韓波

連云港市公路事業(yè)發(fā)展中心

1 引言

橡膠瀝青是一種減少?gòu)U舊汽車(chē)輪胎造成環(huán)境污染的有效辦法，原理即形成一種以橡膠粉為改性劑的可廣泛應(yīng)用于混合料、封層、應(yīng)力吸收層的改性瀝青，與此同時(shí)，具有減少環(huán)境污染、高穩(wěn)定性、強(qiáng)耐久性及抗滑降噪能力性能，應(yīng)用日益廣泛。文中通過(guò)電鏡試驗(yàn)、組分試驗(yàn)、差熱試驗(yàn)等手段，分析了橡膠瀝青混溶機(jī)理以及橡膠瀝青的性能[1]。

2 試驗(yàn)部分

2.1 橡膠瀝青電鏡分析

2.1.1 試驗(yàn)材料

典型掃描電鏡、橡膠瀝青、橡膠粉。

2.1.2 試驗(yàn)方法

（1）掃描電鏡。為了精確觀察橡膠粉在橡膠瀝青中的變化狀態(tài)，采用掃描電鏡采集橡膠粉置于橡膠瀝青中不同時(shí)間下橡膠瀝青體系和橡膠粉的表面結(jié)構(gòu)變化。

（2）橡膠粉提取方法。試驗(yàn)先利用三氯乙烯（C2HCL3）溶解再過(guò)濾的方法將橡膠粉、原樣橡膠粉從橡膠瀝青中提取出來(lái)，為了排除三氯乙烯對(duì)橡膠粉的影響，拍攝了直接用三氯乙烯浸泡120分鐘的橡膠粉圖片，并且，分別測(cè)定室內(nèi)制備橡膠瀝青時(shí)橡膠粉外摻量和從橡膠瀝青中的回收量。

2.2 橡膠瀝青組分分析

2.2.1 試驗(yàn)材料

瀝青（后續(xù)需分離為四組分）。

2.2.2 試驗(yàn)方法

以相近的化學(xué)性子與性能為依據(jù)將瀝青劃分為四組分，并展開(kāi)瀝青性能分析，用作對(duì)比研究的基質(zhì)瀝青也遵循同樣的實(shí)驗(yàn)方法。

2.3 橡膠瀝青差熱分析

2.3.1 試驗(yàn)材料

原樣瀝青、膠粉（20目貨車(chē)）和橡膠瀝青，試驗(yàn)過(guò)程中溫度保持在-30℃～120℃范圍變化，升溫速率為10℃∕min。所用分析儀器為美國(guó)PERKIN-ELMER公司生產(chǎn)的Pyris Diamond DSC（示差掃描量熱法）分析儀[2]。

2.3.2 試驗(yàn)方法

利用DSC，測(cè)定試驗(yàn)樣本在試驗(yàn)過(guò)程中由于溫度升高而相應(yīng)的吸收的熱量或由于溫度降低而對(duì)應(yīng)放出的熱量值，以此判定在試驗(yàn)溫度波動(dòng)范圍內(nèi)試樣樣本的熱穩(wěn)定性。

3 結(jié)果分析

3.1 橡膠瀝青電鏡試驗(yàn)

3.1.1 20 目與40目橡膠粉改性瀝青電鏡分布

圖1為20目與40目貨車(chē)與小車(chē)的橡膠粉改性瀝青電鏡采集圖片，可看出20目膠粉改性瀝青的顆粒相較于40目膠粉改性瀝青大很多，而貨車(chē)膠粉相較于小車(chē)膠粉在外觀上基本無(wú)差。

圖1 20目與40目橡膠粉改性瀝青電鏡圖

3.1.2 不同反應(yīng)時(shí)間橡膠瀝青電鏡分析

通過(guò)貨車(chē)20目膠粉在不同拌和時(shí)間下所采集的橡膠瀝青的電鏡圖片分析，可見(jiàn)不同拌和時(shí)間時(shí)橡膠瀝青外觀形態(tài)差異不大，橡膠瀝青表面均凸凹不平整，粒度不同的膠粉互相接近，構(gòu)成了交叉相錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)摻入橡膠粉后，橡膠瀝青和橡膠粉構(gòu)成了二相體，且外觀形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系。

3.1.3 橡膠粉電鏡分析

通過(guò)原樣橡膠粉電鏡圖片、不同反應(yīng)時(shí)間下的橡膠粉電鏡圖片分析可見(jiàn)，拌和30min相較于拌和15min的橡膠粉，顆粒間黏結(jié)得更為緊實(shí)，顆粒表面的尖銳部分減少，變得光滑，拌和60分鐘的相較于拌和30min的，顆粒黏結(jié)緊密度更為明顯，拌和120min的橡膠粉，顆粒幾乎融為一體，表面光滑，凸起部分大幅度減少?？傻贸?，橡膠粉表面的光滑度和顆粒之間的黏結(jié)程度與拌和反應(yīng)時(shí)間成正相關(guān)性。

