橡胶改性沥青的老化及再生

第３２卷第１期　２０１２年３月　辽　宁　石　油　化　工　大　学　学　报　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２Ｏ１２　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＳＨＩＨＵＡ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　文章编号：１６７２—６９５２（２０１２）０１—００１６—０４　橡胶改性沥青的老化及再生　曹　萍　，单宝龙　，孙敬军　，高会娟　，王　雷　，王洪猛。　（１．辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺１１３００１；２．山东京博石油化工有限公司，山东滨州２５６５００）　摘要：　选取辽河油田生产的沥青为原料，加入废旧橡胶粉和苯乙烯焦油，在高速剪切机的作用下制备橡胶　改性沥青，然后将橡胶改性沥青用旋转薄膜烘箱进行老化试验研究，研究老化时间和橡胶粉的质量分数对沥青软化　点、针入度、延度的影响。并将自制老化再生剂添加到老化橡胶改性沥青中，考察再生剂的性能。实验结果表明：胶　粉的质量分数为１５　时的抗老化性能最好，加入再生剂后的老化橡胶改性沥青可以恢复相关的路用性能，符合国家　规定的１４０　道路沥青标准。　关键词：　苯乙烯焦油；　废橡胶粉；　改性沥青；　老化；　再生剂　中图分类号：ＴＥ６２４　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３６９６／Ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—６９５２．２０１２．０１．００５　Ａｇｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　Ｒｕｂｂｅｒ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ａｓｐｈａｌｔ　ＣＡＯ　Ｐｉｎｇ　，ＳＨＡＮ　Ｂａｏ—ｌｏｎｇ　，ＳＵＮ　Ｊｉｎｇ—ｊｕｎ　，ＧＡＯ　Ｈｕｉ—ｊｕａｎ　，　ＷＡＮＧ　Ｌｅｉ¨，ＷＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｍｅｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｓｈｉｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｎｓｈｕｎ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１１３００１。Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；　２．Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｊｉｎｇｂ０，Ｂｉｎｚｈｏｕ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５６５００。Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　１１　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１１；ｒｅｖｉｓｅｄ　３Ｏ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１１；ａｃｃｅｐｔｅｄ　１４　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１１　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｃｒｕｍｂ　ｒｕｂｂｅｒ　ａｎｄ　ｓｔｙｒｅｎｅ　ｔａｒ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔＯ　ｍｏｄｉｆｙ　ａｓｐｈａｌｔ　ｏｆ　Ｌｉａｏｈｅ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｂｙ　ｈｉｇｈ　ｓｈｅａｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｏｖｅｎ　ｔｅｓｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｆｏｒｍｅｄ　ａｎｄ　ｃｈｅｃｋ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ、ｎｅｅｄｌｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ，ｄｅｌａｙ　ｄｅｇｒｅｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｇｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｒｕｂｂｅｒ　ａｓｐｈａｌｔ．