废轮胎再生炭黑对沥青性能的影响

试验原材料及试样制备

该研究以2种废轮胎再生炭黑（未造粒与造粒）对SK-70沥青（物理性能见表1）进行改性，利用高速剪切机通过熔融共混的方法制备得到改性沥青试样，制备温度为150℃，搅拌时间为1h，2种废轮胎再生炭黑的掺量均为5%、10%和15%。

表1 SK-70沥青的物理性能

废轮胎炭黑对沥青性能的影响

未造粒炭黑掺量对沥青性能的影响

物理性能。未造粒炭黑掺量对沥青物理性能的影响，如表2所示。由表2可知，随着未造粒炭黑掺量的增加，沥青的针入度与延度逐渐减小，软化点与粘度逐渐增大。当未造粒炭黑的掺量为5%时，沥青10℃与15℃的延度已分别下降至19.3cm和47.6cm，这表明在未造粒炭黑的掺量不是很大时，沥青的低温延度即产生了明显的下降。

储存稳定性。由于炭黑加入沥青中形成了两相体系，在储存、运输与使用过程中可能会发生离析现象，因此需要研究炭黑改性沥青的离析性能。该项目采用类似于聚合物改性沥青离析性能的测试方法，测试了废轮胎再生炭黑改性沥青的储存稳定性。表3显示了未造粒炭黑掺量对沥青储存稳定性的影响。从表3可以清楚地看出加入未造粒炭黑后，沥青的软化点差值相比于基质沥青明显增大，而且掺量越大，软化点的差值愈大。这表明未造粒炭黑的加入大大降低了沥青的储存稳定性，炭黑掺量越大，沥青的离析将会越严重。

PG分级。由以上分析可知，未造粒炭黑的加入改变了沥青的物理性能，为了更为全面地评价炭黑改性沥青的性能，该项目根据美国SHRP的研究成果，借助动态剪切流变仪（DSR）与弯曲梁流变仪（BBR）对炭黑改性沥青进行了PG分级，结果见表4。从表4可以看出，随着未造粒炭黑的掺量从5%增加到10%，改性沥青的PG等级与基质沥青相比没有变化，均为PG 64-22；当未造粒炭黑的掺量为15%时，改性沥青的PG等级变为PG 64-16，低温分级降低了一个等级。这表明虽然未造粒炭黑的加入使得沥青的针入度与延度明显减小，但是其PG分级却没有发生显著变化，只有当未造粒炭黑的掺量较大时（15%），沥青的PG分级才有所变化。

表2 未造粒炭黑掺量对SK-70沥青物理性能的影响

表3 未造粒炭黑掺量对SK-70沥青储存稳定性的影响

表4 未造粒炭黑掺量对SK-70沥青PG分级的影响

表5 造粒炭黑掺量对SK-70沥青物理性能的影响

表6 造粒炭黑掺量对SK-70沥青储存稳定性的影响

表7 造粒炭黑掺量对SK-70沥青PG分级的影响

造粒炭黑掺量对沥青性能的影响

物理性能。与未造粒炭黑相类似，同样研究了造粒炭黑掺量对沥青性能的影响。表5为造粒炭黑掺量对沥青物理性能的影响。由表5可知，随着造粒炭黑掺量的增加，沥青的针入度和延度明显下降，黏度明显增大，软化点总体呈现出升高的趋势。造粒炭黑对沥青性能的影响与未造粒炭黑十分相似，但是与未造粒炭黑相比，造粒炭黑使得沥青物理性能的变化更为显著。

储存稳定性。表6显示了造粒炭黑掺量对沥青储存稳定性的影响。由表6可知，造粒炭黑的加入使得沥青离析试验后的软化点差值大大增加，当掺量为5%时，改性沥青离析试验后的软化点差值就达到了2.8℃，是基质沥青软化点差值的9倍多，当造粒炭黑掺量为15%时，沥青的软化点差值增大至7.4。这表明与未造粒炭黑相比，造粒炭黑与沥青的相容性较差，二者较难形成均一稳定的混合体系。

PG分级。造粒炭黑掺量对沥青PG分级的影响如表7所示。从表7可以看出，造粒炭黑掺量为5%时，沥青的PG分级与基质沥青相同，仍为PG 64-22；当造粒炭黑掺量增加至10%时，沥青的高温等级升高了一个级别，而低温等级却没有发生变化，即PG 70-22；当造粒炭黑的掺量继续增加达到15%时，沥青的高低温等级均发生了变化，PG分级为PG 70-16。

综上所述，对于2种炭黑而言，当掺量为5%时，沥青的PG等级均未发生变化；当掺量为15%时，改性沥青的低温等级相比于基质沥青均降低了一个等级；当掺量为10%时，改性沥青可保持原有的低温等级，同时高温还可能升高一个等级（对于造粒炭黑而言）。因此，对于该研究而言，建议2种炭黑的掺量为沥青质量的10%左右。

结语

2种炭黑的加入均使得沥青的针入度与延度显著减小，软化点与粘度有所增大，储存稳定性大大降低，物理性能的变化程度取决于沥青的类型与炭黑的种类。

废轮胎再生炭黑可改变沥青的PG分级，总体来说，一定掺量的炭黑可保持或提高沥青的高温等级，但是同时有可能会降低沥青的低温等级。

综合考虑废轮胎再生炭黑改性沥青的性能，2种炭黑的掺量建议为沥青质量的10%左右。