沥青改性母粒的制备及应用性能测试

梁姗姗　石宁　姜康　张秀斌

摘 要： 本课题针对国产沥青及沥青加工企业现有生产条件，从环境保护及降低工程造价角度出发，将再生橡胶作为道路沥青改性剂，通过基质沥青和改性剂研制出一种沥青母体（以下简称母粒），设计出一套将再生橡胶作为道路沥青改性剂的加工工艺，用来改善国产沥青的力学性能，大幅提高中、轻道路沥青性能，达到高等级道路性能要求。

关键词： 改性剂 改性沥青 再生橡胶 母粒

一、引言

石油沥青是原油精馏后的产物，由于具有优异的防水性能和黏结性能，广泛应用于道路表面及防水材料，普通道路沥青由于自身组成和结构决定了其感温性能差，高温时蠕变严重，易流淌，低温延度小，低温易开裂，难以满足高等级公路的使用要求，随着社会经济的不断发展，道路交通量越来越大，车辆轴载越来越重，这对沥青的性能要求越来越高[1]。世界各国对道路沥青改性进行了广泛深入的研究，主要采用添加改性剂[2]的方法，改性剂可分为聚合物、表面活性剂、防老剂及无机填料等四类。采用聚合物对道路沥青实施改性，可以明显改善沥青的力学性能，如提高软化点，与之相应的沥青混合料的抗车辙性得到显著提高；增加低温延度，相应的沥青混合料低温弯曲破坏劲度模量降低，低温抗开裂性得到改善，同时还可以增加混合料的强度和稳定性，从而延长沥青路面使用寿命[3]。

目前研究的改性沥青大多数为熔融高温储存，在储存期间改性剂与沥青容易因相容性发生分离，为解决这一难题且出于环境保护及降低工程造价的需要，本课题采用再生橡胶和PE为主要改性剂研制出再生胶沥青母体，提高国产低等级道路沥青的路用性能，同时可以减少污染，充分利用资源，降低成本，采用再生橡胶废旧塑料为主要改性剂与沥青经转矩共混，混合均匀后将混合物经由造粒机制作沥青改性母粒，这一方式避免了改性沥青必须高温下存放，节约能源且方便贮存，在使用时将母粒加入到热的基质沥青中混合均匀即可使用。

二、实验一：直接法改性沥青

首先将再生胶造粒，保证颗粒尺寸尽可能小，颗粒大小均匀。拟用LDPE代替废旧PE研究其试验工艺，将LDPE颗粒破碎，使其均一，尺寸最小化。

利用电加热套加热，由于LDPE的熔融温度在130℃左右，选取最低加热温度为130℃，分别选取130℃、150℃、170℃、190℃四个温度参数，观察改性剂在基质沥青中的分散效果。机械搅拌常州国华电器有限公司电动搅拌器（JJ—1型），前期尝试由于实验条件有限发现搅拌速度不能过高，当搅拌速度在第一档时不会出现溶液飞溅。故选择固定的搅拌速度，只考虑加热温度和搅拌时间两个参数，考察改性沥青分散性。试验主要流程见下图。

图3-1 直接法改性沥青试验流程

实验证明：搅拌温度对改性剂在基质沥青中的分散有着重要影响。温度每升高20℃，改性劑在基质沥青中的溶解时间就会减少20min左右。但是，当温度升高到170℃时，基质沥青会产生少量黑烟。此时，沥青老化加剧，温度太高、消耗热量较多与试验提出的节能环保相违背。再生胶与PE直接法改性沥青加热温度与搅拌时间比较，能够发现PE的溶解时间比再生胶时间久。

三、实验二：母粒法改性沥青

母体法最主要的优点就是改性剂能够与沥青完成预共混的过程。本实验通过转矩流变仪进行改性剂与基质沥青共混，转矩流变仪是研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备。

