助剂活化废胶粉改性沥青性能机理研究

1、公路2010年3月第3期HIGHWA Y Mar 12010No 13文章编号:0451-0712(2010 03-0164-04中图分类号:U4141701文献标识码:B助剂活化废胶粉改性沥青性能机理研究肖敏敏, 丁文胜(上海应用技术学院上海市200235摘要:采用助剂活化废胶粉, 制备废胶粉复合改性沥青, 对其活化机理展开了研究。利用溶胀试验、力学性能测试等方法研究了助剂活化废胶粉的机理; 利用荧光显微分析、差热分析(D TA 等方法分析了活化废胶粉改善沥青性能的机理, 并试图构建了解释活化机理的物理模型。结果表明:在富含油分和芳香分的助剂作用下, 废胶粉被充分泡开, 再加上高速剪切的作用

2、, 废胶粉分离出更多增溶剂, 使其能与沥青更加稳定地相容, 青性能更优越。关键词:道路工程; 助剂活化; 废胶粉; 改性沥青; 目前, 剂, , 而通过助剂活化废胶粉, 并将其加入到沥青中, 则能进一步提高改性沥青的高、低温性能, 并使其存储稳定性同时得到改善。本文主要通过常规及微观实验研究, 对活化前后的废胶粉及相应的改性沥青的性能进行对比分析, 试图揭示活化机理。1原材料111基质沥青选用90号沥青作为基质沥青进行各项试验研究, 其性能满足规范要求。112废胶粉选用80目(01180mm 废胶粉, 水分标准为014%, 灰分518%, 丙酮抽提物11%, 橡胶烃含量4715%, 金属含量0

3、105%, 纤维含量012%, 拉伸强度21Pa , 扯断伸长率570%。113助剂重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油, 其成分主要是炭水化物, 另含有部分(约011%4% 的硫磺及微量的无机化合物。2活化废胶粉及复合改性沥青的制备工艺211废胶粉活化方法废胶粉活化改性是指运用物理、化学、机械及生物等方法对废胶粉表面进行处理, 根据应用的需要, 有目的地改变废胶粉表面的物理化学性质, 以满足新材料的发展要求。废胶粉活化的方法常见的有机械力学法、再生脱硫改性法、接枝法、碱浸泡法等。本文根据道路沥青的特点, 采取助剂活化的方法, 使废胶粉在处理后, 界面与沥青有良好的亲和性及活性, 从而更好地

4、与沥青相容。212助剂活化废胶粉处理过程将废胶粉放入60的恒温干燥箱中烘干脱水, 然后将助剂和胶粉按一定的比例混合, 并均匀加热到一定的温度, 充分搅拌后, 将二者在常温下密封浸收稿日期:2009-09-08lengt h increase , t he interfacial bond st rengt h become constant at t he end ;t he interfacial bond st rengt h will increased wit h t he increase of t he comp ressive strengt h of mortar , t he

5、 interfacial bond strengt h will be con 2stant wit h t he increase of t he compressive strengt h of mortar ; t he interfacial bond st rengt h will increase wit h t he increase of t he diameter of t he fiber ; when t he embedding lengt h is shallow , t he fiber will be p ulled out , when t he embeddi

6、ng lengt h is deep , t he fiber will be fragmented 1K ey w ords :synt hetic macro 2fiber ; mortar ; interfacial bond strengt h ; p ull 2out curve 泡5h , 即制得活化废胶粉。为保证废胶粉接收助剂充分而均匀地活化, 每次废胶粉的量不宜过多, 按每次100g 进行定量控制。213复合改性沥青的制备用高剪切分散乳化机进行复合改性沥青的制备, 要求制备温度为160, 剪切速率为5000rp m , 剪切时间为75min , 活化后的废胶粉掺量为15%。3试

7、验数据对比将普通废胶粉改性沥青与活化后的废胶粉改性沥青进行常规试验, 所得的结果如表1所示。可以看出, 与普通的废胶粉改性沥青相比, 复合改性沥青的离析试验上下段软化点差明显减小, 高温存储稳定性增强, 当量脆点和低温延度指标都有所提高, 针入度增加, 但软化点和R TFO T 降, 的稳定相容性, 。表1普通改性沥青与复合改性沥青试验指标试验指标普通改性沥青复合改性沥青软化点/56165316延度(5/cm 13181714针入度指数0198911135当量软化点/57195313当量脆点/-2618-2813闪点/240232RTFOT 后质量损失/%812017针入度(25/%8177延

8、度(5/cm 67774助剂活化废胶粉机理研究411废胶粉的力学性能测试将助剂活化前后的废胶粉分别投入到开炼机中, 翻炼5次混匀, 再分别薄通30次(未粘辊 和50次(粘辊 出片。然后在100,15M Pa 下模压8min , 成型24h 后测试其强度指标, 则二者的力学性能如表2所示。从表2中可以看出, 助剂活化后的废胶粉的100%定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率均有明显的提高, 可以作如下解释:表面比较致密的废胶粉在助剂的溶胀和结构的破坏作用下, 废胶粉的表面变得很不规则, 表面能增加, 在硫桥结构遭到破坏后, 解离出更多的烯键, 化学能增加, 根据相似相容原理及表2废胶粉、活化废胶粉力学参

