糠醛抽出油對膠粉改性瀝青性能的影響

冉 紅 平

(山西交通控股集團有限公司呂梁北高速公路分公司，山西 呂梁 033100)

0 引言

與普通瀝青相比，膠粉改性瀝青具有較好的高低溫性能、抗老化性能，對于路面降低噪聲、冬季抑冰融雪具有較好的應用效果，與SBS改性瀝青相比，膠粉改性瀝青粘彈性好，成本更低，常常被用做應力吸收層，在應用中能消耗大量的固廢材料，符合國家固廢循環利用的宏觀政策。不過，傳統橡膠瀝青由于膠粉溶脹不完全，所制備的橡膠瀝青高溫貯存穩定性差、易離析、高粘度施工難等一系列不足，限制了其發展與應用[1]。

糠醛抽出油因復含活性芳香組分，在化學組分上與瀝青較為相近，是膠粉優良的預溶脹材料，經糠醛抽出油浸泡溶脹的膠粉可使膠粉表現出表面活化、結構膨潤[2]。在高溫剪切下，膠粉能與瀝青充分溶脹，減少瀝青離析，提高改性膠粉瀝青成品的穩定性[3]。本文選用不同劑量的糠醛抽出油預先浸泡處理相同劑量的膠粉，而后按照相同工藝值準備膠粉改性瀝青，研究糠醛抽出油對膠粉改性瀝青基本指標、老化指標和穩定性的影響。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

試驗采用90號基質瀝青，30目廢舊膠粉顆粒和河北衡水帝億石油公司出產的糠醛抽出油。基質瀝青的性能指標見表1。

表1 基質瀝青性能指標

1.2 膠粉改性瀝青的制備

將一定比例的糠醛抽出油添加到預熱的膠粉儲存罐中，開啟攪拌功能，使膠粉與糠醛抽出油均勻混合0.5 h。加熱瀝青到180 ℃以上，逐漸加入預處理的膠粉，升溫至195 ℃±5 ℃，均勻攪拌1 h，待攪拌完成后將成品打入膠體研磨兩遍[4]，得到糠醛抽出油處理的膠粉改性瀝青。

2 試驗結果與分析

按照JT/T 798—2019路用廢胎膠粉橡膠瀝青的要求對制備膠粉改性瀝青進行性能試驗。試驗方案中，膠粉摻量為瀝青用量的20%，油膠比(糠醛抽出油與膠粉的質量比)選用范圍為4%～8%。各油膠比摻量下的膠粉改性瀝青性能測試數據見表2。

表2 不同油膠比摻量下的膠粉改性瀝青性能

2.1 油膠比對基本性能的影響

對不同油膠比的膠粉改性瀝青軟化點、針入度、延度進行對比，見圖1～圖3。經糠醛抽出油處理的膠粉改性瀝青，軟化點隨著膠油比的增大而上升，延度和針入度在逐漸降低，經過處理的膠粉改性瀝青性能整體提高，各項指標參數更能適應于瀝青上面層的要求，證明了膠粉經糠醛抽出油浸潤活化后與瀝青的相容性得以提高。同時，糠醛抽出油可有效降低膠粉改性瀝青的粘度，且糠醛抽出油摻量越大，粘度降低的幅度也越大，當油膠比摻量為8%時，粘度下降幅度達到了29.5%，降黏效果最為顯著。

2.2 油膠比對老化性能的影響

對不同油膠比的膠粉改性瀝青分別進行旋轉薄膜加熱試驗，測試老化后的針入度比、延度比等試驗參數。對比發現，隨著油膠比的增加，膠粉改性瀝青的針入度比出現先增大后減小的趨勢；延度比隨著油膠比逐漸上升，但在油膠比超過6%以后變化趨于一致。

考慮到以上參數的變化，結合石洪波等人關于廢舊膠粉抗氧化的研究進展[5]。可以看出，由于膠粉與瀝青在化學成分上存在較大的差別，相容性較差，未添加或者少添加糠醛抽出油時，膠粉會吸收瀝青中的芳香分和飽和分，膠粉不能完全溶脹，但膠粉中原有的抗氧化材料提高了膠粉改性瀝青的穩定性，從而整體上提高了膠粉改性瀝青的抗氧化能力。當油膠比較高時，由于膠粉含量相對較少，其自身抗氧化能力較低。在老化過程中，由于瀝青不斷氧化，芳香分和飽和分逐漸流失，瀝青質含量增大，溫度敏感性降低，橡膠瀝青老化后性能提高明顯。

