瀝青改性母粒的制備及應用性能測試

梁姍姍　石寧　姜康　張秀斌

摘 要： 本課題針對國產瀝青及瀝青加工企業現有生產條件，從環境保護及降低工程造價角度出發，將再生橡膠作為道路瀝青改性劑，通過基質瀝青和改性劑研制出一種瀝青母體（以下簡稱母粒），設計出一套將再生橡膠作為道路瀝青改性劑的加工工藝，用來改善國產瀝青的力學性能，大幅提高中、輕道路瀝青性能，達到高等級道路性能要求。

關鍵詞： 改性劑 改性瀝青 再生橡膠 母粒

一、引言

石油瀝青是原油精餾后的產物，由于具有優異的防水性能和黏結性能，廣泛應用于道路表面及防水材料，普通道路瀝青由于自身組成和結構決定了其感溫性能差，高溫時蠕變嚴重，易流淌，低溫延度小，低溫易開裂，難以滿足高等級公路的使用要求，隨著社會經濟的不斷發展，道路交通量越來越大，車輛軸載越來越重，這對瀝青的性能要求越來越高[1]。世界各國對道路瀝青改性進行了廣泛深入的研究，主要采用添加改性劑[2]的方法，改性劑可分為聚合物、表面活性劑、防老劑及無機填料等四類。采用聚合物對道路瀝青實施改性，可以明顯改善瀝青的力學性能，如提高軟化點，與之相應的瀝青混合料的抗車轍性得到顯著提高；增加低溫延度，相應的瀝青混合料低溫彎曲破壞勁度模量降低，低溫抗開裂性得到改善，同時還可以增加混合料的強度和穩定性，從而延長瀝青路面使用壽命[3]。

目前研究的改性瀝青大多數為熔融高溫儲存，在儲存期間改性劑與瀝青容易因相容性發生分離，為解決這一難題且出于環境保護及降低工程造價的需要，本課題采用再生橡膠和PE為主要改性劑研制出再生膠瀝青母體，提高國產低等級道路瀝青的路用性能，同時可以減少污染，充分利用資源，降低成本，采用再生橡膠廢舊塑料為主要改性劑與瀝青經轉矩共混，混合均勻后將混合物經由造粒機制作瀝青改性母粒，這一方式避免了改性瀝青必須高溫下存放，節約能源且方便貯存，在使用時將母粒加入到熱的基質瀝青中混合均勻即可使用。

二、實驗一：直接法改性瀝青

首先將再生膠造粒，保證顆粒尺寸盡可能小，顆粒大小均勻。擬用LDPE代替廢舊PE研究其試驗工藝，將LDPE顆粒破碎，使其均一，尺寸最小化。

利用電加熱套加熱，由于LDPE的熔融溫度在130℃左右，選取最低加熱溫度為130℃，分別選取130℃、150℃、170℃、190℃四個溫度參數，觀察改性劑在基質瀝青中的分散效果。機械攪拌常州國華電器有限公司電動攪拌器（JJ—1型），前期嘗試由于實驗條件有限發現攪拌速度不能過高，當攪拌速度在第一檔時不會出現溶液飛濺。故選擇固定的攪拌速度，只考慮加熱溫度和攪拌時間兩個參數，考察改性瀝青分散性。試驗主要流程見下圖。

圖3-1 直接法改性瀝青試驗流程

實驗證明：攪拌溫度對改性劑在基質瀝青中的分散有著重要影響。溫度每升高20℃，改性劑在基質瀝青中的溶解時間就會減少20min左右。但是，當溫度升高到170℃時，基質瀝青會產生少量黑煙。此時，瀝青老化加劇，溫度太高、消耗熱量較多與試驗提出的節能環保相違背。再生膠與PE直接法改性瀝青加熱溫度與攪拌時間比較，能夠發現PE的溶解時間比再生膠時間久。

三、實驗二：母粒法改性瀝青

母體法最主要的優點就是改性劑能夠與瀝青完成預共混的過程。本實驗通過轉矩流變儀進行改性劑與基質瀝青共混，轉矩流變儀是研究材料的流動、塑化、熱、剪切穩定性的理想設備。