9、数种类薄通次数物性硬度100%定伸应力/MPaMPa 扯断伸长率/%活化前废胶粉30644. 22. 951585065. 44. 533. 77168活化后废胶粉30604. 283. 1516950624. 704. 26196更多的化学力作用, 使得助剂处理后的废胶粉在沥青中的稳定性大大增强。41240mm 40mm , 0 11的原油中(用 min 将放有试样的不锈钢小盒, 滴20s 后用滤纸擦净底部过量的油, 置于天平上称量。吸油率公式为Q =(W s -W P /W P , 式中:Q 为溶胀率; W s 为吸油后试样的质量; W P 为吸油前试样的质量。将求得的溶胀率Q 与相应的时

10、间t 作图, 即得到溶胀曲线。从图1中可以看出, 溶胀后期曲线近似为一直线, 将直线部分向t 轴反方向延伸交Q 轴于一点, 该点的溶胀率为最大溶胀率, 则助剂废胶粉的最大溶胀率为114%左右, 而活化前的废胶粉溶胀率为112%左右, 可以作如下解释:由于废胶粉的主要成分为N R ,NR 中C S C 和S S 键在助剂活化过程中发生了断裂,N R 中的乙烯双键复原, 废胶粉在反应中不仅作了单体, 而且充当了化学交联剂的作用, 形成了轻度交联的网络结构, 废胶粉的活性大大增强, 有利于溶胀。图1废胶粉、活化废胶粉溶胀曲线5助剂活化废胶粉改性沥青机理研究511显微结构分析5612010年第3期肖敏

11、敏丁文胜:助剂活化废胶粉改性沥青性能机理研究 利用荧光显微技术可以分析改性沥青的相态结构。改性沥青的相态结构是指聚合物在沥青中的分布形式, 主要包括聚合物颗粒形状、大小、分布均匀程度以及沥青相与聚合物相连续的情况。改性沥青的相态结构在很大程度上决定了改性沥青热储存稳定性及其他性能。本论文采用同济大学交通运输学院研制开发的Image 2Pro 微观结构图像分析软件, 可对图像进行分割、计数、测量等工作。图2为废胶粉改性沥青, 图3为助剂活化废胶粉改性沥青, 图中黑色的为沥青颗粒, 白色的为胶粉颗粒, 将改性剂颗粒的平均面积(m 2 和平均粒径(m 作为与改性沥青性能建立关系的结构参数。对于这两个

12、图的分析结果见表3 。图2 普通改性沥青图3复合改性沥青表3荧光显微技术分析结果试样试片m 2m平均面积变化率/%平均粒径变化率/%(1 601355152-(252191510312138188从图像可以直观地看出, 图3中废胶粉的颗粒比图2中的分布更加均匀, 但是对比发现:从平均粒径来看, 图3中废胶粉颗粒比图2中的小, 并且大胶团基本消失了; 从颗粒浓度来看, 图3中的废胶粉粒子浓度小于图2中的浓度。说明在助剂活化废胶粉的过程中, 在助剂的油分和芳香分的作用下, 废胶粉被充分泡开, 其致密结构得到松弛和破坏, 同时加上剪切作用的存在, 废胶粉分离出更多的可溶成分, 从而使自身更加均匀地和

13、沥青相容。512差热分析(D TA 根据D TA 的动态测量原理, 随着温度的增加, 试样产生了热效应(例如相转变 , 则与参比物间的温差变大, 在DT A 曲线中表现为峰。通过DT A 谱图中峰的个数、形状、位置、相应的温度及吸收热量的多少, , 进。: 吸收峰, , 说明沥青在该温度区间内发生变化的组分多, 在宏观上必定对沥青的物理性质产生较大的影响; 吸热峰大, 即吸热量大的沥青必定加热后物理性质的改变程度大, 也即表现为热稳定性差。图4中1为助剂活化废胶粉改性沥青,2为废胶粉改性沥青,3为基质沥青。从图中可以看出:3种物质的曲线基本相同, 且都几乎没有吸热峰, 说明这3种物质在一定的温

14、度下大部分组分已经完成聚集态的转变, 其中的固态组分已经所剩无几, 表现出黏流状态。由此可以得到, 不管是废胶粉改性沥青还是助剂活化废胶粉改性沥青, 其中的每个成分都是很稳定地相容于一个体系中。但是从平坦程度来看, 两种改性沥青的曲线缓于基质沥青, 说明改性沥青的热稳定性能得到了明显的改善; 其中助剂活化废胶粉改性沥青的热稳定性能最优。图43种沥青DTA 曲线661公路2010年第3期 6物理模型解释反应机理基质沥青的四组分为饱和分、芳香分、胶质和沥青质。沥青质是不溶于正庚烷的黑色或棕色的无定形固体, 除含有碳、氢外还有一些氮、硫、氧, 沥青中的沥青质含量一般为5%25%; 胶质与沥青质一样也

