预处理的面包屑橡胶硅烷偶联剂改善橡胶沥青的性能

文摘

有已知问题解散、一致性的性能、隔离和不稳定,目前使用的面包屑橡胶在沥青道路工程。硅烷偶联剂(KH550)解决方案是因此用于预处理废胶末,以改善其界面特征。KH550在沥青橡胶的特性的影响进行了研究使用高低温性能测试,温度敏感性测试,兼容性测试。这些测试的基础上,建立KH550面包屑橡胶预处理的最佳浓度是1.0%。的表面性质和micromodifications对待面包屑橡胶进行了分析使用扫描电镜和红外光谱仪。橡胶改性沥青的性能和经济效益与styrene-butadiene-styrene (SBS)改性沥青,并发现KH550面包屑橡胶预处理能显著改善沥青的高温性能橡胶,从而提供了显著的潜在经济效益。

1。介绍

近年来,越来越多的人关注节约能源,减少排放,回收,和环境保护已经导致了更强调对环境和社会负责任的公路建设,封装在“绿色高速公路”的概念和绿色高速公路的工作伙伴关系(GHP),这是致力于改变环境和交通基础设施之间的关系。

废轮胎曾经被认为是“黑色污染”,这不仅对环境有害,而且还浪费资源(1- - - - - -3]。工业的发展使人们有可能将废轮胎变成面包屑橡胶公路工程。这不仅涉及黑“一步法”和无害的方式污染问题也改善了沥青路面的质量,延长他们的寿命4- - - - - -6]。

橡胶沥青应用于道路工程近50年。广泛用于生产橡胶沥青混凝土、应力吸收层(Sam),应力吸收层中间(萨米),碎石海豹(芯片密封),防水路面材料(TRCK外套)和填充材料。多年的研究和工程实践都凸显出明显的优点沥青橡胶混凝土在减少道路噪音,延缓反射裂缝,并减少沥青路面的厚度和电阻交通拥挤和恶劣的天气7,8]。

面包屑橡胶是一种高分子化合物及其制备和使用沥青橡胶与沥青是一个复杂的物理化学反应。很难完全溶解面包屑橡胶沥青的矩阵,方便隔离发生在运输和使用过程的质量和减少沥青橡胶人行道(9- - - - - -11]。

虽然面包屑橡胶是一种有机化合物,沥青是一种含有有机和无机化合物的混合物。硅烷偶联剂的分子结构,KH550,可以作为“分子桥”的形式Y-R-Si(或)₃,Y是一个有机官能团和Si(或)₃是一种硅氧烷组。硅氧烷组可以与无机化合物发生反应,和有机官能团能与有机化合物发生反应。当KH550插入无机和有机界面之间,一个有机的组合可以形成agent-inorganic matrix-silane耦合矩阵。因此,面包屑橡胶和沥青可以连接使用硅烷偶联剂促进他们相互兼容和有效改善道路沥青橡胶的性能(12- - - - - -15]。

本文的研究报告涉及的技术预处理面包屑橡胶的表面与硅烷偶联剂KH550,随后准备沥青橡胶的过程。高温性能、低温性能、温度灵敏度和分离性能的沥青橡胶之前和之后的KH550面包屑橡胶进行比较和分析,预处理和KH550面包屑橡胶预处理的最佳浓度是确定。面包屑橡胶使用的机制KH550修改展示和讨论通过使用扫描电镜和红外光谱测试。的性能和经济效益使用这种沥青橡胶SBS改性沥青的价格相比16- - - - - -19]。

2。材料和方法

2.1。材料

基础沥青中使用我们的测试是在70年^#沥青及其性能指标如表所示1。分子式KH550 NH₂(CH₂)₃Si (OC₂H₅)₃,NH₂(CH₂)₃——是一种有机官能团和(OC₂H₅)₃是一个siloxy组。其物理属性(生产商提供的)如表所示2。碎屑颗粒大小的橡胶40网,和它的性能指标如表所示3。

