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      次氯酸鈉活化橡膠粉制備的橡膠瀝青路用性能研究

      2020-04-27 09:44:52
      北方交通 2020年3期
      關(guān)鍵詞:橡膠粉針入度膠粉

      王 浩

      (撫順市交通運(yùn)輸發(fā)展服務(wù)中心 撫順市 113006)

      目前橡膠瀝青主要用于路面的封層施工,用以控制反射裂縫的發(fā)展以及橋面鋪裝中的防水層,但橡膠瀝青仍然無法達(dá)到SBS或SBR等改性瀝青的效果。改善橡膠粉的性能和狀態(tài)從而提高橡膠瀝青路用性能已成為一個(gè)全新的思路,采用次氯酸鈉活化橡膠粉,對(duì)活化前后的瀝青性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

      1 活化機(jī)理

      廢胎膠粉材料表現(xiàn)為一種交聯(lián)結(jié)構(gòu),具有惰性表面。膠粉活化就是切斷表層材料的一些高分子斷鏈以及交聯(lián)鍵,增強(qiáng)其極性和反應(yīng)性,使膠粉再一次塑化再生。在輪胎的生產(chǎn)過程中,會(huì)大量打開橡膠分子的雙鍵,妨礙了與瀝青的融合,活化會(huì)調(diào)整硫化體系,破壞膠粉中的硫交聯(lián)鍵,從而加深瀝青與膠粉的反應(yīng),提高兩者的粘結(jié)性,且不影響兩者的物理性能。

      采用次氯酸鈉溶液活化橡膠粉是利用氣體的強(qiáng)氧化性使膠粉改性。

      2 試驗(yàn)概述

      2.1 材料

      (1)基質(zhì)瀝青

      基質(zhì)瀝青采用遼寧盤錦中海油道路石油瀝青90號(hào)A級(jí),瀝青指標(biāo)見表1。

      表1 基質(zhì)瀝青主要性能指標(biāo)

      (2)橡膠粉

      橡膠粉采用山東某公司提供的粒徑20目的常溫輪胎膠粉,性能指標(biāo)見表2。

      表2 橡膠粉主要性能指標(biāo)

      (3)活化橡膠粉

      按1∶1的比例取次氯酸鈉500ml和500ml去離子水混合,配制成次氯酸鈉溶液,將適量橡膠粉加入到溶液中,啟動(dòng)電動(dòng)攪拌裝置,保持1000r/min的轉(zhuǎn)速攪拌1h,若橡膠粉都沉入活化溶液中則停止攪拌,若仍有懸浮,則增加攪拌時(shí)間直至全部沉入。

      將溶液放置于電熱保溫箱中,控制溫度保持在40℃,浸泡48h后過1.18mm篩,將篩出的膠粉用去離子水沖洗干凈,置于60℃恒溫干燥箱中不少于6h直至恒重,干燥冷卻后所得的橡膠粉即為次氯酸鈉活化膠粉。

      2.2 橡膠瀝青的制備

      活化橡膠粉在使用前應(yīng)始終置于干燥器內(nèi),若受潮應(yīng)先置于干燥箱中以60℃干燥4h以上,然后人工敲散結(jié)塊部分,過1.18mm篩后用于試驗(yàn)。

      將裝有瀝青試樣的盛樣器放入恒溫烘箱中,調(diào)節(jié)至135℃保溫2h,表面無氣泡后通過0.6mm篩過濾,不等冷卻置于165℃的烘箱中保溫30min,達(dá)到溫度后立即取出置于恒溫加熱臺(tái)上,設(shè)置加熱臺(tái)控制溫度為180℃,開啟攪拌裝置,觀察溫度計(jì),待瀝青溫度升到180℃時(shí)立即加入準(zhǔn)備好的活化橡膠粉,保持?jǐn)嚢杵鬓D(zhuǎn)速為1000r/min,當(dāng)瀝青溫度升回至175℃時(shí)開始計(jì)時(shí),拌和過程中每過10min要適當(dāng)移動(dòng)攪拌葉保證拌和的均勻性,整個(gè)過程拌和物的溫度始終控制在180℃±5℃,拌和反應(yīng)1h后停止攪拌得到活化橡膠瀝青,不等冷卻立即制備試樣開始各項(xiàng)指標(biāo)的試驗(yàn)。

