試驗(yàn)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(duì)SK-70瀝青（物理性能見表1）進(jìn)行改性，利用高速剪切機(jī)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(shí)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(duì)瀝青性能的影響

未造粒炭黑摻量對(duì)瀝青性能的影響

物理性能。未造粒炭黑摻量對(duì)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(diǎn)與粘度逐漸增大。當(dāng)未造粒炭黑的摻量為5%時(shí)，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(shí)，瀝青的低溫延度即產(chǎn)生了明顯的下降。

儲(chǔ)存穩(wěn)定性。由于炭黑加入瀝青中形成了兩相體系，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸與使用過程中可能會(huì)發(fā)生離析現(xiàn)象，因此需要研究炭黑改性瀝青的離析性能。該項(xiàng)目采用類似于聚合物改性瀝青離析性能的測(cè)試方法，測(cè)試了廢輪胎再生炭黑改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。表3顯示了未造粒炭黑摻量對(duì)瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)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(diǎn)差值相比于基質(zhì)瀝青明顯增大，而且摻量越大，軟化點(diǎn)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(chǔ)存穩(wěn)定性，炭黑摻量越大，瀝青的離析將會(huì)越嚴(yán)重。

PG分級(jí)。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(píng)價(jià)炭黑改性瀝青的性能，該項(xiàng)目根據(jù)美國(guó)SHRP的研究成果，借助動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）與彎曲梁流變儀（BBR）對(duì)炭黑改性瀝青進(jìn)行了PG分級(jí)，結(jié)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(jí)與基質(zhì)瀝青相比沒有變化，均為PG 64-22；當(dāng)未造粒炭黑的摻量為15%時(shí)，改性瀝青的PG等級(jí)變?yōu)镻G 64-16，低溫分級(jí)降低了一個(gè)等級(jí)。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(jí)卻沒有發(fā)生顯著變化，只有當(dāng)未造粒炭黑的摻量較大時(shí)（15%），瀝青的PG分級(jí)才有所變化。

表2 未造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青物理性能的影響

表3 未造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

表4 未造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青PG分級(jí)的影響

表5 造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青物理性能的影響

表6 造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

表7 造粒炭黑摻量對(duì)SK-70瀝青PG分級(jí)的影響

造粒炭黑摻量對(duì)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(duì)瀝青性能的影響。表5為造粒炭黑摻量對(duì)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(diǎn)總體呈現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。造粒炭黑對(duì)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(chǔ)存穩(wěn)定性。表6顯示了造粒炭黑摻量對(duì)瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)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(yàn)后的軟化點(diǎn)差值大大增加，當(dāng)摻量為5%時(shí)，改性瀝青離析試驗(yàn)后的軟化點(diǎn)差值就達(dá)到了2.8℃，是基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)差值的9倍多，當(dāng)造粒炭黑摻量為15%時(shí)，瀝青的軟化點(diǎn)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(wěn)定的混合體系。

PG分級(jí)。造粒炭黑摻量對(duì)瀝青PG分級(jí)的影響如表7所示。從表7可以看出，造粒炭黑摻量為5%時(shí)，瀝青的PG分級(jí)與基質(zhì)瀝青相同，仍為PG 64-22；當(dāng)造粒炭黑摻量增加至10%時(shí)，瀝青的高溫等級(jí)升高了一個(gè)級(jí)別，而低溫等級(jí)卻沒有發(fā)生變化，即PG 70-22；當(dāng)造粒炭黑的摻量繼續(xù)增加達(dá)到15%時(shí)，瀝青的高低溫等級(jí)均發(fā)生了變化，PG分級(jí)為PG 70-16。

綜上所述，對(duì)于2種炭黑而言，當(dāng)摻量為5%時(shí)，瀝青的PG等級(jí)均未發(fā)生變化；當(dāng)摻量為15%時(shí)，改性瀝青的低溫等級(jí)相比于基質(zhì)瀝青均降低了一個(gè)等級(jí)；當(dāng)摻量為10%時(shí)，改性瀝青可保持原有的低溫等級(jí)，同時(shí)高溫還可能升高一個(gè)等級(jí)（對(duì)于造粒炭黑而言）。因此，對(duì)于該研究而言，建議2種炭黑的摻量為瀝青質(zhì)量的10%左右。

結(jié)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(diǎn)與粘度有所增大，儲(chǔ)存穩(wěn)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?yōu)r青的PG分級(jí)，總體來說，一定摻量的炭黑可保持或提高瀝青的高溫等級(jí)，但是同時(shí)有可能會(huì)降低瀝青的低溫等級(jí)。

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(zhì)量的10%左右。