微波活化對橡膠瀝青粘度及分子量的影響

李曉平 馬偉中 喬 衡 顏魯春 李海蓮

（1甘肅省公路發展集團有限公司，甘肅 蘭州 730070；2甘肅省公路路網監測重點實驗室，甘肅 蘭州 730070；3蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070）

橡膠瀝青因其具有節約資源、保護環境和良好路用性能的特點，已逐漸應用于道路工程中。但是橡膠瀝青的粘度較高，施工和易性較差，為此研究人員對廢胎膠粉進行微波活化處理，以增加膠粉與瀝青的相容性，改善橡膠瀝青的各項性能，并降低粘度，提高施工和易性[1,2,3,4]。肖鵬等人的研究表明，膠粉經微波活化后所制備的橡膠瀝青熱穩定性得到明顯提高，高低溫性能得到明顯改善，溫度敏感性也優于普通橡膠瀝青[5,6]。Kim等人發現，橡膠瀝青中大分子含量與橡膠瀝青粘度及高溫性能具有較好的相關性[7,8,9,10]，但經過活化之后，活化橡膠瀝青是否還具有同種性質還不得而知。另外，瀝青與膠粉的交互反應與膠粉顆粒在瀝青中的填充作用對橡膠瀝青的性能有著重要影響[11]。分析國內外研究發現，以往的研究中并沒有完全量化膠粉微波活化后，改性瀝青的分子量分布與橡膠瀝青粘性的關系。因此，本文采用5種不同微波活化時間的廢胎膠粉所制備的橡膠瀝青進行布氏粘度和凝膠滲透色譜試驗，探究不同活化時間的膠粉所制備的橡膠瀝青粘度和分子量的變化規律，在此基礎上分析了橡膠瀝青中的分子量分布對其粘度的影響規律。

1 原材料

1.1 基質瀝青

基質瀝青采用SK90#瀝青。經檢測各項指標符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）的要求，技術指標檢測結果如表1所示。

表1 SK90#基質瀝青主要技術指標

1.2 廢胎膠粉

本文使用的40目廢胎膠粉由酒泉榮泰橡膠制品有限公司生產，其技術指標符合《橡膠瀝青及混合料設計施工技術規范指南》的要求。表2為廢舊輪胎膠粉的技術指標。

表2 橡膠粉的物理及化學技術指標

2 試驗方案

2.1 膠粉的微波活化

首先將廢胎膠粉放入60℃的恒溫干燥箱中烘干至恒重，然后取100g膠粉于微波發生器中進行實驗，微波輻射功率設定為800w，完成后將膠粉冷卻至室溫即制得活化廢膠粉。為確定最佳微波活化時間，輻射時間分別為30s、60s、90s、120s、150s。

2.2 橡膠瀝青的制備

將基質瀝青加熱至流動狀態，取500g倒入燒杯中，然后將裝有瀝青的燒杯放進恒溫磁力加熱攪拌器升溫到反應溫度190℃，緩慢加入預熱的100g廢胎膠粉，并開始攪拌，攪拌速率必須由慢到快逐漸增加至設定的攪拌速率1500r/min，膠粉與瀝青攪拌反應60min后，即制得橡膠瀝青。

圖1 布式旋轉粘度儀

2.3 橡膠瀝青粘度測試

使用布洛克菲爾德旋轉粘度計對基質瀝青、橡膠瀝青、過濾瀝青的粘度進行測試，測試時扭矩保持在10%-98%之間，基質瀝青與濾除膠粉的瀝青（過濾瀝青）的粘度測試溫度為135℃，采用21#轉子，瀝青質量為8.5g，轉速為20轉/分；橡膠瀝青的粘度測試溫度為180℃，采用27#轉子，瀝青取樣質量為12.5g，轉速設定為20轉/分，每組進行三次平行試驗。

2.4 凝膠滲透色譜試驗（GPC）

進行凝膠滲透色譜試驗時，設定色譜柱的溫度為35℃，流動相為四氫呋喃（THF），流速為1.0mL/min，試樣溶液濃度為2.0mg/ml。當瀝青完全溶于THF后，用0.45um篩對溶液進行過濾，以消除改性瀝青中膠粉顆粒的影響。GPC進樣量為50uL，每組測試時長約為30min。

圖2 凝膠色譜儀

3 結果與討論

3.1 微波活化對橡膠瀝青粘度的影響

圖3 不同活化時間橡膠瀝青的粘度（180℃）

由圖3可知，與未活化的膠粉改性瀝青相比，膠粉經過微波輻射后，其改性瀝青的粘度均出現了下降。且隨活化時間的增加，粘度呈先減小后增加的趨勢，其粘度降幅分別為55.1%、59.7%、71.8%、53%、22.4%。當微波活化時間為90s時，膠粉改性瀝青粘度達到最小，而當活化時間大于90s時，膠粉改性瀝青的粘度相比于90s有了大幅度的上升。可見當微波功率恒定為800W時，在一定范圍內增加活化時間（0-90s），可顯著降低橡膠瀝青的粘度。

3.2 微波活化橡膠瀝青的分子量分布

圖4為不同活化時間橡膠瀝青的GPC圖譜, 將測試得到的信號曲線分為三部分：大粒徑分子（LMS）（1-5等分）、中粒徑分子（MMS）（6-9等分）和小粒徑分子（10-13等分），未活化的橡膠瀝青GPC曲線位于活化膠粉改性瀝青的左側，可得橡膠瀝青的大分子含量最高，經過微波活化的膠粉改性瀝青LMS含量都有所減少。由圖5可知，基質瀝青經過膠粉改性之后，其LMS含量都有所增加，主要原因在于膠粉顆粒與基質瀝青反應之后，膠粉吸收了瀝青中的輕質油分，故橡膠瀝青相對于基質瀝青的LMS含量大幅增加。膠粉經過微波活化之后，改性瀝青的LMS含量相對于普通橡膠瀝青均有所下降，當微波時間為90s時降低幅度最大，微波活化膠粉改性瀝青的LMS含量隨活化時間的增加變化不大，保持在18%-20%。

圖4 不同活化時間橡膠瀝青的GPC圖譜

圖5 不同活化時間橡膠瀝青的LMS含量

圖6 分子量分布與粘度的相關性曲線圖

由圖6可知，經過微波活化之后，橡膠瀝青的粘度與LMS含量之間具有較好的相關性（R2=0.74），而與MMS含量和SMS含量之間的相關性較差，因此經過微波活化后的橡膠瀝青同普通橡膠瀝青一樣，仍然可以用LMS含量對活化膠粉改性瀝青的粘度進行表征。

4 結 語

1）膠粉的微波活化對橡膠瀝青有明顯的降粘效果，在微波活化時間為90s時，活化膠粉改性瀝青的降粘效果最佳。

2）經過微波活化之后，橡膠瀝青的LMS含量相對于橡膠瀝青均有所下降，微波活化90s時降低幅度最大。

3）活化膠粉改性瀝青的粘度與LMS含量呈線性正相關，可用LMS含量對活化膠粉改性瀝青的粘度進行表征。

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