胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究

发布日期:2015-02-19 02:23:19

胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究和废橡胶粉改性沥青

胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究,将废橡胶粉用于生产胶粉改性沥青(CRMA)是一种节能而又环保的有效途径。在不同条件下制备胶粉改性沥青,并进行 黏度测试,废橡胶粉改性沥青分析了胶粉粒径、胶粉掺量、处理温度、处理时间以及微波条件对胶粉改性沥青黏度的影响,采用电子显微照相技术观测 胶粉的微观状态变化,进行了胶粉溶胀特性探讨。结果表明,随着处理温度的升高及胶粉掺量的增大,胶粉改性沥青黏度不断增高; 而随着胶粉粒径减小,胶粉改性沥青黏度先增后减,其中以60目胶粉改性沥青黏度最大;微波作用可以增强胶粉在沥青介质中的 溶胀效果,使胶粉改性沥青黏度增大。在不同条件下胶粉的溶胀程度不同,对胶粉改性沥青黏度的影响也不同。

废橡胶是典型时‘黑色污染”,生产胶粉改性沥青(CRMA) 是实现废橡胶资源化利用、减轻环境污染的有效途径H。胶 粉改性沥青具有广阔的开发应用前景,深入研究废胶粉在沥 青中的微观作用以及胶粉改性沥青的性能影响因素,有助于 优化胶粉改性沥青的工艺条件M。胶粉改性沥青生产过程 中,胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究,胶粉颗粒会发生溶胀和分子链的降解沥青组分、胶粉 基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目 的组成、颗粒大小等物化特性以及胶粉在沥青中处理的温度、 处理方式、处理时间等均不同程度地影响胶粉改性沥青的性 能,需要进行深入研究。本文由胶粉的物化特性分析入手,分 析了胶粉粒径、胶粉掺量、处理温度、处理时间以及微波条件 对胶粉改性沥青黏度的影响,采用电子显微照相技术分析胶 粉的微观特性变化,探讨胶粉溶胀和降解行为,为胶粉改性沥 青制备工艺条件优化,提高胶粉改性沥青性能提供参考。
1试验
1.1原材料
基质沥青:性能见表1;废橡胶粉:相对密度为1.10-1.30,
粒径分别为20、40、60、80目,其技术指标见表2。
表1基质沥青性能指标
项目规范要求试验值
针入度(25^,100g,5 s)/(0.1 mm)80-10082.8
黏度(WU/ffah)彡160160.5
延度(5 cm/min,15 "O/cm彡100>100
软化点(环球法)/t彡4546.0
表2废橡胶粉的技术指标
-项目■指标项目指标
天然橡胶含量/%>40水分/%<1
丙酮抽出物/%6~16金属含量/%<0.01
炭黑含量28-38纤维含量<0.05
橡胶烃含量/%彡42灰分/%各8
1.2试验方法
试验前用水和酒精清洗胶粉,去除胶粉表面杂质。将不同 粒径胶粉分别按5%、15%、25%和35%的不同比例与沥青进 行掺配,分别在160、170、180、190、200 ^条件下搅拌后制成 胶粉改性沥青。同时进行胶粉掺量为25%,微波功率为750 W,处理时间分别为10、20、30、40和50 min的对比试验。测 试1801 (27号转子,转速为50 r/min)时的黏度,并将在不同 条件下制备胶粉改性沥青中的胶粉颗粒进行电子显微照相, 分析胶粉颗粒的溶胀状态。
2胶粉改性沥青黏度影响因素分析
2.1处理温度对胶粉改性沥青黏度的影响
取40目的胶粉,以沥青质量25%的配比进行160、170、 180、190、200t下且保温时间均为50min的试验。各条件下 制得的胶粉改性沥青黏度变化见图1。
图1处理温度对胶粉改性沥青黏度的影响
由图1可见,在试验温度范围内,胶粉改性沥青的黏度 随着温度的升高而增大,但相同升温幅度时其增加的速率不 同,从160-1801黏度上升比较平缓,180-1901黏度有突然 增加趋势,随后又平缓上升。这是因为胶粉改性沥青是一个胶 粉与沥青的混合体系,测得的黏度应该是沥青的黏度、胶粉颗 粒间的摩擦、胶粉界面与沥青界面摩擦的综合体现。在低于 180丈时胶粉未充分溶胀,胶粉颗粒间及胶粉界面与沥青界 面间的摩擦力相对较小,所以黏度增加的幅度较平缓。达到 1801时胶粉充分溶胀,其比表面积增大,进而各界面间的摩 擦力增大,使得黏度突然增大。当温度达到1901以后胶粉颗 粒将会发生部分降解,而使得黏度的增幅有所下降。
2.2胶粉粒径对胶粉改性沥青黏度的影响
分别取20、40、60、80目胶粉,以沥青质量25%的配比在 180 X、保温50 min制备胶粉改性沥青。胶粉粒径对胶粉改性 沥青黏度的影响见图2。
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204060 • 80
