基于化学改性的废胶粉复合 改性沥青性能与机理研究

为探究废胶粉复合改性沥青性能与改性机理,采用软化点、5℃延度、弹性恢复、动态剪切流变试验指标等来评价其性能,通过微观形貌观测、红外光谱图、差示扫描量热法进行微观分析,将其与普通胶粉改性沥青、基质沥青进行对比,分析废胶粉复合改性沥青的改性机理.结果表明,废胶粉复合改性沥青具有更高的PG高温等级,表现出更好的高温性能;储存48 h废胶粉复合改性沥青仅有少量的废胶粉大颗粒开始被沥青胶团吸附并下沉,至储存72 h后才出现明显的离析现象,储存稳定性能得到明显改善;微观形貌下废胶粉复合改性沥青大部分胶粉颗粒均匀分散在沥青中,排列致密,形成亚均相结构;废胶粉复合改性沥青表现为物理共混改性的同时存在化学反应;相较于单一的物理改性,在复合改性的作用下,整个体系呈致密交联型网络状结构,使得分子间结合牢固,低温性能方面表现更好.     

SBS/废胶粉复合改性沥青的性能

以AH-70为基质沥青,加入经糠醛抽出油预溶胀的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS),外掺胶粉制备复合改性沥青(SBS/CRMA)。通过正交试验考察糠醛抽出油掺量、胶粉掺量、搅拌温度和搅拌时间对改性沥青性能的影响,采用动态剪切流变仪对SBS/CRMA、SBS改性沥青(SBSMA)和胶粉改性沥青(CRMA)的流变性能进行分析,并通过荧光显微镜观察SBS/CRMA的微观结构。由正交试验得到最优方案为:糠醛抽出油掺量8%(质量分数)、胶粉掺量25%(质量分数)、搅拌温度210℃和搅拌时间2.5h。在最优方案下制得SBS/CRMA的5℃延度为327mm、软化点为78.0℃、弹性恢复91.6%。SBS/CRMA在低温下更柔韧,高温下更坚硬,温度敏感性降低,抗车辙形变能力增强。结合荧光显微镜结构图,提出了SBS/CRMA的三维网络结构模型。     

微波辐射废胶粉改性沥青的反应机理

采用微波辐射的方法对废胶粉表面进行活化,用高速剪切工艺在实验室制备了废胶粉改性沥青,基质沥青为泰州中海70#,废胶粉为80目,掺量为15%.利用电子扫描显微镜(SEM)形貌观测和溶胀试验研究了微波辐射废胶粉的活化机理.结果表明:辐射后的废胶粉表面蓬松呈絮状结构,有利于沥青中的轻质油分渗入到废胶粉内部,微波辐射后的废胶粉的溶胀程度较大,充分发挥其对沥青的改性作用.SEM分析得到微波辐射废胶粉改性沥青的网络结构更加均匀和致密,使其性能得到很大提高.差示扫描热量(DSC)分析表明,微波辐射废胶粉改性沥青的热稳定性得到明显改善.     

废胎胶粉沥青的改性机理

模拟废胎胶粉改性沥青生产与储存状态,对废胎胶粉加入沥青后,沥青的粘度和四组分随时间的变化情况进行了试验研究,并借助红外光谱试验、荧光显微镜和差示扫描热量法(DSC)等手段分析了废胎胶粉沥青改性机理。结果表明:废胎胶粉加入沥青后在高温下储存,相对于基质沥青,废胎胶粉沥青中的沥青质、饱和酚、芳香酚显著减少,胶质显著增加,粘度相应提高;胶粉在沥青中溶胀、脱硫和降解,胶粉中的活性物质进入沥青胶体体系中,达到改善沥青温度敏感性、老化性能的效果;常温及低温条件下,未溶解的胶粉颗粒起到增强沥青的弹性性能和提高其抗裂性能的作用。     

橡胶沥青的改性机理

针对橡胶沥青改性机理的复杂性,采用扫描电镜、红外光谱、差热分析、微观结构分析、组分分析及胶粉化学分析等方法,研究了橡胶沥青混溶体系的改性机理。结果表明:胶粉溶胀后互相粘连,形成网络结构,基质沥青由匀质体变成了胶粉和沥青构成的两相连续共混结构体系;胶粉与基质沥青间以物理溶胀为主,但存在弱化学反应,且随时间延长,化学反应越明显;溶胀胶粉形成阻尼作用,提高了橡胶沥青粘度;沥青的改性源于溶胀胶粉构成的网络结构和胶粉脱硫降解对沥青组分的改善作用;天然橡胶对沥青的改性效果优于合成橡胶。     

