废橡胶在道路沥青中的稳定环保化应用.pdf

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1、废橡胶在道路沥青中的稳定环保化应用王仕峰，张宏雷，张勇，张隐西(上海交通大学高分子材料研究所，上海200240)摘要：针对目前废橡胶胶粉改性道路沥青技术中凸显的原材料问题，根据近些年国内外橡胶沥青研究成果，总结了胶粉类型、研磨工艺、粒径以及脱硫预处理等关键参数对沥青结构与性能的影响，以此指导废橡胶在道路沥青中的环保化应用。关键词：道路沥青；胶粉类型；研磨工艺；粒径；脱硫；环保1、前言近年来，随着国家政策对固体废弃物回收再利用重视，废旧轮胎在公路建设事业中的应用迅速发展。橡胶沥青是上世纪60年代由McDonaldⅢ开发的新型改性沥青，旨在提高沥青性能、回

2、收利用废旧轮胎。根据ASTM船1定义，橡胶沥青是由沥青、回收废旧轮胎橡胶以及一定的添加剂组成的混合物，橡胶沥青不仅可以提高路面的抗永久变形能力、减少高低温开裂，还具有独特的降噪功能并提高行驶舒适性D吲。然而橡胶沥青性能受原材料和工艺条件的影响很大，特别是胶粉类型、胶粉研磨工艺、胶粉粒径、表面形貌、粒径尺寸及粒径分布与橡胶的宏观性能存在一定的关系。为了得到性能稳定、环保的橡胶沥青，必须对上述因素详细分析，并根据道路沥青性能要求对胶粉加以选择。2、胶粉参数对橡胶沥青性能影响2．1胶粉类型废旧轮胎是胶粉的主要原材料，轮胎按用途分载重卡车轮胎和轿车轮胎，按结构

3、可分为斜交胎和子午线轮胎。轮胎橡胶配方∞1主要包括：橡胶烃、硫化体系、防老剂、炭黑、白炭黑等，在加工混炼过程中也会加入橡胶操作油。因用途不同，载重车胎与轿车轮胎配方中橡胶烃种类也有所不同。一般地，载重车胎中天然橡胶NR含量高，而轿车轮胎中SBR、BR等合成橡胶含量高。曹荣吉H1等对比了载重车胎胶粉与轿车胎胶粉改性沥青的性能，认为载重车胎胶粉改性沥青的抗形变能力更强，对橡胶沥青高低性能改善更好。其原因是载重车胎中天然橡胶含量较高，改善了橡胶沥青的粘结力和弹性。刘子兴等呻1认为载重车胎中橡胶烃含量高，更能吸附沥青中的轻组分形成连续的网络结构，从而使得沥青抗

4、形变能力增强，高低温性能得到改善。随着橡胶工业的发展，子午线轮胎因质轻、气密性好、滚动阻力小、散热性能优等特点p1广泛应用，尤其是在轿车轮胎领域，无内胎子午线轮胎占据绝大大部分市场。而斜交胎在轻卡轮胎领域仍有生产。何兆益等“”通过常规性能测试及SHAP性能试验分析认为斜交胎胶粉改性效果优于子午线轮胎胶粉。王振龙等“”亦发现斜交胎胶粉在改善沥青低温延度、弹性恢复、蠕变劲度有明显优势。胶粉类型对橡胶沥青性能影响关键是受胶粉中天然橡胶含量的影响，天然橡胶更容易受到沥青的作用而溶胀降解，二者之间的物质交换和反应鞍合成橡胶更为剧烈，所得橡胶沥青性能较好。然而，随

5、着载重车胎消耗量的增大，轿车子午线轮胎胶粉的开发应用逐渐受到重视，探索适于含有纤维和大量合成橡胶的轿车轮胎胶粉的改性沥青技术势在必行。2．2胶粉研磨工艺胶粉研磨方法主要有常温法和低温法n21，两种工艺所得胶粉表面形貌差别很大，如盟一1“”所示a为低温法胶粉，表面光洁、比表面积小，而b表面粗糙，比表面积大，为常温法胶粉。Shen等“‘“1实验发现常温法胶粉比表面积大约是低温法胶粉的两倍，而前者改性沥青的粘度较后者要提高16—58％，常温法胶粉改性沥青的错、6以及PG等级均高于低温法胶粉改性沥青。8b图一1(a)低温研磨法(b)常温研磨法胶粉SEM照片Le

6、e等“4研究认为常温法胶粉改性沥青的高温抗车辙性能和低温抗开裂性能均优于低温法胶粉。廖明义等“6。”1发现常温法胶粉改性沥青性能优于低温法胶粉，低温法胶粉混合4h时仍存在明显的离析，而常温法胶粉在混合卜2h后可达到稳定分散，其原因是冷冻胶粉表面光滑，混合过程中粒子间摩擦较小，不易吸收沥青中轻组分。而常温胶粉在高剪切条件下粒子间极易产生摩擦而产生大量热量促进胶粉降解，同时凹凸不平表面易吸收轻组分而溶胀降解。目前国内胶粉生产厂家大多采用常温法生产胶粉，低温法由于设各投资大、生产成本高等因素并未广泛推广。2．3胶粉粒径粒径是胶粉的重要参数之一，对改性沥青的宏

7、观性能有很大的影响。相关研究已经基本建立了粒径与改性沥青性能的对应关系。崔海滨o”认为粒径大的胶粉能够形成骨架结构对改性沥青的软化点、弹性恢复的改善效果较好，而粒径小的胶粉在沥青中溶胀降解较快，改性沥青的延度提高明显。叶智刚n们认为胶粉的粒径对改性沥青的性能有一定影响，若胶粉在沥青中的溶胀性有限，对沥青改性并非胶粉越细越好。Wang等啪1发现胶粉粒径对改性沥青高温粘度有很大影响，即相同胶粉掺量下粒径越小，改性沥青粘度越大，这是由于粒径小的胶粉有更大的比表面积，在混合过程中能够高效反应和溶胀。而Ding等＆"认为改性沥青粘度随胶粉粒径减小呈先增大后减小的

8、变化规律，且当胶粉为60目时粘度值最大。Wang等∞1认为当胶粉掺量相同时，改性沥青针入度、软