      3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

      本次試驗(yàn)選用了20目單一粒徑的橡膠粉,分別采用20%、25%、30%不同的摻量測(cè)定了所制的橡膠瀝青的軟化點(diǎn)、針入度、180℃旋轉(zhuǎn)粘度、5℃延度、25℃彈性恢復(fù)等指標(biāo),同時(shí)測(cè)定了相同摻量下未經(jīng)活化處理的橡膠瀝青各項(xiàng)指標(biāo),試驗(yàn)結(jié)果如下。

      3.1 試驗(yàn)結(jié)果

      在相同膠粉粒徑下,研究不同摻量的活化膠粉和普通膠粉制備的橡膠瀝青性能見表3和表4,性能對(duì)比見表5。

      表3 次氯酸鈉活化橡膠瀝青性能指標(biāo)

      表4 未活化橡膠瀝青性能指標(biāo)

      表5 膠粉經(jīng)活化后橡膠瀝青性能對(duì)比

      3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

      從表3和表4可以看出,膠粉的加入提高了瀝青的高溫穩(wěn)定性,導(dǎo)致針入度減小,軟化點(diǎn)變大,粘度變大;由于廢胎膠粉的加入,使瀝青具有了橡膠的彈性,改善了瀝青的低溫脆硬性。由表5對(duì)比可知:

      (1)軟化點(diǎn)

      從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出普通膠粉改性和活化膠粉改性都大大提高了瀝青的軟化點(diǎn),且在相同粒徑下,活化膠粉的改性效果優(yōu)于普通膠粉,且摻量越高越為明顯,表現(xiàn)為曲線斜率隨著摻量提高而增大,但提高的幅度有限,在20%的摻量下僅能提高2.57%,而在30%的摻量下可以提高6.88%。

      (2)針入度

      普通膠粉改性和活化膠粉改性橡膠瀝青隨著膠粉摻量的增加,針入度逐漸降低,瀝青的高溫穩(wěn)定性逐漸變大,且在相同粒徑下,活化膠粉的改性效果優(yōu)于普通膠粉。

      (3)旋轉(zhuǎn)黏度

      普通膠粉改性和活化膠粉改性橡膠瀝青隨著膠粉摻量的增加,黏度逐漸增大,且黏度增加的幅度隨著膠粉摻量的增加而加大,黏度曲線的斜率隨摻量增加而變大,尤其是摻量達(dá)到25%后尤其明顯。

      同普通膠粉相比,活化膠粉的摻量在未達(dá)到25%時(shí),兩者黏度的增加都不大,差異較小,活化膠粉的改性效果隨著摻量的增加而逐漸凸顯,在摻量達(dá)到30%時(shí),降低幅度可以達(dá)到79.88%,由此可見,在膠粉采用高摻量時(shí),活化處理可以有效改善橡膠瀝青的施工和易性。

      (4)5℃延度

      普通膠粉改性和活化膠粉改性都能有效地提高橡膠瀝青的低溫延性,且活化膠粉的改性效果優(yōu)于普通膠粉,低溫延度越大,抗裂性能越好,橡膠瀝青材料的抗變形能力越強(qiáng)。

      (5)25℃彈性恢復(fù)

      膠粉活化后橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能明顯提高,由圖5可知,隨著摻量的增加,曲線逐漸平緩,橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能提高幅度逐漸變小,膠粉經(jīng)過活化處理,表面具有較強(qiáng)的活性,在與瀝青的結(jié)合過程中,對(duì)輕質(zhì)組分的吸收也會(huì)相應(yīng)變大,彈性恢復(fù)性能就越好,進(jìn)而減小了路面在荷載作用下的殘余變形,降低路面破壞。

      4 結(jié)語

      (1)活化橡膠粉與普通橡膠粉改性對(duì)瀝青性能的影響具有相似的規(guī)律:提高瀝青的高溫性能,表現(xiàn)為軟化點(diǎn)的提高、針入度的降低;增大瀝青的黏度;提高瀝青的低溫性能,表現(xiàn)為低溫延度的提高、彈性恢復(fù)性能的提高。

      (2)與未活化處理的膠粉比較,活化處理進(jìn)一步提高了橡膠瀝青的路用性能,在高溫性能和低溫性能上都有較明顯的提高。

      (3)摻量越高,活化膠粉的改性效果越為顯著,尤其在摻量達(dá)到30%后,黏度有較大的改善,這為實(shí)現(xiàn)高摻量的橡膠瀝青提供了基礎(chǔ)。

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