有机蒙脱土/废胶粉复合改性沥青的性能

采用熔融共混法制备了有机蒙脱土(OMMT)/废胶粉复合改性沥青,通过X射线衍射(XRD)分析和原子力显微镜(AFM)分析表征了复合改性沥青的微观结构,研究了复合改性沥青的物理性能、抗热氧老化性能和热储存稳定性.结果表明:OMMT的掺入使废胶粉在沥青中的分散更加均匀,OMMT/废胶粉复合改性沥青形成剥离结构;与废胶粉改性沥青相比,OMMT/废胶粉复合改性沥青的高温性能得到改善,随着OMMT掺量的增加,软化点大幅升高,25℃针入度及5℃延度减小;与废胶粉改性沥青相比,OMMT/废胶粉复合改性沥青的抗热氧老化性能和热储存稳定性明显提高.     

改性沥青的流变性和储存稳定性研究

以高富AH-50为基质沥青分别制备SBS、胶粉和EVA改性沥青,利用动态剪切流变仪(DSR)分析不同种类改性沥青动态黏弹参数(储存模量G'和损失模量G″)随频率和温度的变化,结合60℃稳态流动试验和Carreau模型表征沥青的流变性能,并用储存稳定指数IS表征不同改性剂与沥青的相容性能。结果表明:试验范围内,随频率的增加G'和G″逐渐变大,相同频率下G'明显小于G″,改性沥青以黏性成分为主,且两者的差值在低频和高温下较大;与基质沥青相比,SBS和胶粉改性沥青的临界剪切速率γc降低幅度远大于EVA改性沥青的γc,SBS和胶粉的掺加使沥青偏离牛顿流体的程度更大,对剪切的敏感性更高;SBS和胶粉与沥青的相容性较差,在相分离时SBS迁移至上段,胶粉迁移至下段,而EVA与沥青的相容性较好,体系不易发生相分离。     

预降解工艺对废胶粉改性沥青性能的影响

采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)萃取糠醛抽出油中的芳烃组分,并利用糠醛抽出油NMP萃取油(FEONMP)对废胶粉预降解,将预降解产物作为改进剂与废胶粉混合后添加到沥青中进行研究。考察了传统湿法工艺和预降解工艺对废胶粉改性沥青性能的影响,采用动态剪切流变仪和荧光显微镜对废胶粉改性沥青的作用机理进行研究。结果表明,相比传统湿法工艺,预降解工艺能显著提高改性沥青的低温延度和高温存储稳定性。荧光显微图表明,由于废胶粉的预降解作用,预降解工艺能使废胶粉在沥青中形成连续交联的网络结构。     

废旧胶粉特性对橡胶沥青高温性能的影响机理

采用动态剪切流变试验,研究了废旧胶粉掺量、粒径、制备工艺等特性对橡胶沥青以及滤除胶粉后改性沥青高温性能的影响,在此基础上,探讨了胶粉与沥青的反应作用与颗粒作用对橡胶沥青高温性能的影响机理,发现基质沥青中加入废旧胶粉制备得到的橡胶沥青及滤除胶粉的改性沥青的车辙因子均出现了较大幅度的提升,增长幅度因废旧胶粉的工艺、掺量和粒径的不同而不同.常温法胶粉与沥青的反应较冷冻法胶粉与沥青的反应明显;大颗粒胶粉有利于胶粉与沥青的反应;增大胶粉掺量有利于胶粉与沥青的初期反应作用.常温胶粉改性沥青的颗粒作用大于相同条件下冷冻胶粉改性沥青的颗粒作用,常温法与冷冻法胶粉改性沥青的颗粒作用均随着胶粉掺量和目数的增加而增大.胶粉改性沥青的高温性能主要取决于废旧胶粉与沥青的反应作用,而橡胶沥青中胶粉的颗粒作用对其贡献较小.结果表明:废旧胶粉特性对橡胶沥青的高温性能影响显著,合理地选择废旧胶粉参数有助于制备高性能的橡胶沥青.     