在轉矩流變儀中的填料順序依次是再生膠[4]、LDPE，還有古馬隆。等這三樣共混完全后然后添加基質瀝青，因為LDPE的熔融溫度為120℃，但是瀝青在這個溫度下已經完全變成流體。如果提前加入瀝青扭矩幾乎為零，改性劑不能充分混合，不能得到基質瀝青預共混結果。

圖3-2 母粒法改性瀝青試驗流程

母粒法改性瀝青加熱溫度與攪拌時間可以看出相同溫度下攪拌時間比直接法少30min左右。母粒改性瀝青，在母粒溶于基質瀝青之前就完成了預融過程。

實驗過程中發現：在基質瀝青中添加不同含量再生橡膠，改性瀝青的基礎性能是隨著再生膠添加量的增加而優化的。當LDPE添加量在6%時是各項指標都能滿足《聚合物改性道路瀝青》EVA、PE類基本性能要求。利用轉矩流變儀進行改性劑與基質瀝青共混預融，生產瀝青改性母粒。當生橡膠和PE復合母選取WR 30份、PE 20份、瀝青20份、古馬隆2.5份時和再生橡膠和WPE復合母選取WR 30、WPE 15份、瀝青20份、古馬隆2.5份時改性瀝青性能比優越。復合改性瀝青能夠與SBS瀝青具有杰出的高、低溫性能媲美。母粒在基質瀝青中分散效果比SBS在基質瀝青中的分散工藝簡單，攪拌剪切時間短，實現了再生膠與廢舊塑料的二次利用，能夠很好地滿足節能環保的要求。

四、不同時間段改性母粒在基質瀝青中的分散情況

取一定量的瀝青改性母粒，放入加熱好的基質瀝青中。每隔一段時間（20min）取出部分改性瀝青觀察其分散效果。圖中能夠明顯看出母粒的溶解情況，粗略判斷母粒在基質瀝青中的溶解速度。

再生膠改性瀝青的基礎性能大部分都是隨著再生膠添加量的增加，性能隨之優化的。由于是再生橡膠，其基本性能比成品膠有所差異。但是，再生膠污染，再次利用已經成為刻不容緩的問題。再生膠作為改性劑制備改性瀝青有著得天獨厚的優點[5]。

1.隨著再生膠添加量增大，針入度減小，軟化點提高，黏度增大。這說明改性瀝青的高溫穩定性提高，對夏季行車的路面車轍、壅包現象有改善。

2.針入度指數不斷減小，溫度敏感性降低。溫度較低時，瀝青變脆使路面發生應力開裂；溫度較高時，路面變軟，受承載車輛作用而變形。低溫性能得到改善，增加瀝青的柔韌性。

3.黏附性增強。由于石料表面粘附的橡膠瀝青膜厚度增加，可提高瀝青路面抗水侵害能力，延長路用壽命。

4.增加車輛輪胎與路面的抓著性，提高行駛安全，降低噪聲污染。

5.成本降低，加工工藝簡單，節能環保。

五、結果

生橡膠和PE復合母選取WR 30份、PE 20份、瀝青20份、古馬隆2.5份時和再生橡膠和WPE復合母選取WR 30、WPE 15份、瀝青20份、古馬隆2.5份時夠滿足《聚合物改性道路瀝青》SBS類（Ⅰ-C類）基本性能指標改性瀝青的性能。與SBS改性瀝青成本比較，其成本大大減小。

WR和PE及WR和WPE復合改性瀝青WR和PE及WR和WPE復合改性瀝青能夠與SBS瀝青具有的杰出的高、低溫性能媲美。母粒在基質瀝青中分散效果比SBS在基質瀝青中的分散工藝簡單，攪拌剪切時間短，實現再生膠與廢舊塑料二次利用，能夠很好地滿足節能環保的要求。

參考文獻：

[1]楊軍，等.聚合物改性瀝青[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]張金升，等.道路瀝青材料[M].哈爾濱工業大學出版社，2013.

[3]Lewandowski L H.polymer modification of Paving asphalt binders[J].Rubber Chen Technal，1994.

[4]陳文青.黃承亞.國外擠出法再生廢舊橡膠的研究進展[J]合成橡膠工業，2008.9.

[5]廖克儉，叢玉鳳.道路瀝青生產與應用技術.化學工業出版社，2008.