橡塑改性瀝青的研究

任瑞波，張春茹

山東建筑大學交通工程學院

橡塑改性瀝青的研究

任瑞波，張春茹

山東建筑大學交通工程學院

針對同一瀝青，不同改性劑的橡塑瀝青，采用理論和試驗相結合的方法，通過常規指標、SHRP動態剪切流變DSR試驗研究其性能。運用熒光顯微鏡和原子力顯微鏡分析微觀形態，研究改性劑對于橡塑瀝青的影響。

橡塑瀝青；動態剪切流變試驗；性能；微觀形態

0 引言

近年來，由于廢舊塑料、廢舊輪胎堆積造成的環境污染問題引起廣泛關注。將兩者合成一種新型的改性劑，既可以減少環境污染，也可以提高混合料的路用性能，針對橡塑瀝青，采用理論與實際相結合的方法，研究改性劑對橡塑瀝青的性能影響，通過熒光顯微鏡、原子力顯微鏡研究橡塑瀝青的微觀形態，進而指導橡塑瀝青生產。

1 橡塑改性瀝青的制備

1.1 基質瀝青

實驗采用的基質瀝青為70#道路石油瀝青，其測試結果見表1。

表1.基質瀝青的性能指標

1.2 橡塑合金改性劑

本文采用三種不同比例的橡塑合金改性劑【2】，即橡膠、塑料的比例分別為5：5、6：4、7：3。這三種改性劑分別簡稱為A型改性劑、B型改性劑和C型改性劑，相應的改性瀝青統稱為A型橡塑改性瀝青、B型橡塑改性瀝青和C型橡塑改性瀝青。

1.3 實驗室制備

制備橡塑改性瀝青，首先用烘箱將瀝青加熱到130℃左右，再將瀝青放置到高速剪切機上，加熱到185℃-190℃之間，添加改性劑，剪切轉速為3500-4000R/min，剪切時間為60min。

2 橡塑改性瀝青性能分析

2.1 橡塑瀝青性能研究

將三類改性劑添加到基質瀝青中制備改性瀝青，本文研究橡塑瀝青的常規指標：針入度、軟化點、延度和60℃粘度。

本文對三種不同比例的橡塑改性瀝青進行動態剪切流變試驗，測定其G*、G*/sin（δ）、δ、G*sinδ。試驗采用應變控制模式加載，其中控制應變值為12%，頻率為10rad/s，試驗溫度為64℃、70℃、76℃、82℃、88℃。其中，瀝青試樣在高溫下的G*、(G*/sinδ)、δ、G*sinδ與DSR試驗溫度的關系分析可知：

（1）從相位角分析成品試樣：δ值越大，表明材料的粘性成分越大，彈性成分越小。對于這三種材料，在高溫區域δ隨著溫度的升高而增加，說明材料隨著溫度的升高逐漸趨于粘性材料。

（2）從車轍因子分析試樣：G*/sinδ用來評價瀝青的高溫特性，其中G*/sinδ越大，瀝青在高溫時的耗能越小，即抗車轍能力越強。對于三種橡塑瀝青，抗車轍能力為A＞B＞C。A型和B型橡塑瀝青的低溫性能卻沒有C型橡塑瀝青好。

（3）從疲勞因子分析試樣：瀝青的疲勞性能指標采用G*sinδ評價，較小的G*sinδ數值代表較好的疲勞性能。SHRP規范規定，DSR試驗的G*sinδ應滿足不超過5000kPa的要求。

綜上可知C型橡塑改性瀝青抗疲勞性能較好。

3 橡塑改性瀝青的微觀形態分析

橡塑改性劑溶脹到基質瀝青中，將改性劑的性能傳遞到基質瀝青中，提高瀝青的性能。通過觀察改性劑在瀝青中的分布、形態，可以有效地評價改性瀝青，是研究瀝青改性的有效手段。

3.1 熒光顯微鏡分析

對于制作好的試樣，用熒光顯微鏡觀察改性劑在瀝青中的分布。橡塑改性劑都是以微米級的顆粒分布在瀝青相中。改性劑溶脹在瀝青中呈現團狀或絮狀分布，與瀝青互穿形成穩定的網絡結構。相比較而言，C型改性劑的粒子最小、分布均勻、形態相似，能夠和瀝青形成較好的空間結構。因此C型橡塑改性瀝青的穩定性更好。

3.2 原子力顯微鏡分析

本文采用原子力顯微鏡研究改性后瀝青的微觀形態，分析橡塑改性瀝青的相容性。經對比，基質瀝青的二維圖片的外觀形態比較平整，三維圖像有較多均勻的齒狀凸起。可以看出，C型橡塑瀝青的改性劑分布比較均勻，改性劑的尺寸相對較小。即改性劑與基質瀝青的接觸面積大，與瀝青結合緊密，能形成較穩定的空間網絡結構。綜合分析，C型橡塑瀝青的相容性較好。

4 結論

針對一種特定的基質瀝青，將由不同比例的橡膠和塑料合成的橡塑改性劑添加到基質瀝青中，其中C型橡塑瀝青的高溫性能和疲勞性能相對較好。通過對橡塑瀝青微觀形態的檢測可知7：3型橡塑合金改性劑在瀝青中呈團狀分布，且分布比較均勻。改性劑與瀝青形成了連續相與瀝青互穿，增加了兩者之間的作用力，使得改性瀝青性能更加穩定。從改性效果來看，C型改性劑在瀝青中的顆粒最小，分布均勻，瀝青改性效果和相容性最好。

[1]交通部重慶公路科學研究所.美國公路戰略研究計劃(SHRP)瀝青研究項目[R].重慶：交通部重慶公路科學研究所,1995.

[2]郭淑華.改性劑對改性瀝青性能影響的綜合評價[J].石油瀝青,2002.(4).

[3]康愛紅,張吳紅,孫立軍.改性瀝青熒光顯微觀測樣本制備方法[J]四川大學學報：工程科學版,2012,44(2)：154-158.

[4]熊萍，郝培文.SBS聚合物改性瀝青技術性能及其微觀形態[J].重慶交通學院學報,2007（6）：48-54.