岩沥青复合改性沥青流变性能

为改善岩沥青改性沥青的流变性能,使其更好地应用于实际工程,分别添加不同掺量的胶粉、SBS和岩沥青,制备得到胶粉/岩沥青复合改性沥青(CR/RACMA)和SBS/岩沥青复合改性沥青(SBS/RACMA),采用针入度、软化点和黏度试验筛选改性剂掺配方案,应用频率和温度两种扫描模式下的动态剪切流变(DSR)和弯曲梁流变(BBR)试验分析岩沥青复合改性沥青的流变性能,利用Black曲线探讨岩沥青复合改性沥青的时温等效原理有效性及黏弹特性,并通过多应力蠕变恢复试验评价岩沥青复合改性沥青的抗永久变形能力.结果表明,CR/RACMA较SBS/RACMA具有更好的高温性能和温度敏感性;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更优的PG分级,其中添加18%胶粉和5%岩沥青的CR/RACMA的PG分级最优;SBS/RACMA具有更加明显的时温依赖性,而CR/RACMA不适用于时温等效原理;CR/RACMA较SBS/RACMA具有更高的弹性成分和更小的不可恢复应变,其中添加18%胶粉和5%岩沥青和添加14%胶粉和12%岩沥青的复合改性沥青表现出相近的抗永久变形能力.综合流变性能试验分析得到18%胶粉和5%岩沥青是岩沥青复合改性沥青的合理掺配.     

橡塑合金改性沥青混合料路用性能研究

为了研究橡塑合金改性沥青混合料的路用性能,采用精密开炼机将废轮胎胶粉和废塑料制备成橡塑合金,对基质沥青及混合料进行改性,采用正交试验确定AC-13型、SMA-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数,通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和小梁弯曲试验,对橡塑合金改性沥青混合料和废轮胎胶粉改性沥青混合料的路用性能进行对比研究。结果表明,AC-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数分别为油石比4.8%、拌和温度180℃、击实温度165℃;SMA-13型橡塑合金改性沥青混合料的成型参数分别为油石比6.1%、拌和温度185℃、击实温度170℃,与废轮胎胶粉改性沥青混合料相比,橡塑合金改性沥青混合料的高温稳定性和水稳定性更好,但低温抗裂性较差。     

橡胶沥青、废轮胎胶粉改性沥青的性能与推广应用

改革开放以来,我国的交通运输事业取得了举世瞩目的成就。科学发展观提出后,社会各界都在为建立节约环保型社会而努力,这也是交通运输业的重大任务。就要求工程技术人员研究推广出材料节约、循环利用、环保的新型路面材料。本文对橡胶沥青、废轮胎胶粉改性沥青、SBS改性沥青的术语进行解释并对三种沥青材料的沥青性能常规试验和PG分级结果进行对比,以便为废胎胶粉和橡胶沥青在我国道路工程建设和养护中的应用进行推广。     

橡胶粉在热沥青中的溶胀降解特性分析

制备废胶粉改性沥青是实现废橡胶资源化利用及减轻环境污染的有效途径.为了研究胶粉在沥青中的物化行为以及对沥青的改性作用,分别在不同胶粉掺量、不同温度和处理时间条件下制备胶粉改性沥青,采用洗脱法分离胶粉后,使用光学显微镜测定胶粉粒径的变化,提出体积膨胀率表征胶粉在沥青中的体积变化;并对用筛析方法分离胶粉后的沥青样品,进行了红外光谱(IR)和差示扫描量热(DSC)分析.结果表明:制备胶粉改性沥青过程中,溶胀和降解是影响胶粉体积的两个重要因素,随着胶粉掺量增加、制备温度升高和处理时间延长,体积膨胀率均呈先增大后减小趋势;溶胀后的橡胶分子发生断链降解释放出小分子物质溶于沥青组分发挥改性作用,特征官能团吸收峰大幅增强;195℃,1.5 h和175℃,3.0 h制备的沥青样品DSC谱线出现了强烈的吸热峰,即处理温度过高或时间过长,可能发生胶粉过度降解、胶粉团聚或沥青老化行为,使胶粉改性沥青的物化状态发生改变,导致性能劣化.从胶粉溶胀与降解的角度,建议胶粉掺量在20%左右,处理温度不高于195℃,处理时间不超过1.5 h.     