胶粉粒径/目
图2胶粉粒径对胶粉改性沥青黏度的影响
由图2可知,胶粉粒径从20目到60目,胶粉改性沥青的 黏度随着胶粉粒径的减小而增大。胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究,这是因为在相同掺量的条 件下,胶粉粒径越小,其比表面积越大,胶粉之间及胶粉界面 与沥青界面之间的摩擦力也越大,故胶粉改性沥青的黏度也 越大。但80目的胶粉所对应的胶粉改性沏青的黏度要较60 目对应的胶粉改性沥青的黏度小,这是因为80目胶粉粒径过 小,在高温条件下与沥青中的轻溶剂相互作用产生了溶解,而 使得胶粉改性沥青的黏度有所减小。
2.3胶粉掺量对胶粉改性沥青黏度的影响
取40目胶粉,分别以沥青质量5%、15%、25%和35%的 不同比例进行掺配,于180丈保温50 min制备胶粉改性沥青。 胶粉掺量对胶粉改性沥青黏度的影响见图3。
图3胶粉掺量对胶粉改性沥青黏度的影响
由图3可知,胶粉掺量从5%增加到25%时,黏度增幅较 平缓;从25%到35%时黏度增幅加大。总体而言,随着胶粉掺 
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f的增如,黏度¥增大的趋势。这是因为卨溫处理条件下,气 胶粉粒径相H时,随着的增加.K粉微粒间的间跆相应« 小,即相丨间的摩擦儿牛:增加,掺S越大,胶粉改性i #体系 中胶粉颗粒之间及皎粒界面与沥育界囱间发生痄擦的儿牛必 然也越大,进而体现为黏度?增大趋势,
2.4微波条件对胶粉改性沥青黏度影响
首先将I质沥ff在丨801条件卜'融成流态,加入40 0占 沥7?质125%的胶粉,然C在激波功率为750 W条件下.分 別保S5丨0、20、30、40和5〇1^制备皎粉改性沥#,微波条件 对胶粉改性沥古黏度的影响E图4.
图4微波条件对胶粉改性沥胄點度的彩响
由图4可知,在微波条件F进行保温而制得的胶粉改 性沥宵的黏度均大于不同S度保溫50 min的黏度值,即微波 辐射对胶粉改性沥#的黏度柯增大作用。激波处理时间超过 30min后,其埔大效果史为明微波辐射时间延K,K粉 性沥Tf黏度的增幅也韙大,30min fi革本呈直线变化.由以上 分析珂知,胶粉改件沥#的黏度1:要依輳TK粉颗粒在沥ff 介质中的溶胀、溶解R度,由此吋见,撖波加大了胶粉在沥占 介质小的溶胀与降解R度,进而使胶粉A性沥ff的黏度进• 步增大,
3胶粉微观形态分析
胶粉微观形态变化是影响胶粉改性沥古黏度性能变化的 重要R因*图5是40目、60目胶粉掺i为15%时分别在180 t、保温50 min条件K制得的胶粉改性沥汽屮胶粉颗粒的形 态特征。RI6则足40 n胶粉分別在丨5%、35%掺量制得胶粉 改性沥#中胶粉1粒的形态特征。图7为60 H胶粉15%掺 5:,分别在丨8〇 t和》波辐照.处理50 min条件卜'制得的胶 粉改性沥#中胶粉颗粒的形态特征.
由H 5可知,在试验条件下,40目与60目胶粉均发生了 溶胀.但溶胀程度及状态明同,60 H胶粉内*LL圼现松 散状态,而40目胶粉内部仍然紧实。即3其它条忭相问时.在 胶粉改性沥ff体系屮60 H胶粉较40 H胶粉吸收轻组分的能 力要强,发生溶胀的程度史大.
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图5不同粒径胶粉的形态特征对比
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图6不同播比胶粉的形态特征对比
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图7加热与微波处理胶粉的形态特征对比 由图6可以貞规地发现,不的胶粉在胶粉改性* 体系中的溶胀状态完伞小M。搀哲为15%时胶粉在沥#中 发牛.,边缘溶解,即溶胀与溶解R时存在.而掺S.为35%时 仅仅发溶胀,未有明K的溶解现象。
由图7可知,加热与微波处理对胶粉在沥S中的溶胀、溶 解程度作用明a不R.在a波的作用卜胶粉内部能发生了 降解,圼现力咬粉整体的松敗结构,且整体结构均匀-而加热 作用虽发生了明®的溶胀,但胶粉边缘变化不明显,锒体结构 不均匀.
结论
(1)基膏麻化膏比例为100/12时即可使密封胶完全固 化,完全固化时间为19 d。胶粉改性沥青黏度影响因素及微观特性研究,当基膏/硫化膏比例为100/8时密 封胶具有最佳的力学性能,拉伸强度和断裂伸长率分别为 2.65 MPa 和 437%。
(2)增加促进剂二苯胍的用量有助于提高密封胶的固化 速度,缩短固化时间。二苯胍使用量为0.8份时密封胶具有最 优的力学性能,断裂伸长率和拉伸强度分别达到581.13%和 2.81 MPa。
(3)1001热老化7 d能降低聚硫密封胶的硬度,并提高 其拉伸强度和断裂伸长率。
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