2.2。预处理技术与KH550面包屑橡胶

KH550添加到一个乙醇溶液用m(水):m(无水乙醇)= 1:20,不同浓度的KH550在室温下分别为0.7%,1.0%,1.3%。三种不同浓度的KH550被用来治疗面包屑橡胶通过将它们添加到面包屑橡胶固体搅拌机。固体搅拌器的转速200 r / min,和治疗进行了30分钟。面包屑橡胶颗粒具有大的比表面积,治疗时间控制在30分钟,以确保有足够的时间与KH550反应完全的解决方案。把面包屑橡胶干在烤箱100°C。干燥时的标准用来评估完全是面包屑橡胶改性剂能够被完全分散没有结块,重量分别为两次之后,重量差异小于0.1%。增加面包屑橡胶改性剂并没有完全干到沥青会导致大量的泡沫,甚至可能导致沥青橡胶肿胀和满溢的,因为乙醇和水的存在。一旦这个过程完成,沥青橡胶可以准备通过添加面包屑橡胶改性剂。为了方便起见,沥青橡胶将表面处理后的废胶末修饰符将被称为“改性沥青橡胶”。预处理的工艺流程与KH550 CRM解决方案如图1。

2.3。制备的改性沥青橡胶

面包屑橡胶改性剂的干燥完成后,基质沥青加热到170∼180°C在烤箱和保持在恒定的温度约为1 h。然后,体重增加了面包屑橡胶改性剂和混合剪切了30分钟在5000 r / min用高速剪切装置。之后,混合物放回烤箱在170∼180°C 30分钟。最后,开发混合又剪了15∼20分钟在5000 r / min,然后被允许膨胀1 h。当这个过程完成时,改性沥青橡胶已经准备好测试。准备的过程中改性沥青橡胶如图2。

2.4。高温性能测试

沥青的高温性能直接相关的抗变形温度和负荷下的沥青路面。摘要软化点测试和安全域复杂的剪切粘度测试是用来评估橡胶改性沥青的高温性能。两种沥青的软化点橡胶被自动软化点仪测量。动态剪切流变仪(域)是用来测量两种沥青的粘度橡胶在50岁∼175°C。复杂的剪切粘度60°C作为评价指标。标本25毫米的直径和厚度1毫米。测试频率是10 rad / s,依照AASHTO T315-05 [20.]。

2.5。低温性能测试

低温的最重要的一个原因是沥青路面的开裂,所以沥青的低温性能直接影响路面抵抗寒冷的条件。低温延性试验和低温弯曲梁流变测试因此用于评价改性沥青橡胶的低温性能。5°C两种沥青橡胶的延性是由一个自动延性测试仪测量。蠕变劲度模量的值,年代蠕变速率,米,测量−6°C的低温弯曲梁流变仪(BBR)。样本的大小是6.25毫米^H×12.5毫米^W×127毫米^l,标本被加载在980 mN±50 mN 240年代,依照AASHTO T313-12 [21]。

2.6。温度敏感性试验

沥青是一种热敏材料。其温度敏感性是一个重要的指标来确定其可加工性和可服务性在路面上。在本文中,我们使用了一个针入度指数来评价改性沥青的温度敏感性橡胶。针入度指数是根据公式计算1)和(2)在测试改性沥青橡胶的渗透在15°C, 25°C, 30°C。 π是针入度指数;lgP的对数渗透值在不同的温度下测量;T测试温度;和K和一个回归系数。

