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橡胶改性沥青的老化及再生

发布日期:2014-05-09 11:49:25  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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橡胶改性沥青的老化及再生

                                   橡胶改性沥青的老化及再生
    曹 萍1,单宝龙1,孙敬军1,高会娟1,王 雷1,王洪猛2
    (1.辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺113001;2.山东京博石油化工有限公司,山东滨州256500)
    摘要:选取辽河油田生产的沥青为原料,加入废旧橡胶粉和苯乙烯焦油,在高速剪切机的作用下制备橡胶改性沥青,然后将橡胶改性沥青用旋转薄膜烘箱进行老化试验研究,研究老化时间和橡胶粉的质量分数对沥青软化点、针入度、延度的影响。并将自制老化再生剂添加到老化橡胶改性沥青中,考察再生剂的性能。实验结果表明:胶粉的质量分数为15%时的抗老化性能最好,加入再生剂后的老化橡胶改性沥青可以恢复相关的路用性能,符合国家规定的140#道路沥青标准。
    关键词:苯乙烯焦油; 废橡胶粉; 改性沥青; 老化; 再生剂
    中图分类号:TE624    文献标识码:A    doi:10.3696/j.issn.1672-6952.2012.01.005文章编号:1672-6952(2012)01-0016-04
    橡胶改性沥青具有很好的高温稳定性、低温延展性、抗裂性和弹性,显著提高沥青路面行车的舒适度,使废旧橡胶粉得到充分利用有利于环境保护,因此越来越得到广泛的应用[1-3]。但是,橡胶改性沥青和普通沥青一样都存在老化的问题,沥青的老化是一个逐渐发生的过程,其速率直接影响路面的使用寿命[4-5],这是因为沥青在储存、运输、施工及使用的过程中,由于长期暴露于空气中,受到环境因素如阳光、氧气、水以及温度的变化等自然条件作用,发生一系列的物理及化学变化,主要是芳香油分减少,沥青质增多,使得沥青的胶体结构发生了改变,从而影响沥青的路用性能[6-10]。因此,世界各国都在对沥青再生进行研究,特别是美国在所铺筑的道路中已有50%使用的是再生沥青,我国目前处于橡胶改性再生沥青的研究的初级阶段[11],使用沥青再生剂可以节约大量资源、降低成本,具有重要的经济意义。
    本实验选取辽河油田生产的沥青为原料,并加入苯乙烯焦油及废旧橡胶粉制得橡胶改性沥青,然后将橡胶改性沥青在薄膜旋转烘箱中进行老化实验,从而分析橡胶改性沥青的老化规律,再将再生剂加入到橡胶改性沥青中,考察再生剂对橡胶改性沥青性能的影响。
    1 实验部分
    1.1 原料、试剂及仪器
    沥青(辽河油田),苯乙烯焦油(锦西石化公司,工业品),废旧轮胎胶粉(河南橡胶粉厂),自制再生添加剂,丙三醇(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。
    针入度试验器SYD-2801E(上海昌吉地质仪器有限公司),SYD-2806F型全自动沥青软化点试验器(上海昌吉地质仪器有限公司),SYD-4508B型石油沥青延伸度试验器(上海昌吉地质仪器有限公司),沥青旋转薄膜烘箱(上海昌吉地质仪器有限公司),BME100L型高速剪切乳化机(上海威慷机械电子有限公司)。
    实验用沥青的部分性质见表1。
           
    1.2 试样制备
    将沥青加热到约180℃,加入规定量的废旧橡胶粉和苯乙烯焦油,边加边搅拌,使橡胶粉均匀分散在沥青中,然后在高速剪切机的作用下分散60min。
    1.3 实验方法
    (1)制备好的橡胶沥青试样的性质按如下方法进行测定:针入度按GB/T 4509方法测定,延度按GB/T 4508方法测定,软化点按GB/T 4507方法进行测定。   
    (2)将试样约50g平铺在薄膜烘箱托盘中形成厚度约1cm的薄膜,然后将沥青托盘放入163℃薄膜烘箱中进行老化,老化时间分别为5、10、15、20、25、30h,测定老化后的沥青试样。
    (3)加入不同的沥青再生剂,考察不同再生剂对老化橡胶沥青的影响,测定再生后橡胶沥青的性能。
    2 结果与讨论
    2.1 橡胶沥青的老化实验
    在剪切温度为180℃、剪切时间为1h、高速剪切乳化机的剪切速率为7 000r/min条件下,制备苯乙烯焦油质量分数为3%,橡胶粉质量分数分别为10%、15%、20%的改性沥青。老化时间对不同橡胶粉质量分数的改性沥青部分性质的影响见表2。
  
