基于胶体结构理论对橡胶沥青性能影响因素的机理解释.pdf

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1、2013年12月石油沥青PETROLEUMASPHALT第27卷第6期基于胶体结构理论对橡胶沥青性能影响因素的机理解释韩瑞民，弥海晨，胡苗(西安公路研究院，西安710054)摘要：基于胶体结构理论，研究表明橡胶沥青-*／"r：Z看做分散相(溶胀橡胶粉)分散在分散介质(沥青)中的胶体；橡胶沥青黏度的影响因素主要是分散介质的黏度和分散相的体积数。运用该机理解释了室内试验中各因素对橡胶沥青性能试验结果的影响。关键词：橡胶沥青胶体结构理论黏度针入度软化点1997年美国ASTM将橡胶沥青定义为：由．，7。——沥青中分散介质相对黏度；沥青、回收轮胎橡胶粉及一定的添加

2、剂组成的混C——沥青中分散相C、，，以沥青质与合物，其中胶粉的含量不少于总重的15％(内“油蜡+树脂”的比值表征。掺)，且要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨根据爱因斯坦方程，橡胶沥青可以看做分散胀，又称沥青橡胶(AsphaltRubber)。关于橡胶相(溶胀橡胶粉)分散在分散介质(沥青)中沥青的改性机理主要有溶胀反应和脱硫反应。这的胶体。因此，橡胶沥青黏度的影响因素主要是两个机理分别从宏观和化学变化方面对橡胶沥青分散介质的黏度和分散相的体积数。的作用机理进行了解释，但是不能很好直观地解在橡胶沥青中，分散相由橡胶粉及其吸附的释橡胶沥青性能各影响因素，特别是

3、加工工艺不沥青组成。因此，分散相的C、，的主要决定因素同所引起的橡胶沥青黏度方面的巨大差异。本文是：(1)橡胶粉体积数。胶粉的掺量越大，分基于胶体结构理论，解释了各因素对橡胶沥青性散相的c、，越大；(2)橡胶粉吸附的沥青数量。能影响的原因，以期为橡胶沥青的生产和应用提橡胶沥青表面微观结构越粗糙，沥青的吸附数量供理论依据。越大，分散相的C越大。1橡胶沥青胶体结构理论分散介质包括自由沥青和部分橡胶粉颗粒降沥青胶体结构理论认为，胶体的流变学性质解后溶解在沥青中的低分子量成分。因此分散介随分散相(沥青质)在胶体中的浓度变化，通质的黏度主要决定因素是：(1)自由沥

4、青的黏常用体积浓度系数(c)表示。当组分的化学度。胶粉的吸附沥青数量越大，自由沥青越少，性质固定时，随着沥青质在胶体中的含量增加，自由沥青中的轻质成分也相应减少，自由沥青的则沥青的胶体结构逐渐由溶胶转变为溶凝胶以至黏度增加，分散介质的黏度越大；(2)降解后凝胶。以常规指标来衡量，即针入度随着C的溶解在沥青中的低分子量橡胶成分的数量。一般增大而减少，而黏度和软化点随C、，的增加而升情况下降解的低分子量橡胶对自由沥青有显著的高。然而胶体的流变性不仅与分散相的C有改性作用，可以增加沥青的黏度，进而增加分散关，还与分散介质的黏度有关。介质的黏度。爱因斯坦方程表明

5、：收稿日期：2o13—07—21。叼。=，7。(1+2．5Cv)(1)作者简介：韩瑞民，西安公路研究院，教授级高工，博士式中：77。——分散系相对黏度；主要从事公路工程专业。8石油沥青2013年第27卷以上分散相和分散介质的变化，必然影响到表6不同基质沥青橡胶沥青试验结果(搅拌法)橡胶沥青整体性能的改变。2各因素对橡胶沥青影响试验结果各因素对橡胶沥青影响试验结果如表1—7所示。表130目不同掺量剪切法试验结果表7橡胶沥青反复加热黏度试验记录Pa·8表23O目不同掺量搅拌法试验结果3橡胶沥青黏度影响因素机理解释相对于其它改性方式，橡胶沥青最大的特点是高黏度

6、，因此研究橡胶沥青黏度影响因素的作用机理，可以为橡胶沥青的生产和应用提供重要理论依据。本研究采用胶体结构理论，解释橡胶表32o％掺量不同目数剪切法试验结果沥青影响因素的作用机理。3．1胶粉掺量由表l一2中结果分析可知：随胶粉掺量的不断增加，橡胶沥青的黏度显著增加。机理解释为①随着胶粉掺量增加，必然导致橡胶沥青中分散相c增大，橡胶沥青的黏度增加。②随着胶粉掺量增加，吸附沥青数量增加，自由沥青减少，也是橡胶沥青黏度增加的一个原因。③部分表420％掺量不同目数搅拌法试验结果胶粉降解后，溶解在沥青中的低分子量橡胶成分对自由沥青有显著的改性作用，可以增加沥青的黏度

7、，进而增加分散介质的黏度，导致橡胶沥青黏度增加。，3．2加工工艺由表1～4中结果分析可知：同目数条件下，裹5不同基质沥青橡胶沥青试验结果(剪切法)搅拌工艺制备的橡胶沥青黏度显著大于剪切工艺制备的橡胶沥青黏度。机理解释为①沥青路面用橡胶粉要求采用常温加工，以使胶粉表面粗糙，产生更多的毛刺和蜂窝状结构，增加其沥青吸附量，达到改善沥青性能的目的。但是在橡胶沥青高温制备条件下，剪切工艺会将胶粉表面的毛刺剪掉。高温条件下，胶粉表面的毛刺强度远低于第6期韩瑞民等．基于胶体结构理论对橡胶沥青性能影响因素的机理解释9常温条件下，此时毛刺的断裂更多的表现为脆的黏度高于后者

8、，因此产生两者制备的橡胶沥青裂，而不是撕裂，因而不会增加整体胶粉表面的黏度上的差