2.7。贮存稳定性能测试

面包屑橡胶是一种高分子材料,它需要进行高速剪切、肿胀,和发展。然而,很难确保它是完全溶解在沥青。这很容易导致隔离在储存和运输,因此影响其性能。评价改性沥青的储存稳定性性能橡胶和面包屑橡胶与沥青的相容性分析,进行了测试按照JTG e - 20 - 2011标准试验方法,为公路工程沥青和沥青混合物(22]。具体过程如下:两种改性沥青橡胶加热,以确保他们充分灌溉。均匀搅拌后,大约50克的改性沥青橡胶在慢慢注入一个垂直铝管。管的开放与镊子随后关闭,管是放置在一个烤箱在165°C±1°C 48 h±1 h。加热后,铝管放入冰箱4 h固化沥青橡胶。然后,管是用剪刀切成三个部分。上下部分被放入样品盒和加热直到沥青橡胶融化了。混合后,软化点测试样本倒,软化点进行了测试。当时可能评价改性沥青的储存稳定性性能橡胶通过比较上下样本之间的差异的软化点。

2.8。扫描电镜测试

扫描电子显微镜是研究微观形态学和微观结构的一个重要工具的材料。为了评价改性效果的KH550面包屑橡胶和分析面包屑橡胶微观形态学的变化之前的修改后,microobservations面包屑橡胶的使用扫描电镜设备。具体测试过程如下:2 g的每一个处理和未经处理的面包屑橡胶改性剂是称重和放置在一个加载平台。金属导电薄膜蒸发表面的每个示例使用一个真空膜板的机器。然后,加载平台放在扫描电镜设备进行测试。

2.9。红外光谱测试

红外光谱测试提供了一个定量和定性方法分析官能团变化的材料。为了分析沥青橡胶KH550处理的变化,它受到了红外光谱测试。具体测试过程如下:1 g两种沥青的橡胶是称重和放入试管中含有碳tetra-chloride解决方案。这是充分搅拌,直到沥青橡胶完全溶解。两到三滴液体样本挤在两个KBr晶体窗口之间形成薄液膜。这是轻轻地用夹具夹紧,放进一个红外光谱仪确定光谱图。

3所示。结果与讨论

3.1。测试结果的高温性能

四种沥青的软化点橡胶测试使用一个戒指和球方法,和橡胶沥青的粘度测量的动态剪切流变仪(域)。60°C复杂的剪切粘度被选为评价指标。测试结果如图3。

从图可以看出3随着KH550浓度增加,软化点和60°C复杂的剪切粘度改性沥青橡胶也逐渐增加,增长趋势的基本上都是相同的。这表明初加工的面包屑橡胶KH550有效改善沥青的高温性能的橡胶。它明确表明KH550改善面包屑橡胶的表面活性,提高其润湿性和在沥青分散性,并促进面包屑橡胶和沥青的相容性。

当KH550溶液的浓度在0到1.0%之间,橡胶沥青的高温性能速度不断增加。然而,当KH550溶液的浓度是1.0%到1.3%之间,增长率明显下降。这表明有一定浓度的KH550解决方案将最有效地把面包屑橡胶、最佳值是1.0%左右。

3.2。测试结果的低温性能

值5°C延性,蠕变劲度模量,年代蠕变速率,米,获得使用−6°C低温弯曲梁流变测试,来评估四种沥青橡胶的低温性能。这些测试的目的是确定KH550浓度的影响橡胶沥青的性能,测试也使用未改性沥青橡胶沥青(年龄不放在旋转薄膜烘箱或受到压力老化)。测试结果如表所示4。

表4表明,用不同浓度的KH550处理面包屑橡胶的低温性能几乎没有影响沥青橡胶。对5°C延性的影响是不超过6.7%,对蠕变模量的影响年代和米值仅为5.6%和5.1%。面包屑橡胶是一种弹性材料与沥青反应提高其弹性。然而,KH550处理后,橡胶粉加上沥青和其他复杂的反应,面包屑橡胶吸收沥青的轻组分产生肿胀,穿透到沥青形成凝胶层,但与此同时,沥青的轻组分减少,低温的变形能力减弱,橡胶沥青的低温性能略有降低。然而,与KH550解决方案治疗后,有机官能团接枝到面包屑橡胶与沥青反应生成稳定的共价键,可以显著提高沥青橡胶的性能。然而,随着面包屑橡胶沥青不能完全溶解,面包屑橡胶的位置是在低温强调过程中容易产生应力集中,导致过早损坏标本。