15、是大部分由碳氢组成, 并含有少量的氧、硫、氮, 它是沥青质的扩散剂或胶溶剂, 胶质对沥青质的比例在一定程度上决定沥青是凝胶或是溶胶类的特性; 沥青质是胶质包裹沥青质而成胶团悬浮在油分之中, 形成胶体溶液。饱和分和芳香分是沥青的轻组分, 都为油分, 在沥青中起着润滑和柔软作用。其中饱和分是由直链烃和支链烃所组成的, 是一种非极性稠状油类, 平均分子量范围类似芳香族, 其成分有蜡质及非蜡质的饱和物; 化合物组成的, , 的溶解能力。因此, 在改性沥青中, 含有一定量的芳香分和饱和分是很重要的, 它们是废胶粉发生一定的溶解或溶胀的重要组成。根据基质沥青与废胶粉的特性, 可以认为两者对轻组分的争夺对整

16、个体系的稳定性有着决定性的作用。因此构造物理模型以解释反应机理如下。如图5所示, 大圆为废胶粉, 小圆为基质沥青, 线条为油分, 当废胶粉和基质沥青在一定的条件下共混时, 废胶粉吸收基质沥青中芳香分和饱和分的油分, 由于其中的油分有限, 废胶粉颗粒吸收得不充分, 因此在基质沥青中溶胀的同时破坏了体系的平衡, 废胶粉和基质沥青的界面不稳定 。图5普通改性沥青如图6所示, 当助剂填入到废胶粉改性沥青这个体系中时, 在初期, 助剂中油分的添加使得废胶粉吸油较为充分, 填补了基质沥青中油分的不足, 使得废胶粉和基质沥青间的界面较为平衡, 但废胶粉还没有充分地溶胀 。图6活化废胶粉改性沥青初期如图7所示

17、, 当助剂与废胶粉浸泡一段时间后, 废胶粉将基质沥青及助剂中的一些油分分子吸收到内部, 但是由于摩擦、温度、压力等外部因素的缘故, , 被废胶粉分子的, 这些大分子, 使得废胶粉, 废胶粉的溶胀更为充分, 则制备出的活化废胶粉改性沥青的性能也更加优良 。图7活化废胶粉改性沥青中、后期7结语(1 通过对普通废胶粉改性沥青与助剂活化后的废胶粉改性沥青的常规指标的对比, 可以得到:后者的离析试验上下段软化点差明显减小, 高温存储稳定性增强, 当量脆点和低温延度指标都有所提高, 针入度增加, 但软化点和R TFO T 后相关指标有所下降, 说明助剂的引入可以明显改善废胶粉在沥青中的稳定相容性, 使沥青

18、变软一些。(2 通过溶胀试验、力学性能测试等方法可以得到:助剂活化后的废胶粉的表面能和化学能增加, 活性大大加强, 有利于在沥青中溶胀, 其稳定性得到提高。因而, 制备出的复合改性沥青的网络结构更加均匀和致密, 性能更优越。(3 利用荧光显微分析、差热分析等方法探寻了改性沥青的微观结构和其性能之间的关系, 可以得到:在助剂活化废胶粉的过程中, 在助剂的油分和芳7612010年第3期肖敏敏丁文胜:助剂活化废胶粉改性沥青性能机理研究公路2010年3月第3期HIGHWA Y Mar 12010No 13文章编号:0451-0712(2010 03-0168-04中图分类号:U414118文献标识码:

19、B水镁石纤维道路混凝土工程应用对比分析关博文1,2, 刘开平2, 陈拴发1(11长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安市710064; 21长安大学西部矿产资源与工程教育部重点实验室西安市710064摘要:结合水镁石纤维混凝土在高速公路段、农村公路段的试验路工程研究成果进行对比分析, 探讨合适的水镁石纤维混凝土制备工艺, 并做一定的经济分析。对比分析结果表明:与干法制备工艺相比, 相同强度混凝土路面湿法制备工艺纤维分散效果更佳, 有效降低材料成本。在配合比设计中, 比。在路面工程中, 水镁石纤维混凝土较钢纤维混凝土、关键词:水镁石纤维; 路面材料; 工程应用天然矿物纤维高、韧性好的长处,

20、 黏、拔出、桥接、载荷传递等作用, 增加混凝土承载中吸收能量的能力, 降低混凝土的脆性, 提高混凝土的抗裂性、抗冲击性和疲劳强度, 改善水泥混凝土路面的韧性1-2。作为一种在我国应用不多的新型纤维增强面层材料, 水镁石纤维道路混凝土在道路工程应用方面鲜有研究3。本文结合水镁石纤维混凝土在高速公路段、农村公路段的试验路工程研究成果进行对比分析, 探讨合适的水镁石纤维混凝土施工工艺, 并作, 以期为以后推广应用提供有益的理论指导。1各工程简介小康线试验段:本项目路线起自旬阳县小河乡, 接在建的柞水至小河高速公路终点, 经茨沟镇、松坝镇, 止于安康市尹家营。全线采用双向四车道标准建设, 设计行车速度80k