废轮胎胶粉改性沥青应用技术综述(现代路面材料课程论文)

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1、废轮胎胶粉改性沥青应用技术综述（现代路面材料课程论文）200920166001土木工程学院道路与铁道工程专业2010年6月废轮胎胶粉改性沥青应用技术综述本报告关于轮胎胶粉改性沥青应用技术内容综述涉及改性机理定性分析、性能评价指标适应性分析、性能影响因素试验研究及室内制备工艺优化等方面，所述及内容来自天津市市政公路管理局2007年科研立项项目《废轮胎胶粉改性沥青及混合料成套技术研究》相关研究成果，该课题研究成果于2010年4月经天津市高新技术成果转化中心鉴定为国际先进水平。1胶粉沥青改性机理定性分析本部分主要通过对废轮胎胶粉和普通沥青两种材料的化学成分及组成结构进行分析，基于界面理论

2、和溶解度理论，采用四组分分析试验、扫描电镜试验及红外光谱试验等先进测试手段，深入研究废轮胎胶粉和普通沥青的混溶体系，对其改性作用机理进行定性分析和总结。废轮胎胶粉和沥青都属于惰性较强的高分子材料，自身有较好的粘结结构，一般条件下特别稳定。从微观结构来讲，胶粉是由被破坏的空间网络而形成的网络端所组成，其表面呈不规则的毛刺状且布满微观裂纹；基质沥青是由饱和分、芳香分、胶质和沥青质组成的溶胶型胶体结构，沥青质由胶质包裹悬浮于饱和分和芳香分中，相对较为稳定。因此，要想把胶粉与沥青拌和均匀并形成性质稳定的整体并不容易，胶粉在沥青中存在形式的均匀性和稳定性将直接决定混溶体系的性质。基于室内试验

3、结果，可以对胶粉沥青的混溶体系得出如下定性结论：①废轮胎胶粉颗粒掺入基质沥青后，使沥青组分发生迁移，主要体现为轻组分含量相对减少，从而导致使沥青胶体结构向溶凝胶型结构发育；②废轮胎胶粉颗粒掺入基质沥青后，吸收沥青轻质组分而发生明显的熔胀作用并相互粘聚，同时在胶粉颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜，而且随着反应时间的增加，胶粉颗粒熔胀程度越大，粘聚越明显，表面越光滑；③废轮胎胶粉颗粒对基质沥青的改性过程中既有物理作用，也会发生一定的化学作用，但两者混溶以物理填充作用为主；④废轮胎胶粉颗粒在混溶体系中独立存在，需要通过高温下充分反应后形成相对的稳定状态，并不能形成类似于SBS高速剪切后

4、的橡胶加劲网络结构。通过上述定性分析，基于界面理论和溶解度理论来研究其混溶过程，可以认为胶粉与基质沥青在高温条件下充分混合发育13，逐步发生熔胀、吸附、脱硫、降解等一系列物理化学反应：首先是胶粉颗粒吸收沥青中的轻质成分而熔胀并粘聚，同时在颗粒表面形成沥青质含量较高的凝胶膜，随着反应时间的增加，胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成一个粘度较大的半固态连续相的混溶体系；伴随着胶粉颗粒与沥青的熔胀过程，部分胶粉颗粒还会发生脱硫和分子降解过程，交联剂硫、抗老化剂等外加剂和炭黑等活性成分会通过界面交换作用进入沥青胶体体系，而未裂解的胶粉颗粒在沥青悬浮液中均匀分布，从而最终使混溶体系达到相对的稳定状态

5、。综合上述试验分析结果，从总体上来说，胶粉颗粒和基质沥青的混熔过程即胶粉颗粒不断熔胀并通过凝胶膜连接的过程，同时，伴随着部分胶粉颗粒发生脱硫和降解作用，使得胶粉颗粒中的活性成分通过界面作用进入沥青胶体体系，而未发生裂解的胶粉颗粒通过物理填充，可以起到增强沥青的弹性性能和提高其抗裂性能的作用。整个混溶体系中，大多数胶粉颗粒仅起到熔胀填充作用，仅有少部分胶粉颗粒会发生裂解作用而与沥青发生化学作用。从胶粉沥青的反应发育进程来看，其改性过程可以分为以下四个部分：Ⅰ胶粉颗粒体积熔胀，使得沥青胶体结构发生转变加入基质沥青中的废轮胎胶粉能够吸附沥青中的轻组分，使沥青组分产生迁移，沥青中与胶粉颗粒

6、结构相似的轻组分经过渗透、扩散进入胶粉网络，沥青质相对含量越来越多，从而使得沥青胶体结构向溶凝胶型结构发育。Ⅱ胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成半固态连续相体系胶粉颗粒吸收沥青中的油分而熔胀，部分恢复了生胶性质，胶粉颗粒重新具有一定的粘性，能够较均匀地悬浮分散在沥青中，并通过凝胶膜相互连接，形成粘度较大的半固态连续相体系。这种混溶体系不仅保持了基质沥青材料的主要物理力学性质，也在一定程度上恢复了胶粉颗粒部分生胶的粘性和可塑性，从而产生改性效果。Ⅲ部分胶粉颗粒脱硫、降解，活性成分进入沥青胶体体系在高温搅拌条件下，部分胶粉颗粒的网状结构适度氧化裂解，变成大量的小体型网状结构和少量链状物。随着

7、该反应的进行，胶粉颗粒会与沥青发生物质交换，胶粉颗粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化铁等活性成分物质进入沥青胶体体系中，起到改善沥青温度敏感性、低温性能及耐老化性能的作用。值得注意的是，脱硫反应是一个可逆反应，也就是说，高温下胶粉中硫键的断开和重组是同时进行的，因此在高温存储过程中，胶粉改性沥青的性能会不稳定。Ⅳ大部分胶粉颗粒对普通沥青的加劲作用13胶粉颗粒加入普通沥青中可形成加劲结构：胶粉颗粒三维随机分布，构成连续相，胶粉颗粒间靠凝胶膜连接，节点粘结效力依赖于温度。但是，