根據(jù)電鏡圖片所示，隨著拌和時(shí)間的增加，橡膠瀝青與橡膠粉之間產(chǎn)生逐漸融合的過(guò)程，二者表面外觀和物理性質(zhì)產(chǎn)生變化，可做推測(cè)，經(jīng)過(guò)高溫下的剪切反應(yīng)，橡膠粉發(fā)生明顯變化，一部分吸收橡膠瀝青發(fā)生膨脹作用，另一部分產(chǎn)生降解反應(yīng)，與瀝青融為一體，綜合而觀，橡膠粉與橡膠瀝青二者的作用實(shí)際上是一種物質(zhì)上的傳遞與互換。

3.2 橡膠瀝青組分試驗(yàn)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)基質(zhì)瀝青和回收的瀝青的組分成分及含量數(shù)據(jù)，參見(jiàn)表1所示，發(fā)現(xiàn)回收的瀝青在組分含量比例中發(fā)生一定程度的變化，由此可見(jiàn)橡膠瀝青改性機(jī)理不僅僅是物理上的溶脹作用。部分橡膠粉由于高溫下發(fā)生剪切作用，與瀝青融為一體，在一定程度上使得瀝青的組分中各成分比例發(fā)生改變，在這兩種作用疊加下，起到了綜合改性作用。

表1 組分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

橡膠粉改性前后，瀝青質(zhì)的含量變化最小，幾乎可以視為不變，飽和分含量變化最大，減少了1.59%，芳香分和膠質(zhì)因橡膠粉改性而發(fā)生的變化保持同步，含量均提高9%左右。

3.3 橡膠瀝青差熱試驗(yàn)

差熱分析圖及相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2及表2。

圖2 原樣瀝青與橡膠瀝青示差掃描量熱法曲線圖

表2 橡膠瀝青示差掃描量熱法實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由圖2及表2可見(jiàn)：

（1）在-20℃～20℃的低溫區(qū)間和60℃～120℃的高溫區(qū)間，基質(zhì)瀝青及四種不同反應(yīng)時(shí)間的橡膠瀝青示差掃描量熱法曲線都十分平滑，吸熱峰溫度沒(méi)有出現(xiàn)峰值點(diǎn)。說(shuō)明在低溫區(qū)間和高溫區(qū)間，瀝青內(nèi)部沒(méi)有發(fā)生較為明顯的聚集態(tài)變化與玻璃化轉(zhuǎn)變[3]。

（2）在20℃～60℃常溫區(qū)間內(nèi)基質(zhì)瀝青及四種不同反應(yīng)時(shí)間的橡膠瀝青體系都出現(xiàn)了明顯的吸熱峰。說(shuō)明在此溫度區(qū)間內(nèi)，基質(zhì)瀝青及各橡膠瀝青體系內(nèi)部都出現(xiàn)了聚集態(tài)變化和玻璃化轉(zhuǎn)變[4]。

（3）在-20℃～120℃溫度區(qū)間內(nèi)貨車(chē)20目橡膠粉曲線均較為平緩，吸熱峰溫度沒(méi)有出現(xiàn)峰值點(diǎn)。反應(yīng)了此溫度范圍內(nèi)橡膠粉沒(méi)有發(fā)生比較明顯的聚集態(tài)和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變[5]。

（4）對(duì)比吸熱變化的起始溫度、吸熱峰值溫度和吸熱峰熱量值，基質(zhì)瀝青和三種橡膠瀝青均相差不多，說(shuō)明基質(zhì)瀝青與橡膠瀝青受熱后物理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程較為接近，根據(jù)差熱原理，可認(rèn)為二者熱穩(wěn)定性能接近或溫度敏感性接近。

4 結(jié)論

（1）橡膠粉的摻入，使得瀝青由勻質(zhì)體變成多相體，顆粒之間相互黏結(jié)，形成交叉網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。

（2）橡膠瀝青的改性機(jī)理包括物理和化學(xué)兩方面綜合作用，一部分膠粉產(chǎn)生互換，發(fā)生物理溶脹作用，一部分產(chǎn)生傳質(zhì)過(guò)程，經(jīng)過(guò)高溫高速剪切作用與瀝青融為一體，使得瀝青組分發(fā)生改變。

（3）基質(zhì)瀝青與橡膠瀝青受熱后物理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過(guò)程較為接近，根據(jù)差熱原理，可認(rèn)為二者熱穩(wěn)定性能接近，或溫度敏感性接近。