裂解—聚合法橡胶颗粒改性沥青机理及技术性能研究

发布时间：2017-12-26 06:42

  本文关键词：裂解—聚合法橡胶颗粒改性沥青机理及技术性能研究　出处：《长安大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：废旧胎胶粉被广泛应用在路面工程中,既解决了废轮胎污染,也满足了现代公路交通对路面性能的要求。本文采用理论分析与室内试验相结合的方法,研究了裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青及其混合料的技术性能和生产设备及工艺,以期为科学生产和使用裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青提供参考,从而为保证裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青路面使用性能和工程质量提供依据。本文在40-60目的橡胶粉中添加适量裂解剂,经造粒生产出部分裂解的新型橡胶颗粒,具有飘尘少、易于搅拌、加入沥青后系统粘度低等特点。在生产橡胶改性沥青过程中加入聚合改性剂,通过聚合作用使已经部分裂解的橡胶颗粒在沥青中重新适度聚合形成部分交联结构,能够对沥青高、低温性能,抗疲劳性能、耐久性能起到明显改善的作用。论文分析了剪切温度、速率、时间和胶粉掺量对裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的技术性能影响,结果表明剪切温度越低,胶粉改性沥青粘度越大,胶粉在沥青中越不易分散;剪切温度过高则易引起沥青老化,从而影响沥青性能;剪切速率越小,胶粉颗粒细化越慢,且不易形成稳定的胶粉改性沥青体系;剪切时间越短,胶粉分散效果越差,剪切时间过长时,胶粉易发生降解,从而降低了沥青的使用性能;通过试验确定了裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的加工工艺为将基质沥青加热到165℃,然后加入裂解橡胶颗粒与聚合改性剂,剪切并升温到185℃并保持,以4500r/min的剪切速率剪切约60min即可。通过常规试验、布氏旋转粘度以及DSR、BBR试验评价了不同橡胶改性沥青技术性能,分析了掺加裂解、聚合改性剂对橡胶改性沥青性能及改性工艺的影响,试验结果表明,随着裂解橡胶颗粒掺量的增加,裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的粘度、针入度、软化点、延度和弹性恢复均增大,在沥青中掺入20%的橡胶颗粒,其综合性能最优;裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的高温性能按照SHRP分级达到PG76的要求,具有较好的高温稳定性;裂解-聚合法生产工艺制备的橡胶颗粒改性沥青,粘度与SBS改性沥青相差不大,相较于普通橡胶改性沥青以及SBS改性沥青,裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的综合性能更好。通过红外光谱吸收法、差示扫描量热法和扫描电子显微镜,分析了裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青的改性机理。结果表明,橡胶粉在沥青中发生了明显的溶胀现象,而经过裂解-聚合工艺后,橡胶粉在沥青中分布更加均匀;橡胶粉裂解-聚合改性后,DSC曲线吸热峰面积减小,其温度敏感性进一步改善;裂解-聚合改性使沥青与胶粉发生了化学反应,表现为二者相容性变好。在对比分析国内外橡胶改性沥青混合料配合比设计方法的基础上,针对干法与湿法制备工艺,分别研究了密级配(AC-16)、间断级配(ARHM-16)裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混合料的技术性能,并与SBS改性、普通橡胶改性沥青混合料进行对比,结果表明裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混合料更宜采用间断级配,以充分体现橡胶改性沥青混合料的弹性和抗疲劳性。其中,裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混合料的高低温性能以及水稳性更加突出,其疲劳性能与SBS改性沥青混合料相当。采用干法工艺时,将橡胶颗粒计入级配曲线中,从而有效避免橡胶颗粒与其他粒径集料发生干涉作用,其路用性能基本与湿法工艺相当。过磨研磨型裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青生产可在原有SBS改性沥青生产设备的基础上进行改造升级。通过在配料罐罐壁铺设环绕式加热管道并取消内设盘管式加热的方式,实现了快速升温;通过将搅拌桨叶形式改造成弧形桨叶的形式,能够形成向下向内的搅拌涡流,从而使橡胶颗粒的添加更加顺畅,减小搅拌阻力,降低能耗;将胶体磨中动磨盘和静磨盘磨刀之间的夹角设置为90℃并使磨盘之间间隙可调,改善了粘度较大的裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青过磨特点,实现了均匀研磨;优化了整个电气系统,实现了改性生产设备自动化操作。结合甘南界至博克图公路,研究了裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混合料的施工设备及工艺,总结了裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青路面施工中的控制要素。最后,对裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混合料与普通沥青混合料进行了环境影响分析、全寿命技术经济分析比较,结果表明裂解-聚合法橡胶颗粒改性沥青混凝土在全寿命使用周期内,具有更多的经济优势。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U414

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本文编号：1336244