文摘
电厂脱硫橡胶粉沥青和SBS作为修饰语研究流变特性和脱硫性能的橡胶粉/ SBS composite-modified沥青(DR / SBSCMA)。首先,基本的性能指标,如渗透,延性,软化点和粘度进行了研究。第二,沥青的高温和低温流变特性是评价采用动态剪切流变仪(域)和弯曲梁流变仪(BBR)。最后,其高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的层次下AC-13和SMA-13评估。结果表明,博士/ SBSCMA在延性方面有很好的优势和软化点,特别是软化点,达到90°C。它还展示了优良的高温性能和抗拉强度,和渗透略低于sbs改性沥青。此外,复合改性后,高温和低温流变性能有效地改善,和博士/ SBSCMA充分满足PG82-34的要求。此外,博士/ SBSCMA保持优异的高温稳定性AC-13和SMA-13混合物,加上明显的车辙变形的改善。与此同时,其抗低温开裂是略低于sbs改性沥青,但都充分满足规范要求。最终,博士的水稳定性/ SBSCMA与sbs改性沥青,都达到90%以上,证明其优秀的水稳定性。
1。介绍
近年来,随着流量增加,普通沥青路面容易开裂、车辙、松散、剥落、和其他路面病害,影响路面的质量和生活。作为一种手段来提高性能的常规沥青在高温和低温下,聚合物改性沥青发展迅速(1- - - - - -3),其中sbs改性沥青是应用最广泛的。刺激下的循环经济和资源利用政策,橡胶沥青已经启动了一个新的发展。与基本沥青相比,高温和sbs改性沥青的低温性能是有效地改善。然而,sbs改性沥青是昂贵的和容易恶化,这限制了其应用程序(4,5]。磨废轮胎获得橡胶粉对沥青改性已成为一个重要的方法治疗一种无害的废轮胎和足智多谋的方式(6,7]。然而,当使用的橡胶沥青,橡胶粉与沥青的相容性和存储稳定性不好,容易发生和种族隔离(8,9),这限制了它的进一步发展。
解决上述困难和难点,道路研究者提出措施,如橡胶粉脱硫和橡胶粉/ SBS共混,得到初步结果(10,11]。Filippelli et al。12)使用超声波脱硫生产橡胶粉,和脱硫生产橡胶沥青最好变形阻力和疲劳寿命。Kabir et al。13)使用微生物脱硫橡胶,其表面能提高脱硫后的三倍,这可能增加橡胶沥青交互作用和减少隔离。研究Presti et al。14电厂脱硫橡胶粉)发现,溶解度高,用量可达30%,可以缩短处理时间。易卜拉欣et al。15)使用辐射预处理橡胶粉,发现它的高温和低温性能和抗衰老的性能改进。辛格et al。16)改善橡胶碎屑脱硫后的表面活性,使橡胶碎屑的兼容性与沥青和橡胶沥青的储存稳定性17]。Shatanawi et al。18]发现脱硫橡胶粉可以融化成沥青,使改性沥青的储存稳定性更好。金等。19,20.)使用SBS、SIS、石油树脂、橡胶和轮胎粉composite-modified沥青。composite-modified沥青的性能在高温和低温是有效地改善,和粘度依赖于橡胶粉和SIS的内容。Behnood和Olek21]研究了SBS橡胶粉的流变特性多磷酸(PPA) composite-modified沥青及其高温流变特性得到改善。譬如et al。22)发现,添加橡胶粉和SBS可以改善改性沥青的抗疲劳强度。Rasool et al。23,24用双螺杆挤出机除去硫磺和降低橡胶粉对sbs改性沥青,以改善其分散的影响。脱硫和退化的程度的橡胶粉被发现影响其可分散性与沥青相互作用。当时建议之间的组件和材料脱硫橡胶粉沥青、SBS交流和互动,和脱硫橡胶粉的增加与沥青相容性,从而提高延性,软化点,和抗老化性,同时减少composite-modified沥青的粘度,这对施工和易性是有利的。SBS粉和脱硫橡胶粉也要交联老化后,进一步提高延性和抗老化性。马等。25)发展与稳定的橡胶粉改性沥青,发现其贮存稳定性是有效地改善,在那之后,改性机理进行了分析。
脱硫橡胶沥青生产橡胶粉脱硫后,和其存储稳定性是有效地改善。在某种程度上,橡胶粉的数量可以增加,施工温度降低,但其粘度和软化点指数显著降低,这并不有利于提高耐高温性能。橡胶粉/ SBS复合改性可以大大提高路面的性能,和SBS的含量降低,降低了使用成本,但兼容性的问题没有得到有效解决。