3.3。测试结果的温度敏感性

针入度指数,π,被用来评估橡胶改性沥青的温度敏感性。π值越大,沥青的温度敏感性越低,也就是说,其温度灵敏度性能越好。渗透测试的π值的计算进行了15°C, 25°C, 30°C。结果如表所示5。

表5表明,随着KH550浓度的增加,π值也增加,这表明KH550改善面包屑橡胶的表面性能,提高沥青橡胶的弹性和触变性,将它从sol-type固化型,加强与沥青的相容性,从而减少,显著提高橡胶的改性沥青的温度敏感性。

3.4。存储稳定性能的测试结果

贮存稳定性能测试确认面包屑橡胶改性剂KH550处理之间的兼容性和沥青。结果如表所示6。

表6显示的不同软化点的原沥青橡胶MAR₀6.9°C,远远大于2.5°C中指定最大JTG f40 - 2004 (23]。随着KH500浓度的增加,改性沥青的软化点不同橡胶逐渐减少。主要原因是面包屑橡胶和沥青经过复杂的物理和化学反应在高的温度。尽管一些面包屑橡胶膨胀反应沥青后,他们不能完全溶解在沥青。在存储过程中沥青的橡胶、隔离发生在重力的作用下,影响橡胶沥青的贮存稳定性。KH550的表面处理后,表面的面包屑橡胶接枝反应的官能团与无机和有机物质,它可以与无机和有机物质反应在沥青和形成稳定的共价键,促进面包屑橡胶和沥青的兼容性和交联,提高沥青橡胶的稳定,减少偏析的产生高温,并改善橡胶沥青的贮存稳定性。

根据高温试验、低温试验、温度敏感性试验、隔离和分散性能测试,KH550面包屑橡胶预处理的最佳浓度是1.0%左右。

3.5。扫描电镜的测试结果

为了研究表面改性效果的KH550面包屑橡胶、扫描电子显微镜(SEM)被用来检查和比较普通面包屑橡胶的表面特征和修改面包屑橡胶。SEM结果如图4。

以下从图可以看出4。

与KH550处理表面后,面包屑橡胶明显改变,移动,而不是一个表面光滑,表明耦合组KH550与面包屑橡胶表面发生反应,形成稳定的化学键和改变之前断开连接表面连续表面。

硅烷偶联膜表面形成修改后的废胶末。这部电影可以形成牢固的化学键在面包屑橡胶炭黑,还帮助连接的面包屑橡胶沥青形成一个稳定的连续系统。

面包屑橡胶的表面性质有显著改变了治疗后。在高温度、硅烷偶联的电影在面包屑橡胶沥青的强烈反应,形成稳定的结构。这可以提高沥青橡胶的性能与高温,温度敏感性,存储稳定性和隔离。修改后的面包屑橡胶的低温性能,然而,是有限的,因为分子间活动的放缓。

3.6。红外光谱测试结果

配置和官能团的变化分析了改性沥青橡胶通过比较它与原沥青橡胶使用红外光谱。红外光谱带的位置沥青橡胶及其归因如表所示7。结果如图所示5。

以下从图可以看出5。

饱和碳氢键的改性沥青橡胶的主要吸收峰明显低于原沥青橡胶。这表明,饱和碳氢键断裂形成一个不饱和键。因此似乎强烈的化学反应的情况下修改后的面包屑橡胶改性剂与沥青之间更有效率的化学键断裂和其他稳定的化学键的形成。这使得修改面包屑橡胶和沥青之间的结合更好,增加它的电容。

