質瀝青：SK－70＃重交通道路石油瀝青，其技術指標見表1。

表1 70＃石油瀝青技術指標

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3h。過濾，洗滌，干燥，儲存備用［9］。

1.3 橡膠瀝青的制備工藝與測試方法

將上述預處理的廢胎粉分別按照20∶80的質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、存儲穩定性等性能，測試方法參照JTGE 20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中的方法進行。

2 結果與分析

2.1 粘度

粘度是由流體內部分子結構之間的相互作用力形成的摩擦，外在表現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果。

從圖1可看出：無論是基質瀝青、未處理和預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，預處理的廢胎粉瀝青具有比基質瀝青和未處理的橡膠瀝青具有更高的粘度。因此，經過預處理工藝，使得廢胎粉表面結構發生變化，從而使處理的橡膠瀝青在載荷作用下發生較小的剪切形變，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，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果如表3所示。

表3 橡膠瀝青軟化點試驗結果

由表3可知：預處理廢胎粉處理瀝青的軟化點比未處理橡膠瀝青和基質瀝青軟化點高；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，與路面開裂有密切關系。表4是橡膠瀝青的5℃延度試驗結果。

表4 幾種橡膠瀝青的低溫延度

由表4可知：基質瀝青在低溫下，拉伸性能差，基本上剛受力則發生斷裂；經預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 儲存穩定性

儲存穩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果。

表5 橡膠瀝青離析試驗結果

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

2.5 經濟性評價

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

2.6 機理分析

由試驗結果可知，相對于未處理的橡膠瀝青，經過預處理后，橡膠瀝青具有更好的高低溫性能與儲存穩定性，這是因為在處理工藝過程中廢胎粉表面結構發生變化。首先，預處理時廢胎粉溶脹，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、發生化學反應，增強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在處理過程中發生化學脫硫、氧化反應，增加廢胎粉的表面活性，促進了廢胎粉和瀝青的接枝或交聯反應的發生，從而提高了橡膠瀝青的高低溫性能和儲存穩定性。

3 結 論

a.廢胎粉處理具有溫度敏感性，預處理的廢胎粉處理瀝青具有更高的粘度。

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

c.相對于其他處理工藝，微波處理的設備簡單，時間短，最經濟。

d.預處理過程工藝使廢胎粉表面膨松變形，化學鍵發生斷裂，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：化學工業出版社，1997.

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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.

江蘇省建設廳科學計劃項目（JS2011JH26；JS2012JH13）.

李 林（1986－），碩士.E－mail：lilin＠cnjsjk.cn