Ｔｈｅｎ　ｈｏｍｅｍａｄｅ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ａｇｅｎｔ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｗａｓ　ａｄｄｅｄ　ｉｎ　ａｇｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｔＯ　ｔｅｓｔ　ｉｔｓ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｕｂｂｅｒ　ｃｏｎｔｅｎｔ　１５　ａｎｔｉ—ａｇｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｉｓ　ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ　ａｎｄ　ｒｅａｃｈ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ　ｒｏａｄ　ａｓｐｈａｌｔ　Ｎｏ．１４０　ｓｔａｎｄａｒｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｓｔｙｒｅｎｅ　ｔａｒ；Ｗａｓｔｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ；Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ；Ａｇｉｎｇ；Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ　ａｇｅｎｔ　＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ．Ｔｅ１．：＋８６—１５２４１３２９３２８；ｅ－－ｍａｉｌ：ｗ１２００２０１２１＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ　橡胶改性沥青具有很好的高温稳定性、低温延　展性、抗裂性和弹性，显著提高沥青路面行车的舒适　度，使废旧橡胶粉得到充分利用有利于环境保护，因　在对沥青再生进行研究，特别是美国在所铺筑的道　路中已有５０　使用的是再生沥青，我国目前处于橡　胶改性再生沥青的研究的初级阶段Ｌ１　，使用沥青再　此越来越得到广泛的应用＿ｌ　］。但是，橡胶改性沥　青和普通沥青一样都存在老化的问题，沥青的老化　生剂可以节约大量资源、降低成本，具有重要的经济　意义。　是一个逐渐发生的过程，其速率直接影响路面的使　用寿命［４　］，这是因为沥青在储存、运输、施工及使　本实验选取辽河油田生产的沥青为原料，并加　入苯乙烯焦油及废旧橡胶粉制得橡胶改性沥青，然　后将橡胶改性沥青在薄膜旋转烘箱中进行老化实　用的过程中，由于长期暴露于空气中，受到环境因素　如阳光、氧气、水以及温度的变化等自然条件作用，　验，从而分析橡胶改性沥青的老化规律，再将再生剂　加入到橡胶改性沥青中，考察再生剂对橡胶改性沥　青性能的影响。　发生一系列的物理及化学变化，主要是芳香油分减　少，沥青质增多，使得沥青的胶体结构发生了改变，　从而影响沥青的路用性能【６　。因此，世界各国都　收稿日期：２０１１—１Ｏ一１１　１　实验部分　１．１原料、试剂及仪器　作者简介：曹萍（１９８２一），女，辽宁抚顺市，在读硕士。　＊通讯联系人。　沥青（辽河油田），苯乙烯焦油（锦西石化公司，　第１期　曹萍等．橡胶改性沥青的老化及再生　工业品），废旧轮胎胶粉（河南橡胶粉厂），自制再生　添加剂，丙三醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公　司）。　１．３实验方法　（１）制备好的橡胶沥青试样的性质按如下方法　进行测定：针入度按ＧＢ／Ｔ　４５０９方法测定，延度按　ＧＢ／Ｔ　４５０８方法测定，软化点按ＧＢ／Ｔ　４５０７方法进　行测定。　针入度试验器ＳＹＤ一２８０１Ｅ（上海昌吉地质仪　器有限公司），ｓＹＤ一２８０６Ｆ型全自动沥青软化点试　验器（上海昌吉地质仪器有限公司），ＳＹＤ～４５０８Ｂ　型石油沥青延伸度试验器（上海昌吉地质仪器有限　公司），沥青旋转薄膜烘箱（上海昌吉地质仪器有限　公司），ＢＭＥ１００Ｌ型高速剪切乳化机（上海威慷机　械电子有限公司）。　实验用沥青的部分性质见表１。　表１　实验用沥青的部分性质　（２）将试样约５０　ｇ平铺在薄膜烘箱托盘中形成　厚度约Ｉ　ｃｍ的薄膜，然后将沥青托盘放入１６３。Ｃ薄　膜烘箱中进行老化，老化时间分别为５、１０、１５、２０、　２５、３０　ｈ，测定老化后的沥青试样。　（３）加入不同的沥青再生剂，考察不同再生剂对　老化橡胶沥青的影响，测定再生后橡胶沥青的性能。　针入度（２５　ｏＣ，１００　ｇ，５　ｓ）／（Ｏ．１　ｍｍ）　软化点／。Ｃ　６５．６　３７．４　２　结果与讨论　２．１　橡胶沥青的老化实验　８　ｍ　ｍ　４　４　３９４￣，＆（２５℃）／ｃｍ　１３２．２３　化　在剪切温度为１８０。Ｃ、剪切时间为１　ｈ、高速剪　３　９　Ｏ　—————————————一　切乳化机的剪切速率为７　０００　ｒ／ｍｉｎ条件下，制备　苯乙烯焦油质量分数为３　，橡胶粉质量分数分别　为ｌｏ％、１５％、２０％的改性沥青。老化时间对不同　２　。　１　３　４　将沥青加热到约１８０｜Ｃ，加入规定量的废旧橡　胶粉和苯乙烯焦油，边加边搅拌，使橡胶粉均匀分散　在沥青中，然后在高速剪切机的作用下分散６０　‘　ｍｌｎ。　橡胶粉质量分数的改性沥青部分性质的影响见表　４　２　７　轰２老　时闾对不同橡肫粉后量分粒的改性沥青窨ｌ１分性后的影响　‘橡　粉　性质　０　５　１Ｏ　老化时间／ｈ　１５　２Ｏ　２５　卯　踮　８　１　３　３Ｏ　软化点／。Ｃ　１Ｏ　４０．１　８４．８　４３．４　７５．４　４４．２　６４．６　４５．６　５３．２　４７．９　４４．５　５０．４　３９．３　５５．４　２４．９　∞　３　Ｏ　４　针入度（２５℃，１００　ｇ，５　ｓ）／（０．１　ｒａｍ）延伸度（２５℃）／ｃｍ　软化点／℃　１０９．