由于瀝青在自然中老化主要是受自然環境中的光、氧、雨等的作用，為了進一步探尋老化對瀝青的影響，我們將瀝青放入老化箱，進行紫外線老化試驗，數據見表3。從表3可以看出，幾組膠粉改性瀝青中以6%膠粉改性瀝青的針入度比最好，與旋轉薄膜加熱試驗的結果相一致。

表3 膠粉改性瀝青紫外老化前后性能指標

2.3 油膠比對粘度的影響

為了測試糠醛抽出油對膠粉改性瀝青粘度的影響，對制備的不同油膠比膠粉改性瀝青在冷卻后重新加熱至180 ℃，測試其180 ℃旋轉粘度，不同油膠比摻量下的旋轉粘度試驗結果見圖4。

由圖4可知，與糠醛抽出油對膠粉改性瀝青的針入度、延度影響類似，隨著糠醛抽出油摻量的增加，膠粉改性瀝青的粘度出現逐漸降低的趨勢，但是這種趨勢隨著糠醛抽出油摻量繼續增大而不斷變緩慢。糠醛抽出油是一種高芳烴油，含有部分飽和烷烴和少量膠質、瀝青質，可與瀝青中的飽和分、瀝青質互溶，改善瀝青質的分散程度。它利用自身的結構特性與瀝青發生物理溶脹，降低瀝青的粘滯性，增加流動性，從而有效降低瀝青的粘度。由于糠醛抽出油中芳香組分相對較多，所以在較低油膠比時即表現出較好地降粘效果，當油膠比摻量達到6%時，其粘度降低趨勢變緩，糠醛抽出油對瀝青的改變提升效果緩慢，過多的糠醛抽出油已經不能顯著改變瀝青的粘度，綜合糠醛抽出油摻量和降粘效果，糠醛抽出油摻量不宜超過6%。

2.4 油膠比對穩定性的影響

傳統膠粉改性瀝青具有易離析的缺點，穩定性較差，為此，對反應罐上下部瀝青進行離析軟化點差值對比，發現該指標雖有部分數據偏離，但基本遵從隨油膠比提高而降低的情況。油膠比在4%時離析軟化點差值為3.8%，油膠比在6%時離析軟化點差值在1.9%～2.1%范圍區間，膠粉改性瀝青的穩定性提高了一倍以上。膠粉改性瀝青經過高溫加工制備成型后自然冷卻，由于成品儲罐體積較大，自然冷卻時間較長，膠粉未經糠醛抽出油處理，與瀝青粘附性較差，膠粉顆粒自身密度又大于瀝青，故而會在重力的作用下不斷下沉，進而出現儲罐下部橡膠比例較多，離析軟化點存在較大差別。可見，糠醛抽出油因其芳香烴等輕組分較多，膠粉可吸收其中的芳香烴產生預溶脹，對于提高與瀝青的融合起到了關鍵作用。

為了更加清楚的從圍觀性能上進行穩定性對比，對普通膠粉改性瀝青和摻加6%油膠比的膠粉改性瀝青進行掃描電子顯微鏡(SEM)測試，結果見圖5。對比照片看出，普通膠粉改性瀝青表面凹凸不平，具有明顯的顆粒結構，膠粉未完全溶脹，形成明顯的結團，分散性差。而摻加糠醛抽出油的膠粉改性瀝青由于膠粉預選進行溶脹，絕大多數膠粉能夠溶解在瀝青中，成為無明顯邊界的微觀物質，顆粒分散比較均勻。膠粉的不均勻狀態對膠粉改性瀝青的性能將產生直接的影響，尤其是在高溫長途運輸過程中，分散較好地瀝青能夠保證綜合使用效果，分散較差地瀝青在抽提中即可發現明顯的顆粒感和離析現象。

3 結語

糠醛抽出油可提高膠粉改性瀝青的高低溫性能，使其軟化點、針入度、延度等性能滿足上面層的應用需求，老化后針入度比和延度比顯著提高，表現出較好地抗老化性能，通過離析試驗和SEM測試也分別證明了糠醛抽出油對于穩定性的影響，綜合來看，使用20%摻量膠粉制備膠粉改性瀝青，建議糠醛抽出油摻量為膠粉的6%。