在此基础上,本研究广泛使用了两个解决方案的橡胶粉脱硫和橡胶粉/ SBS复合脱硫橡胶粉沥青和SBS改性剂材料生产composite-modified沥青和脱硫发展橡胶粉/ SBS composite-modified沥青。然后,研究脱硫橡胶粉的流变特性/ SBS composite-modified沥青及其混合物的性能。同时,与sbs改性沥青和橡胶沥青相比,常用的人行道,的优点composite-modified沥青在沥青的流变性能和混合物的路面性能。最终,研究结果可以有效地改善改性沥青的整体性能,提高废轮胎在中国的资源利用率,大大降低沥青路面施工的成本,具有重要的经济和环保意义。
2。材料和方法
2.1。材料
2.1.1。沥青
(1)原始沥青。在这项研究中,基础沥青(SK 90#)被用来准备的橡胶沥青和sbs改性沥青,和基本性能指标如表所示1。
(2)改性沥青。比较和分析性能的沥青路面性能的混合物,常用三种改性沥青陕西省被选为控制,也就是说,sbs改性沥青,橡胶沥青,和去硫橡胶沥青在陕西省沥青生产的工厂。性能指标如表所示2。
2.1.2。电厂脱硫橡胶粉
电厂脱硫橡胶粉生产橡胶粉(图1)在胎面和剪切脱硫使用双螺杆挤出机挤出,造粒。外观和形状如图所示2和黑色粒子均匀粒径没有结块。的技术指标如表所示3。
2.1.3。SBS修饰符
SBS修饰符有热塑性弹性体的特性,广泛用于沥青改性。4303 SBS改性剂被选中,和性能指标如表所示4。
2.1.4。总
(1)AC-13聚合。粗骨料是闪长岩碎石头从公司在陕西,和规格如下:9.5∼16毫米,4.75∼9.5毫米、2.36∼4.75毫米。粗骨料的物理特性的测试结果如表所示5。机制砂和矿物粉被粉碎石灰石加工公司在陕西。物理性能的测试结果如表所示6和7。
(2)SMA-13聚合。骨料和矿石粉在海南省一家工厂生产的。矿石的规格材料10∼15毫米,5∼10毫米,3∼5毫米,分别和0∼3毫米。骨料和矿石粉的技术指标如表所示8。
2.2。测试方法
2.2.1。沥青物理性能的评价方法
根据先前的研究结果composite-modified沥青在不同配方,使用composite-modified沥青的混合比本文确定脱硫橡胶粉25% + 2% SBS。我们首先添加SBS然后添加橡胶粉,制备温度为175°C,剪切时间50分钟。常规指标如渗透,软化点,延性,布鲁克菲尔德旋转composite-modified沥青的粘度测试按照标准测试方法的公路工程沥青和沥青混合物(JTG e20 - 2011)。
2.2.2。流变特性测试
沥青的高温和低温流变特性是评估通过使用一个动态剪切流变仪(域)和弯曲梁流变仪(BBR)。DSR应变控制为12%,角频率是10 rad / s,温度扫描范围是34∼88°C,和温度范围是6°C。复杂的模量等参数G ,相角δ,车辙因子进行了测试。BBR测试温度范围是−6∼−24°C,温度间隔6°C,劲度模量和蠕变速率等参数米还测试了。
在Superpave沥青结合料规范,原沥青发情的因素G /罪δ必须不少于1.00 kPa。相应的车辙因子临界温度可以通过拟合车辙因子变化曲线,这对应于车辙因子是1.00 kPa时的温度。发情的因素是进一步提高,G / (罪δ)9用作改进车辙因子(26]。临界温度是由指数回归,然后高温流变特性进行评估。本文公式(1)和(2)被用来执行车辙因子指数回归拟合G /罪δ和改进车辙因子G / (罪δ)9,以及进一步获得临界温度,并确定其PG分级。 在哪里一个- - - - - -e回归系数。
2.2.3。混合物混合比设计和路面性能测试
(1)混合比设计。根据AC-13的分级要求和SMA-13沥青混合料在高速公路沥青路面施工技术规范(JTG f40 - 2004),矿物材料级配进行了设计。混合物的合成级配图所示的数字3和4。
电厂脱硫橡胶粉的最佳沥青用量/ SBS沥青composite-modified AC-13混合分级确定为4.7%。根据相同的方法,最优数量的橡胶沥青、脱硫橡胶沥青和sbs改性沥青被确定为6.0%,5.7%,和4.8%,分别。SMA-13级配的沥青混合料的最佳沥青用量电厂脱硫橡胶粉/ SBS composite-modified沥青和SBS改性沥青是6.0%。最佳沥青用量被应用于公路沥青路面混合,在那之后,测试块模压性能测试。