    由表2可以看出:随着老化时间的增加,橡胶改性沥青的软化点升高,延度与针入度不断减小。这是因为橡胶沥青在老化以后的组成结构发生了变化,由于橡胶沥青在老化过程中,发生了氧化和烷基侧链的脱氢缩合等反应,破坏了原有橡胶沥青的结构和组成平衡,使得橡胶沥青的化学组成发生了变化,即芳香烃、饱和烃、胶质的含量相对减少,而沥青质的含量相对增多[12]。实验结果表明:橡胶粉质量分数为15%的改性沥青略好于橡胶粉质量分数为10%及20%的改性沥青。
    2.2 橡胶沥青的再生实验
    老化后的路用沥青进行再生的目的,是要改变不利的胶体组成成分关系,进而改善沥青的路用性能。因此再生剂中必须含有能够恢复旧沥青性能的有效成分,并且具有优良的流变性,以及分散溶解沥青质的能力。
    本实验选用三种自制再生添加剂,分别加入到橡胶粉质量分数为15%、焦油质量分数为3%的老化橡胶沥青中,考察不同再生剂及其含量对老化橡胶沥青性能的影响。
    2.2.1 再生剂对老化橡胶沥青软化点的影响 再生剂种类及质量分数对沥青软化点的影响如图1所示。
             
    由图1可以看出:三种再生剂都可以降低老化橡胶沥青的软化点,而且随着再生剂质量分数的增加,橡胶沥青的软化点不断降低。再生剂1可以使橡胶沥青的软化点由49℃降低到40℃,而再生剂2则可以将橡胶沥青的软化点降低到37℃。这是因为饱和烃能起到使沥青柔软的作用,再生剂2中的饱和烃的含量最高,所以使沥青的软化点降低的最多。
    2.2.2 再生剂对老化橡胶沥青针入度的影响 
    沥青的针入度与沥青路面的使用性能有着密切的关系,是我国选择沥青标号的最主要的依据,对油源相同或温度敏感性相同的沥青,针入度大时,路面的裂缝就少。老化后的针入度与沥青路面的抗裂性能也有很密切的关系[13-14]。再生剂对老化沥青针入度的影响如图2所示。
            
    由图2可知:随着再生剂质量分数的增加,老化橡胶沥青的针入度也随之不断增大。其中再生剂2的针入度增加的最快,可以由69(0.1mm)增加到120(0.1mm),说明老化橡胶沥青的粘结性减小,其性能有所恢复。
    2.2.3 再生剂对老化橡胶沥青延度的影响 
    延度反映沥青的感温性和沥青各组分的内在联系,是决定沥青使用性能的重要支柱,对于针入度相同的沥青来说,沥青的延度越大其使用效果越好。再生剂对老化沥青延度的影响如图3所示。    
         
    由图3可以看出:再生剂的质量分数与老化橡胶沥青的延度呈线性递增的关系。三种再生剂都对沥青延度的恢复起到了很好的作用,但再生剂2对延度的提高效果最好,可以将老化沥青的延度由38cm提高到98cm。这是因为再生剂2的胶质含量略高于再生剂1与再生剂3,而胶质对于改善沥青的延度有显著的效果。
    综上所述,再生剂2有利于老化橡胶改性沥青的性能恢复。
    2.3 再生前、后橡胶沥青对比
    图4为苯乙烯焦油质量分数为3%、橡胶粉质量分数为15%时的橡胶沥青在老化20h后的SEM照片。由图4可以看出:橡胶沥青老化后出现了很明显裂纹及断裂,从而影响了沥青的路用性能。
            
    图5为加入再生剂2后的再生橡胶沥青的SEM照片。
            
    由图5可以看出:再生剂的加入使橡胶沥青的裂纹消失,能够恢复沥青的使用性能。
    3 结束语
    (1)橡胶改性沥青经过老化后,改变了其化学组成与结构,使橡胶改性沥青软化点升高,延度与针入度降低,从而导致了橡胶改性沥青的路用性能劣化。
    (2)老化后的橡胶改性沥青加入再生剂后,可以使其延度与针入度提高,软化点降低,提高橡胶改性沥青的路用性能,其中再生剂2对橡胶改性沥青的恢复性能最好。
    (3)经再生的橡胶沥青可以很好的恢复其路用性能,软化点为37℃,针入度可达到120(0.1mm),延度为96cm,符合国家规定的140号道路沥青标准。
    参考文献:略


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作者:佚名
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