６　７５．６　５２．２　４８．８　３１．５　３０．２　２０．５　∞　０　３　７　１５　针入度（２５。Ｃ，１００　ｇ，５　ｓ）／（Ｏ．１　ｍｍ）　延伸度（２５。Ｃ）／ｃｍ　软化点／℃　４Ｏ．３　４２．４　４４．０　４６．９　４９．６　５０．０　５５．０　２Ｏ　针入度（２５℃，１００　ｇ，５　ｓ）／（Ｏ．１　ｒａｍ）　延伸度（２５℃）／ｃｍ　１０３．８　Ｉ１０．３　９４．６　８２．４　８０．５　６０．８　７４．７　５０．３　６７．９　３７．６　５４．６　２８．６　４１．９　２４．０　由表２可以看出：随着老化时间的增加，橡胶改　性沥青的软化点升高，延度与针人度不断减小。这　是因为橡胶沥青在老化以后的组成结构发生了变　化，由于橡胶沥青在老化过程中，发生了氧化和烷基　２．２橡胶沥青的再生实验　老化后的路用沥青进行再生的目的，是要改变　不利的胶体组成成分关系，进而改善沥青的路用性　能。因此再生剂中必须含有能够恢复旧沥青性能的　有效成分，并且具有优良的流变性，以及分散溶解沥　青质的能力。　侧链的脱氢缩合等反应，破坏了原有橡胶沥青的结　构和组成平衡，使得橡胶沥青的化学组成发生了变　化，即芳香烃、饱和烃、胶质的含量相对减少，而沥青　本实验选用三种自制再生添加剂，分别加入到　橡胶粉质量分数为１５　、焦油质量分数为３　Ａ的老　ｏ化橡胶沥青中，考察不同再生剂及其含量对老化橡　胶沥青性能的影响。　质的含量相对增多¨１　。实验结果表明：橡胶粉质量　分数为１５　的改性沥青略好于橡胶粉质量分数为　１０　及２０　的改性沥青。　第１期　曹　萍等．橡胶改性沥青的老化及再生　由图５可以看出：再生剂的加入使橡胶沥青的　使其延度与针人度提高，软化点降低，提高橡胶改性　裂纹消失，能够恢复沥青的使用性能。　沥青的路用性能，其中再生剂２对橡胶改性沥青的　恢复性能最好。　３　结束语　（３）经再生的橡胶沥青可以很好的恢复其路用　（１）橡胶改性沥青经过老化后，改变了其化学组　性能，软化点为３７℃，针入度可达到１２０（０．１　成与结构，使橡胶改性沥青软化点升高，延度与针入　ｍｍ），延度为９６　ｃｍ，符合国家规定的１４０号道路沥　度降低，从而导致了橡胶改性沥青的路用性能劣化。　青标准。　（２）老化后的橡胶改性沥青加入再生剂后，可以　参考　文　献　［１］　徐静，洪锦祥，赵永利，等．改性沥青老化机理及再生剂的研究Ｅ１］．石油沥青，２０１１，２５（３）：１９—２２．　［２］　Ｉｓｗａｎｄａｒｕ　Ｗｉｄｙａｔｍｏｋｏ，Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｅｌｌｉｏｔｔ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ　ａｎｄ　ｐｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ　ｂｉｎｄｅｒｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｗｉｔｈ　ｎａｔｕｒａｌ　ａｌｐｈａｌｔｓｒＪ￣．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，２２：２３９—２４９．　［３］　Ｂａｈａ　Ｖ　Ｋ，Ｍｅｈｍｅｔ　Ｙｉｌｍａｚ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｌｉｍｅ　ａｎｄ　ｓｔｙｒｅｎｅ－－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－－ｓｔｙｒｅｎｅ　ｏｎ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｍｉｘ　ａｓｐｈａｌｔ［Ｊ］．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００９，２３：１９９９—２００６．　Ｅ４］　吴传海，袁玉卿，王选仓．重交通道路沥青老化规律及评价方法［Ｊ］．长安大学学报：自然科学版，２００７，２７（５）：３５—３９．　［５］　赵志军，陈明宇，吴少鹏，等．沥青的老化机理与性能研究［Ｊ］．建材世界，２００９，３０（２）：１５９—１６２．　［６］　张敏江，焦兴华，陈刚．ＳＢＲ改性沥青老化动力性能ＥＪ］．沈阳建筑大学学报：自然科学版，２００９，２５（３）：４７８—４８１．　［７］　Ｃｏｒｂｅｔｔ　Ｉ　Ｗ．Ｄｕｍｂｂｅｌｌ　ｍｉｘ　ｆｏｒ　ｂｅｔｔｅｒ　ａｓｐｈａｌｔ－ｌＪ］．Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，１９７９，２６（４）：ｌ７３一ｌ７７．　［８］　蒋德林，廖克俭．废旧ＳＢＳ改性沥青混合料再生技术Ｉ－Ｊ］．辽宁石油化工大学学报，２０１０，３０（３）：４１—４３．　［９］　吕伟民．沥青再生原理与再生剂的技术要求［Ｊ］．石油沥青，２００１，２１（６）：１—６．　［１Ｏ］　李进，王金凤，徐萌，等．再生剂对再生沥青感温性的影响厂Ｊ］．石油化工高等学校学报，２０１０，２３（１）：３４—３８．　［１１］　胡杨，段宁宁，王雷，等．道路沥青再生养护剂性能试验研究ｌ－Ｊ］．化学工业与工程，２１１Ｏ，２７（５）：４２０—４２３．　Ｅ１２］　秦利萍．沥青老化机理分析［Ｊ］．石油沥青，２０１１，２５（４）：５５—５９．　［１３］　刘崇理．沥青路面的再生机理与再生剂研究［Ｊ］．北方交通，２０１０（５）：６—８．　［１４］　张秀微，陈卫兵，方锐，等．沥青老化与再生应用Ｉ－Ｊ］．科技创新导报，２０１０（１６）：４８—４９．　（Ｅｄ．：ＳＣＷ，Ｚ）