(2)路面性能测试。根据沥青和沥青混合物的标准测试方法对公路工程(JTG e20 - 2011),车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和被用来评估高温稳定性、抗低温开裂,分别和沥青混合料的水稳定性。
3所示。结果和分析
3.1。基本性能分析
渗透、延性、软化点和粘度的处女沥青(VA),橡胶沥青(RA)、脱硫橡胶沥青(半径标注),SBS改性沥青(SBSMA),和去硫橡胶粉/ SBS composite-modified沥青(博士/ SBSCMA)进行了测试。测试结果如图5。在后续的研究中,每种类型的沥青是由相应的字母代码。
从图5可以看出,四种改性沥青常规性能有一些改进的处女沥青和渗透,软化点、延性和粘度/ SBSCMA博士都能满足composite-modified沥青的性能要求的规范。它优于SBSMA, RA和半径标注在延性和软化点,尤其是软化点,达到高达90°C,表明/ SBSCMA博士具有良好的高温性能和抗拉强度。它也证明了交联晶格结构的稳定性,这是由橡胶粉和SBS高于单一改性沥青体系。博士的渗透/ SBSCMA略低于SBSMA和半径标注但高于风湿性关节炎。这是由于膨胀和分散的橡胶粉粒子,光吸收大量的石油,并且composite-modified沥青变得困难在某种程度上,导致渗透率下降。橡胶改性沥青的粘度在180°C是至关重要的,以确保施工能够顺利进行。博士的粘度/ SBSCMA略高于SBSMA和RA半径标注,但远低于表明composite-modified沥青可以完全满足施工需求,不影响施工和易性。
3.2。流变特性研究
3.2.1之上。动态剪切流变试验
美国SHRP程序提出使用DSR试验来评价沥青的高温稳定性,测试复杂的剪切模量G 和相角δ,计算车辙因子G /罪δ。在本文中,使用温度扫描,G 和δ测试结果的五种沥青的试验温度34∼88°C所示6和7。
从图6可以看出,复杂的剪切模量G 一些沥青逐渐随着温度增加而减小。与处女沥青相比,改性沥青的去除会稍微慢一些。在温度范围内,G 沥青排名由大变小的如下:/ SBSCMA博士SBSMA,风湿性关节炎,半径标注,弗吉尼亚州,表明composite-modified沥青具有较高的刚度和载荷变形阻力大。修饰符,如橡胶粉和SBS具有良好的韧性和强度,以及他们公司改善沥青的粘弹性性质,改善沥青系统抵抗变形的能力。与单一改性相比,复合改性沥青粘弹性显示了更大的提高。
从图可以看出7维珍的相位角沥青逐渐增加而增加温度和逐渐倾向于90°,从而失去弹性可变形性和进入一个粘性流的状态。不像处女沥青,四种改性沥青的相位角度变得小得多的在同一温度,表明改性剂的加入改善了沥青的弹性系统,并显示的趋势与温度的增加先降低,然后增加。在较低的温度范围内,相角的变化相对温和。此时,相角趋势VA >半径标注> RA > / SBSCMA > SBSMA博士;当温度超过70°C, SBSMA,风湿性关节炎,和半径标注有类似的增长趋势,而博士/ SBSCMA仍增长缓慢,弗吉尼亚州和相位角的趋势在这个阶段> RA >半径标注> SBSMA > / SBSCMA博士。在测试温度范围内,高温性能/ SBSCMA博士和SBSMA更好和温度敏感性降低。
发情的因素G /罪δ计算,结果如图8。
从图可以看出8发情的因素逐渐减少指数随着温度增加,车辙因子,也称为高温刚度、描述沥青的抗高温车辙。它可以直观地看到,在30 - 50°C的温度范围,五种沥青的抗车辙博士/ SBSCMA > RA > SBSMA >半径标注>。当它超过50°C,沥青发情的抵抗是博士/ SBSCMA > SBSMA > RA >半径标注> VA,博士/ SBSCMA拥有最强的高温性能,其次是SBSMA和风湿性关节炎。随着温度的升高,四种改性沥青的性能差异逐渐减少,这也表明,高温性能的改善了复合改性方法比单修改。
发情的因素G /罪δ和改进车辙因子G / (罪δ)9分别为进一步拟合指数的回归。回归曲线如图9和10,可以看出方程(1)和(2)取得了良好的拟合结果。在此基础上,对应的临界温度的车辙因子和车辙因素得到改善,分别如表所示9。