双氧水氧化废轮胎胶粉在改性沥青中的应用

采用双氧水对废轮胎胶粉进行表面氧化改性,将氧化改性胶粉用于制备胶粉改性沥青.通过XPS表征证明氧化改性胶粉表面的C—O和C=O的含量显著增加.通过多因素正交试验方法研究氧化剂用量、氧化温度及氧化时间对胶粉改性沥青的25,℃针入度、软化点和5,℃延度等主要性能指标的影响.运用极差分析法和方差分析法探讨了各影响因素对改性沥青性能的敏感性,发现氧化温度对改性沥青性能指标的影响最大,并提出了胶粉氧化改性的最佳反应条件为:氧化剂用量10,m L,氧化温度80,℃,氧化时间3,h.氧化胶粉改性沥青在不使用界面改性剂的条件下,能够使5,℃延度提高到11.6,cm,主要性能指标达到美国废轮胎胶粉改性沥青标准,说明废轮胎胶粉的表面氧化能够显著提高胶粉与沥青的界面结合强度.     

抽出油活化废胶粉改性沥青老化性能

为探究抽出油活化废胶粉改性沥青(ARMA)的老化性能和老化机理,通过室内加速老化试验分别对ARMA的短期老化和长期老化进行模拟,并利用动态剪切流变仪、傅里叶红外光谱仪、四组分分析、元素分析以及扫描电子显微镜对不同老化条件下ARMA的老化性能和微观结构进行研究。研究结果表明：随着老化程度的加深,ARMA的复数剪切模量、车辙因子以及疲劳因子逐渐增大,相位角逐渐减小,且ARMA的复数剪切模量、相位角及其对应老化指数的变化量均小于废胶粉改性沥青(RMA)的相同指标变化量;ARMA中饱和分、芳香分以及胶质的含量随老化强度的增强而减少,沥青质含量却增加;ARMA中碳、氢元素含量随老化强度的增强而减少,但氧、硫元素含量及芳碳率、环结构缩合指数表现出与之相反的趋势;红外光谱上ARMA的羰基、亚砜基峰强度随老化程度的加深而增强,对应的羰基老化指数和亚砜基老化指数呈增大趋势;C＝C峰强度却随之减小,对应的丁二烯老化指数也呈减小趋势;微观形貌图上ARMA中活化废胶粉与沥青间的界面结合能力随老化作用而逐渐减弱,活化废胶粉逐渐从沥青中突显出;抽出油活化废胶粉改性沥青的抗老化机理是活化作用增强了废胶粉的活性,使废...     

废旧胶粉掺量对改性沥青溶胀机理的影响

为了对废旧胶粉改性沥青的改性原理进行微观分析,利用热重分析、红外光谱测试和SEM电镜扫描等技术手段,从微观角度揭示了不同掺入量(20%、25%、30%、35%、40%)胶粉的70#沥青,经过高温处理后所发生的物理化学反应对改性沥青溶胀机理的影响。研究结果表明,胶粉与沥青具有较好的相容性,且能够较均匀地分布在沥青中,掺入沥青中的胶粉50%以上能够以橡胶相形式与沥青共存;高温使胶粉改性沥青发生氧化分解反应生成新的化学物质;橡胶改性沥青的溶胀性与稳定性随胶粉掺量的增加而有所增加,但高掺量的胶粉会影响改性沥青的性能,添加特殊的氧化剂可以使之显著改善。     

废胶粉/APAO复合改性沥青性能

为了研究废胶粉(WTR)与非晶态α-烯烃共聚物(APAO)对沥青复合改性的效果以及其最优加工工艺。首先采用高速剪切法制备多组不同掺量的WTR/APAO复合改性沥青;然后测定WTR/APAO复合改性沥青的针入度、软化点、黏度、弹性恢复,同时进行了存储稳定性分析与荧光显微镜微观检测;最后通过正交试验确定WTR/APAO复合改性沥青最优加工工艺。研究结果表明:WTR与APAO的掺量(质量分数,下同)分别为15%与4%时,WTR/APAO复合改性沥青的针入度比基质沥青降低了36.8mm,软化点增加了22.9℃,弹性恢复增加了67%,黏度(180℃)增加81%,且其各项指标均满足橡胶沥青评价指标要求;加入适量的WTR与APAO后基质沥青的高温性能和可恢复变形能力得到明显提高,WTR/APAO复合改性沥青具有较好的改性效果;与WTR单独改性相比,加入APAO能使针入度进一步减小,软化点、黏度与弹性恢复进一步增加,APAO的加入能进一步提升WTR的改性效果;加入4%的APAO后,WTR/APAO复合改性沥青比仅掺入15%的WTR改性沥青的软化点降低了3.3℃,APAO的加入能显著提高废胶粉改性沥青的存储稳定性,弥补了废胶粉改性沥青的不足;APAO不仅增进了WTR的分散程度,而且改善了WTR与沥青相的相容性。WTR/APAO复合改性沥青最优加工工艺基本参数为:先加入WTR,后加入APAO,控制剪切温度190℃,剪切时间90min,剪切速度5 000r/min。     

