廢輪胎再生炭黑對瀝青性能的影響

試驗原材料及試樣制備

該研究以2種廢輪胎再生炭黑（未造粒與造粒）對SK-70瀝青（物理性能見表1）進行改性，利用高速剪切機通過熔融共混的方法制備得到改性瀝青試樣，制備溫度為150℃，攪拌時間為1h，2種廢輪胎再生炭黑的摻量均為5%、10%和15%。

表1 SK-70瀝青的物理性能

廢輪胎炭黑對瀝青性能的影響

未造粒炭黑摻量對瀝青性能的影響

物理性能。未造粒炭黑摻量對瀝青物理性能的影響，如表2所示。由表2可知，隨著未造粒炭黑摻量的增加，瀝青的針入度與延度逐漸減小，軟化點與粘度逐漸增大。當未造粒炭黑的摻量為5%時，瀝青10℃與15℃的延度已分別下降至19.3cm和47.6cm，這表明在未造粒炭黑的摻量不是很大時，瀝青的低溫延度即產生了明顯的下降。

儲存穩定性。由于炭黑加入瀝青中形成了兩相體系，在儲存、運輸與使用過程中可能會發生離析現象，因此需要研究炭黑改性瀝青的離析性能。該項目采用類似于聚合物改性瀝青離析性能的測試方法，測試了廢輪胎再生炭黑改性瀝青的儲存穩定性。表3顯示了未造粒炭黑摻量對瀝青儲存穩定性的影響。從表3可以清楚地看出加入未造粒炭黑后，瀝青的軟化點差值相比于基質瀝青明顯增大，而且摻量越大，軟化點的差值愈大。這表明未造粒炭黑的加入大大降低了瀝青的儲存穩定性，炭黑摻量越大，瀝青的離析將會越嚴重。

PG分級。由以上分析可知，未造粒炭黑的加入改變了瀝青的物理性能，為了更為全面地評價炭黑改性瀝青的性能，該項目根據美國SHRP的研究成果，借助動態剪切流變儀（DSR）與彎曲梁流變儀（BBR）對炭黑改性瀝青進行了PG分級，結果見表4。從表4可以看出，隨著未造粒炭黑的摻量從5%增加到10%，改性瀝青的PG等級與基質瀝青相比沒有變化，均為PG 64-22；當未造粒炭黑的摻量為15%時，改性瀝青的PG等級變為PG 64-16，低溫分級降低了一個等級。這表明雖然未造粒炭黑的加入使得瀝青的針入度與延度明顯減小，但是其PG分級卻沒有發生顯著變化，只有當未造粒炭黑的摻量較大時（15%），瀝青的PG分級才有所變化。

表2 未造粒炭黑摻量對SK-70瀝青物理性能的影響

表3 未造粒炭黑摻量對SK-70瀝青儲存穩定性的影響

表4 未造粒炭黑摻量對SK-70瀝青PG分級的影響

表5 造粒炭黑摻量對SK-70瀝青物理性能的影響

表6 造粒炭黑摻量對SK-70瀝青儲存穩定性的影響

表7 造粒炭黑摻量對SK-70瀝青PG分級的影響

造粒炭黑摻量對瀝青性能的影響

物理性能。與未造粒炭黑相類似，同樣研究了造粒炭黑摻量對瀝青性能的影響。表5為造粒炭黑摻量對瀝青物理性能的影響。由表5可知，隨著造粒炭黑摻量的增加，瀝青的針入度和延度明顯下降，黏度明顯增大，軟化點總體呈現出升高的趨勢。造粒炭黑對瀝青性能的影響與未造粒炭黑十分相似，但是與未造粒炭黑相比，造粒炭黑使得瀝青物理性能的變化更為顯著。

儲存穩定性。表6顯示了造粒炭黑摻量對瀝青儲存穩定性的影響。由表6可知，造粒炭黑的加入使得瀝青離析試驗后的軟化點差值大大增加，當摻量為5%時，改性瀝青離析試驗后的軟化點差值就達到了2.8℃，是基質瀝青軟化點差值的9倍多，當造粒炭黑摻量為15%時，瀝青的軟化點差值增大至7.4。這表明與未造粒炭黑相比，造粒炭黑與瀝青的相容性較差，二者較難形成均一穩定的混合體系。

PG分級。造粒炭黑摻量對瀝青PG分級的影響如表7所示。從表7可以看出，造粒炭黑摻量為5%時，瀝青的PG分級與基質瀝青相同，仍為PG 64-22；當造粒炭黑摻量增加至10%時，瀝青的高溫等級升高了一個級別，而低溫等級卻沒有發生變化，即PG 70-22；當造粒炭黑的摻量繼續增加達到15%時，瀝青的高低溫等級均發生了變化，PG分級為PG 70-16。

綜上所述，對于2種炭黑而言，當摻量為5%時，瀝青的PG等級均未發生變化；當摻量為15%時，改性瀝青的低溫等級相比于基質瀝青均降低了一個等級；當摻量為10%時，改性瀝青可保持原有的低溫等級，同時高溫還可能升高一個等級（對于造粒炭黑而言）。因此，對于該研究而言，建議2種炭黑的摻量為瀝青質量的10%左右。

結語

2種炭黑的加入均使得瀝青的針入度與延度顯著減小，軟化點與粘度有所增大，儲存穩定性大大降低，物理性能的變化程度取決于瀝青的類型與炭黑的種類。

廢輪胎再生炭黑可改變瀝青的PG分級，總體來說，一定摻量的炭黑可保持或提高瀝青的高溫等級，但是同時有可能會降低瀝青的低溫等級。

綜合考慮廢輪胎再生炭黑改性瀝青的性能，2種炭黑的摻量建議為瀝青質量的10%左右。