从表可以看出9临界温度之间的差异的车辙因子的回归拟合方程(1)和(2)并不大。总的来说,临界温度的公式的拟合结果(2)略低于公式(1),基本上是在3°C的区别。博士/ SBSCMA临界温度最高,antirutting最强的能力,并满足高温分类pg - 82的要求,其次是SBSMA,风湿性关节炎,半径标注,都有相同的趋势软化点指数。
改进车辙因子的临界温度高于发情的因素,表明改进的发情的因素是更敏感的相位角,和改进的车辙因子可以选择在分析改性沥青的高温性能的差异。如果高温性能要求更严格或结果更保守,车辙因子可以选择和配备(2)。
3.2.2。弯曲梁流变仪测试
蠕变劲度模量年代代表了沥青低温下抵抗永久变形的能力负荷,和蠕变速率米是劲度模量的变化率。SHRP规定年代≤300.0 MPa,米≥0.300,如果硬度太高,沥青是脆弱,容易出现裂缝;沥青的热应力积累过程中温度下降,和刚度的变化。变化越快,越放松压力。因此,一个高米价值和低年代值可以有效降低低温开裂,都是必不可少的。
从图可以看出11的温度范围内12∼−−24°C,除了处女沥青、蠕变劲度模量的四种改性沥青都满足规范的要求(低于300 MPa)。与此同时,随着温度的降低,刚度模量逐渐上升的趋势,增加范围是完全不同的。/ SBSCMA博士和SBSMA有相同的增长趋势。当温度高于−18°C,劲度模量的增长速度相对缓慢,在温度低于−18°C,振幅大大增加。半径标注和RA完全相反,逐渐趋于平坦,当温度低于−18°C。复合改性后,博士/ SBSCMA并没有显示出明显的橡胶沥青性质的低温流变特性,这进一步表明,不止身体肿胀脱硫反应之间的橡胶粉,SBS和沥青。
从图可以看出12随着温度的降低,蠕变速率逐渐降低。在−18°C,几种类型的沥青满足规范要求。−24°C,只有半径标注和博士/ SBSCMA满足规范要求。蠕变率从大到小半径标注> / SBSCMA > RA博士> SBSMA >。橡胶粉改性剂的加入显著提高沥青的弹性系统,使其能够快速响应和放松压力的热应力集中,从而减少开裂的可能性。
基于蠕变劲度模量的测试结果和蠕变速率,低温流变特性从最好到最差的半径标注> / SBSCMA > RA博士> SBSMA >。结合动态剪切流变试验,PG成绩进行了,博士/ SBSCMA PG82-34,半径标注PG76-34, SBSMA PG82-28, RA PG82-28, VA PG64-22。
3.3。研究路面性能的混合物
3.3.1。高温稳定
沥青混合料的高温稳定性主要是反映在路面抵抗车辙的能力受到交通路面时夏天在高温过程中加载。车辙试验结果如图13。
从图13可以看出,四种改性沥青的动态常规稳定混合远远超过3000或5000倍以上的要求/ mm规范。此外,博士/ SBSCMA有极好的高温稳定性AC-13和SMA-13化合物,因为他们都在不同程度上改善与其他类型的改性沥青相比,和车辙变形也是有效的改善,表明电厂脱硫橡胶粉和SBS复合改性可以有效地提高混合物的抗高温和负载能力。当连续额定AC-13, composite-modified沥青的动态稳定性为24.3%,7.0%,和5.0%高于RA,半径标注,分别和SBSMA。SMA-13不连续的分级,composite-modified沥青混合料的动态稳定性达到8664次/毫米,高于5.2%的sbs改性沥青混合料。这表明composite-modified沥青具有更明显的效果在改善批排序和高温稳定性能优势。与此同时,它可以指出,在相同类型的沥青,SMA-13化合物的动态稳定性显著高于AC-13化合物。这是因为分级SMA-13混合物的组成不同,和总包含粗骨料。在成型过程中,聚合物嵌入一个骨骼结构和孔隙充满了胶粘剂,由细骨料,矿物粉,和沥青。这种特殊的结构具有较强的完整性和强度,表明SMA-13连接有更好的高温稳定性。此外,由于高粘度composite-modified沥青的性质,不需要添加木质素纤维composite-modified沥青SMA混合料。 When fibers are added, they affect mixing difficulty of mixture and increase production costs.