胶粉/高黏剂复合改性SBS沥青的性能与改性机理

通过添加胶粉和高黏剂对SBS改性沥青进行复合改性。采用基本物理指标研究高黏改性沥青的制备工艺;采用软化点差值法评价高黏改性沥青的热储存稳定性;采用动态剪切流变试验(DSR)研究高黏改性沥青的高温流变性能和中温抗疲劳性能;借助傅里叶红外光谱(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)对高黏改性沥青的改性机理进行分析。基本物理试验结果表明:胶粉有助于提高改性沥青的高温性能,但对其低温性能有不利影响,高黏剂能够大幅度提高改性沥青的黏度,最佳的胶粉掺量和三种高黏剂的掺量分别为:10%、8%、7%、8%。离析试验结果表明:三种高黏改性沥青的热储存稳定性满足规范要求。DSR试验结果表明:胶粉和高黏剂有助于提高成品SBS沥青的高温性能和感温性能;短期老化后,其高温性能提高,但对感温性能产生不利影响;胶粉和高黏剂的掺入提高了沥青的中温抗疲劳性能。FTIR结果表明:胶粉和高黏剂与SBS沥青之间既存在物理共混,也有化学反应的发生。DSC结果表明:通过高黏复合改性后,沥青的高温稳定性得到有效提高。     

活化胶粉/SBS复合改性沥青短期老化性能

为了探究SBS复合改性对活化胶粉改性沥青短期老化性能的影响,采用沥青薄膜加热试验(TFOT)模拟复合改性沥青的短期老化行为,通过软化点、针入度、弹性恢复、黏度和测力延度试验对复合改性沥青老化前后的高温性能、低温性能及施工和易性进行评价;以软化点为主要指标,研究复合改性沥青在不同老化条件下的性能稳定性;结合扫描电镜(SEM)及体式显微镜分析活化胶粉/SBS复合改性沥青的微观形貌与短期老化性能的关联性。研究结果表明:活化胶粉/SBS复合改性沥青经短期老化后的高温性能、低温性能及施工和易性相关指标变化幅度降低,SBS的加入改善了活化胶粉改性沥青的耐老化性能;活化胶粉/SBS复合改性沥青的软化点受老化时间及老化温度的影响较小,在不同短期老化条件下具有良好的稳定性;SBS与沥青形成的网状结构有效减缓了活化胶粉/SBS复合改性沥青短期老化期间胶粉的二次降解;体式显微镜照片中发现SBS的加入使活化胶粉/SBS复合改性沥青在短期老化过程中保持了相对稳定的多相结构,有助于胶粉和SBS降解产物与沥青反应补充沥青中的组分,起到抗老化的目的。     

基于红外光谱法的SBS改性沥青共混机理

采用高速剪切工艺在实验室制备了SBS物理和化学改性沥青，基于红外光谱法对SBS改性沥青中沥青的杂原子化合物及SBS中特征官能团进行分析，通过比较基质沥青、SBS、SBS物理改性沥青及SBS化学改性沥青的四种红外光谱图，揭示了SBS改性沥青的共混机理．结果表明SBS物理改性沥青的红外光谱图为基质沥青与SBS红外光谱图的简单叠加，说明SBS与基质沥青只是简单的物理共混共容．而SBS化学改性沥青的红外光谱图却有略微变化，说明由于SBS与基质沥青在强剪切力作用下的溶混炼以及稳定剂的添加，其中少量的SBS发生断裂，产生大分子自由基，从而与基质沥青发生化学反应，SBS之间发生交联反应而SBS与基质沥青之间发生了接枝反应．利用红外光谱法还可以测定SBS改性沥青中SBS的含量，从而评价SBS改性沥青的技术性能．