在转矩流变仪中的填料顺序依次是再生胶[4]、LDPE，还有古马隆。等这三样共混完全后然后添加基质沥青，因为LDPE的熔融温度为120℃，但是沥青在这个温度下已经完全变成流体。如果提前加入沥青扭矩几乎为零，改性剂不能充分混合，不能得到基质沥青预共混结果。

图3-2 母粒法改性沥青试验流程

母粒法改性沥青加热温度与搅拌时间可以看出相同温度下搅拌时间比直接法少30min左右。母粒改性沥青，在母粒溶于基质沥青之前就完成了预融过程。

实验过程中发现：在基质沥青中添加不同含量再生橡胶，改性沥青的基础性能是随着再生胶添加量的增加而优化的。当LDPE添加量在6%时是各项指标都能满足《聚合物改性道路沥青》EVA、PE类基本性能要求。利用转矩流变仪进行改性剂与基质沥青共混预融，生产沥青改性母粒。当生橡胶和PE复合母选取WR 30份、PE 20份、沥青20份、古马隆2.5份时和再生橡胶和WPE复合母选取WR 30、WPE 15份、沥青20份、古马隆2.5份时改性沥青性能比优越。复合改性沥青能够与SBS沥青具有杰出的高、低温性能媲美。母粒在基质沥青中分散效果比SBS在基质沥青中的分散工艺简单，搅拌剪切时间短，实现了再生胶与废旧塑料的二次利用，能够很好地满足节能环保的要求。

四、不同时间段改性母粒在基质沥青中的分散情况

取一定量的沥青改性母粒，放入加热好的基质沥青中。每隔一段时间（20min）取出部分改性沥青观察其分散效果。图中能够明显看出母粒的溶解情况，粗略判断母粒在基质沥青中的溶解速度。

再生胶改性沥青的基础性能大部分都是随着再生胶添加量的增加，性能随之优化的。由于是再生橡胶，其基本性能比成品胶有所差异。但是，再生胶污染，再次利用已经成为刻不容缓的问题。再生胶作为改性剂制备改性沥青有着得天独厚的优点[5]。

1.随着再生胶添加量增大，针入度减小，软化点提高，黏度增大。这说明改性沥青的高温稳定性提高，对夏季行车的路面车辙、壅包现象有改善。

2.针入度指数不断减小，温度敏感性降低。温度较低时，沥青变脆使路面发生应力开裂；温度较高时，路面变软，受承载车辆作用而变形。低温性能得到改善，增加沥青的柔韧性。

3.黏附性增强。由于石料表面粘附的橡胶沥青膜厚度增加，可提高沥青路面抗水侵害能力，延长路用寿命。

4.增加车辆轮胎与路面的抓着性，提高行驶安全，降低噪声污染。

5.成本降低，加工工艺简单，节能环保。

五、结果

生橡胶和PE复合母选取WR 30份、PE 20份、沥青20份、古马隆2.5份时和再生橡胶和WPE复合母选取WR 30、WPE 15份、沥青20份、古马隆2.5份时够满足《聚合物改性道路沥青》SBS类（Ⅰ-C类）基本性能指标改性沥青的性能。与SBS改性沥青成本比较，其成本大大减小。

WR和PE及WR和WPE复合改性沥青WR和PE及WR和WPE复合改性沥青能够与SBS沥青具有的杰出的高、低温性能媲美。母粒在基质沥青中分散效果比SBS在基质沥青中的分散工艺简单，搅拌剪切时间短，实现再生胶与废旧塑料二次利用，能够很好地满足节能环保的要求。

参考文献：

[1]杨军，等.聚合物改性沥青[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]张金升，等.道路沥青材料[M].哈尔滨工业大学出版社，2013.

[3]Lewandowski L H.polymer modification of Paving asphalt binders[J].Rubber Chen Technal，1994.

[4]陈文青.黄承亚.国外挤出法再生废旧橡胶的研究进展[J]合成橡胶工业，2008.9.

[5]廖克俭，丛玉凤.道路沥青生产与应用技术.化学工业出版社，2008.