3.3.2。低温抗裂性
沥青路面低温开裂的倾向于发生在温差大的地区,和温度下降,混合物是有限的,体积收缩和温度应力产生。小梁弯曲试验的结果在图所示14。
从图可以看出14打破的伸长的四种改性沥青混合弯曲测试AC-13 SMA-13所有满足技术要求。AC-13混合物,橡胶沥青的断裂伸长率最高,其次是/ SBSCMA和SBSMA博士和半径标注最低断裂伸长率,表明橡胶沥青的低温抗裂性能最好。另一方面,在SMA-13混合,sbs改性沥青的低温抗裂性能比composite-modified沥青的性能优势。相同类型的沥青的抗裂度SMA-13化合物被证明是更好的比AC-13混合物。
不考虑聚合力量,有大量的橡胶粉末粒子由于特殊的系统结构的橡胶沥青。加载时,负荷主要集中在橡胶粉粒子,因为弹性橡胶粉都有自己的属性,它可以吸收和消耗的外部能量,所以它可以存储大量的弹性应变能,从而改善橡胶沥青的低温抗裂性能。由于脱硫composite-modified沥青和橡胶沥青的改性材料主要是脱硫橡胶粉脱硫橡胶粉更容易膨胀和分解成沥青,不同于普通橡胶粉。沥青的反应更完整,与沥青形成更稳定的总体结构。同时,电厂脱硫橡胶沥青和沥青composite-modified剪切方法制造的,考虑到不同的制造方法有一定的影响,有越来越小的橡胶粉沥青颗粒。同时,橡胶沥青生产的搅拌方法,和橡胶粉与沥青的不相容导致大量的大型橡胶在沥青粉末粒子,产生了积极的影响抗低温开裂。
低温弯曲试验,比sbs改性沥青橡胶改性沥青具有较高的断裂应力,表明使用橡胶型的修饰符对压力有积极影响吸收和用于沥青路面冷裂纹阻力高要求。在规划时,建议使用橡胶改性沥青。此外,橡胶沥青对减少道路噪声有更好的效果。
3.3.3。水稳定性
水的破坏通常意味着雨水和季节性冻融循环作用下,路面水进入路面结构的内部通过裂缝或负载的动水压力。水和载荷的作用下,沥青和集料之间的粘附是逐渐削弱。然后,他们分开,导致受损。浸水马歇尔和冻融对比测试的结果在图所示15。
从图15,可以看出残留稳定比率在水浸法从大到小是博士/ SBSCMA > SBSMA >半径标注> RA。剩余四种改性沥青的稳定性满足规范要求。AC-13 SMA-13混合物,剩余的稳定性composite-modified沥青混合料超过95%,特别是,AC-13混合物,剩余composite-modified沥青的稳定性达到98%。这表明,它具有良好的抗水损害和脱硫的复合改性橡胶粉和SBS可以提高化合物的水稳定性。混合的强度取决于沥青的凝聚力和矿物质之间的内摩擦。脱硫橡胶粉和SBS的加入可以提高沥青的粘度,改善了沥青和聚合物之间的界面强度,有效地减少油标尺超然,并进一步提高附着力和抗水损害,最终改善水混合物的稳定性。
改善compound-modified由脱硫橡胶粉沥青和SBS与其他相关研究橡胶沥青混合物。通常,水稳定性影响的橡胶粉。这是因为普通橡胶粉不能完全与沥青有大量的反应不完全溶解橡胶粉末粒子。作为应力集中点,很容易产生应力集中和损害。另一方面,增加橡胶粉吸收的光油和石蜡的一部分沥青增加沥青在沥青酸和酸酐,这是有益的石头和沥青的粘附。这两种效应有一个相互削弱和加强对水稳定性的影响。composite-modified沥青在这项研究中不同与传统的橡胶沥青。修改过程不再是简单的物理膨胀但兼容的稳定共存的修改物理混合和化学反应,形成一个更稳定的三维网络结构,没有大量的未溶解的橡胶粉粒子。下兼容、稳定系统,分子之间相互流动不畅,粘度增加,增加凝聚力,总封装更强,提高凝聚力,它有一个更积极的对水稳定性的影响。