治疗应用于改性沥青橡胶增加了C≡≡C键的震动区。所以,对待面包屑橡胶和沥青更大的内部交联,导致进一步形成化学键。这提高了两种材料的兼容性,导致高温粘度的增加。

亚甲基的增加碳氢键剪切振动吸收峰的改性沥青橡胶表明的内部交联处理废胶末下降时沥青的反应增加,促进结合,进一步把面包屑橡胶和沥青之间的反应。这导致减少偏析的程度。

3.7。比较道路性能分析

目前,SBS改性沥青为高等级公路是应用最广泛的产品。这种沥青总体表现良好,但生产成本高,所以很难证明其使用低档次的道路或哪里有高流量的体积。的把面包屑橡胶改性沥青橡胶可以改善道路沥青的性能和可能有非常广泛的应用。进行成本效益分析使用改性沥青橡胶,20%改性沥青橡胶(KH550浓度为1.0%)和4.5% SBS改性沥青(目前小企业改性沥青的含量一般在4.0%至5.0%之间)受到成本比较。比较两种改性沥青的性能指标如表所示8。经济效益比较的结果如表所示9。

表8表明KH550表面改性后,面包屑橡胶改性剂的高温性能明显改善,与SBS改性沥青的性能指标超过。虽然面包屑橡胶改性剂的低温韧性明显低于SBS改性沥青,根据最近的研究,存在的面包屑橡胶改性剂在沥青橡胶颗粒可以方便应力集中发生在拉伸过程中,影响测试结果。此外,低温PG橡胶改性沥青和SBS改性沥青的标准是相同的,表明其低温性能是相似的。

表9表明,改性沥青橡胶的产品价格是462的水文学委员会·t⁻¹(12.9%)低于SBS改性沥青。设备在生产过程中,只需要把面包屑橡胶的表面可以产生明显的经济效益。此外,制备改性沥青橡胶仅使用面包屑橡胶的表面处理也可以减少固体废物污染。这导致了过程从国家获得广泛支持方面的投资和政策,承诺是良好的经济和社会后果。

4所示。结论

面包屑橡胶的消费,作为废轮胎的加工产品,可以解决这个问题,面包屑橡胶是很难处理的自然环境,并通过添加面包屑橡胶沥青、改性沥青橡胶可以做好准备,提高沥青路面的性能。本文使用KH550解决表面预处理的面包屑橡胶和改性沥青橡胶做准备。通过一系列的测试来研究耦合表面改性沥青橡胶的性能,主要结论如下。

随着KH550溶液的浓度的增加,改性沥青的软化点和粘度橡胶表现出上升趋势,与小的变化在5°C延性和抗弯刚度模量年代和米,这表明KH550解决方案可以改善沥青的高温性能的橡胶,虽然KH550解决方案对橡胶沥青的低温性能的影响不大。

表面预处理后的面包屑橡胶KH550解决方案、橡胶改性沥青的针入度指数PI逐渐增加,软化点的差异逐渐减少,表明预处理的面包屑橡胶KH550解决方案可以促进面包屑橡胶和沥青的相容性,提高沥青的温度敏感性和贮存稳定性橡胶。

通过高温性能测试、低温性能测试、温度敏感性测试,和隔离性能测试、表面处理的最佳浓度的KH550面包屑橡胶确定为1.0%。

扫描电子显微镜测试的结果表明,KH550与面包屑橡胶溶液反应形成硅烷耦合膜表面的面包屑橡胶,可促进面包屑橡胶沥青之间的化学反应,形成一个稳定的结构。

红外光谱测试结果表明,该反应KH550表面预处理和面包屑橡胶和沥青之间导致一个新的C≡C键,这促进了交联和兼容性的面包屑橡胶沥青和沥青橡胶的性能提高。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由国家重点研发项目的项目中国(2018 yfb1600200);湖南省自然科学基金(2020 jj5578);湖南省优秀青年教育项目(20 b033);开放基金(kfj180101)公路养护技术国家工程实验室(长沙科技大学);和钢渣的基础应用,镍渣在沿海地区高速公路(kj - 2020 zu01xm - 001)。

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