冻融劈裂试验结果如图16。
从图可以看出16冻融劈裂的残余强度比率是SBSMA > / SBSCMA >半径标注博士> RA。AC-13和SMA-13混合物,残余强度之比composite-modified沥青混合料达到90%以上,略低于sbs改性沥青。上述结果的原因可能是橡胶粉末粒子使沥青在低温和粘弹性性能下降,从而影响其水稳定性。
另一方面,考虑到固化温度标本的浸水马歇尔试验和冻融分割测试60°C和−18°C,分别结合composite-modified沥青和sbs改性沥青的性质。Composite-modified沥青的温度有更强的附着力60°C;sbs改性沥青在−强流变和低温性能18°C,反映在章节3.1和3.2。因此,不同的性能趋势composite-modified沥青和sbs改性沥青在两个测试中出现了。
在沥青相同条件下,剩余AC-13混合物的稳定性比和强度比大比SMA-13混合物,表明AC-13混合物具有较强的抗水损害,分级密切相关。AC-13是一个连续密级配,它包含更多的细骨料,平面度和表面结构的深度很小,它是不容易的地表水进入室内的混合结构,从而减少水损害的影响。SMA-13混合物含有更多的粗骨料,较大的结构深度,更有可能积累和储存水。在载荷的作用下,小分子水容易进入结构和影响稳定。
基于上述分析,composite-modified相当于SBS沥青有水稳定,甚至超过了SBS改性沥青的浸水马歇尔试验,表明复合改性改善沥青混合料的抗水损害在某种程度上,和改善更明显AC-13混合物。
4所示。结论
摘要电厂脱硫橡胶粉/ SBS composite-modified沥青流变特性及其混合物的性质进行了研究。主要结论如下:(1)RA / SBSCMA优于SBSMA博士和半径标注的延性和软化点,特别是达到90°C的软化点,具有优良的高温性能和抗拉强度。此外,渗透ofDR / SBSCMA略低于SBSMA,和粘度ofDR / SBSCMA略高于SBSMA和半径标注,但远低于RA。(2)博士/ SBSCMA具有更高的刚度和载荷更大的变形阻力,最强的高温性能,其次是SBSMA和风湿性关节炎。随着温度的增加,四种改性沥青的性能差异逐渐缩小,表明流变特性的改善复合改性优于单一的修饰符。低温流变特性如下:半径标注> / SBSCMA > RA博士> SBSMA >。综合高温度和低温流变测试进行了PG分类、博士/ SBSCMA被发现PG82-34,半径标注PG76-34, SBSMA PG82-28, RA PG82-28, VA PG64-22。(3)博士/ SBSCMA保持优良的高温稳定AC-13和SMA-13混合物,这是改善不同程度与其他改性沥青相比,和车辙变形也有效地改进。它的优点是耐高温性能在间歇分级。博士的抗低温开裂/ SBSCMA略低于sbs改性沥青,但均满足规范的要求。博士的水稳定性/ SBSCMA与sbs改性沥青,达到90%以上,优于RA和半径标注,从而证明其优秀的水稳定性。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究由陕西省重点研发项目(2022 sf - 328)和陕西交通部科技项目(No.19-10K和No.19-28K)。