胶粉复配改性沥青性能的评价方案
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摘要：本文提出用常规试验指标和差示扫描热法（DSC）分析的方法评价在SBS改性沥青中加入少量胶粉制备的复配改性沥青的性能的方案。希望由此得出废旧橡胶粉对SBS改性沥青性能的影响规律，对路用SBS改性沥青相关研究作出一定贡献。
关键词：SBS改性沥青；废旧橡胶粉；常规试验；DSC法
Abstract: This paper proposes the use of conventional test index and differential scanning calorimetry ( DSC ) analysis method for the evaluation of the SBS modified asphalt by adding a small amount of powder preparation of compound modified asphalt performance scheme. I hope the waste rubber powder on properties of SBS modified asphalt pavement effect rule, SBS modified asphalt research has made some contribution.
Key words: SBS modified asphalt; waste rubber powder; routine test; DSC method
中图分类号：P632+.6文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
0. 引言
SBS(Styrene-Butadiene-Styrene block Copolyner)，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性沥青能够显著提高高温抗车辙、低温抗开裂能力以及增强抗老化、改善疲劳等性能，得到了广泛的认可和应用。但是SBS价格较贵，将其用于道路沥青的改性可能不够经济。
近十多年来采用废橡胶粉改性沥青的研究及应用受到广泛重视。一方面是由于大量废旧橡胶污染对环境保护的压力，全世界每年仅废弃的轮胎就有约8亿条之多，加之其它废弃的橡胶材料，数量巨大，对环境污染严重；另一方面则是目前的高分子聚合物改性道路沥青成本高；再者，废橡胶粉改性道路沥青拥有可降低路面噪声、吸收光线以缓减强光刺眼等高分子聚合物改性沥青无法比拟的优势.利用废旧橡胶替代高分子聚合物改性剂可以降低改性沥青的成本，同时又可有效解决废旧橡胶对环境的污染。本方案为此在SBS改性沥青中加入少量废橡胶粉制备了复配改性沥青，研究废橡胶粉对SBS改性沥青性能的影响。
1. 评价方法和目的
本方案主要评价方法为常规试验指标分析评价和差示扫描热法（DSC）评价。希望通过两种方法能够发现废旧橡胶粉对SBS改性沥青性能的影响规律，提出一定条件下合理的胶粉掺量，以及发现总结两种评价方法之间的相关性以便同时得到对结论的宏观和微观的相互印证。
2. 差示扫描量热法(DSC)在沥青性能研究中的应用
沥青是由分子量、化学成分以及结构各不相同的烃类物质组成的混合物,在某一温度下,沥青中有的组分呈固态,有的呈液态,由于固液态分子间的作用力不同,聚集态变化会导致物理性质的变化。而 DSC可测定沥青聚集态随温度的变化情况,从而分析沥青的性质。温度变化时,沥青的物理聚集态可以互相转变不同温度下,或同一温度下的不同沥青,沥青中固态物质和液态物质的比例关系必定不同 ,从而在物理力学性质上亦必然表现出较大的差异。
差示扫描量热法(DSC)通过能量的变化给沥青研究提供了一些新的信息。通过研究升温过程中的能量变化,可以解释已有的物理性质的变化规律,如针入度、延度等的变化,同时预测尚没有测定数据的温度区段物理性质的变化趋势,并且可用来研究蜡的分布、含量、融化温度区间以及对沥青性能的影响。
2.1 DSC曲线图
在 DSC图上,众多组分的吸热峰重叠在一起形成一个温度范围较宽的吸热峰,峰的大小、位置反映了沥青的微观性质变化吸热峰大,说明沥青在该温度区间发生变化的组分多,其中既有结晶组分的熔融也有非晶组分的相变化 ,这些组分在处于不同的状态时物理性质是完全不同的,当固态转变为液态时,沥青中可流动组分数量增加 ,必然会使总的分子间力迅速减小,在宏观上必然会对沥青的物理性质产生较大的影响,因此吸热峰大,吸热量大的沥青加热后物理性质的改变程度将发生较大变化,即表现为热稳定性差 ,这可以从宏观物理指标中发现6 。
2.2 DSC在改性沥青中的性能评定
DSC在改性沥青中也有着广泛的用途,通过比较改性前后DSC曲线形状的变化,从而可以发现性能的改变,推断是否取得了满意的改性效果。
其次可以评价改性沥青的相容性与存储稳定性。稳定的改性沥青体系的 DSC曲线比较平坦 ,很少有吸热峰出现或者吸热峰很小。
同时通过对改性沥青体系上下层的 DSC分析,并根据上下层的吸热变化是否相同来判断改性沥青的上下层结构组成是否接近或者相同,从而研究改性沥青的热储存稳定性。
改性沥青玻璃化转变的特征主要取决于基质沥青和改性剂的相容性。若二者相容性差,则对应于两种本体材料的各个玻璃化转变温度依然存在;若完全相容,则本体材料各自的吸热峰会转变成一个(本体材料只有一个吸热峰的话),而不显现本体材料的玻璃化转变特征;若二者部分相容时,相互之间发生一定程度的交互影响,使两种物质的玻璃化转变温度相互靠拢,玻璃化转变温度范围加宽。
改性剂和基质沥青不可能完全混溶,仅是沥青中的某些组分和改性剂较为亲和,而这种亲和或相容与温度密切相关,这一观点通过DSC分析可以得到进一步证实。
3. 实验部分
3.1原材料
SBS改性沥青，购买，SBS质量分数约为4.2%，主要性能指标已知；活化废橡胶粉，粒度0.20～0.45mm，购买；糠醛抽出油。
3.2试样制备
将SBS改性沥青加热至140℃左右，加入规定剂量的废橡胶粉，边加边搅拌，使胶粉均匀分散于沥青中.再将混合物在180℃、7档(7 000 r/min)剪切30min，接着调到4档在160℃下发育30min，即制得SBS/胶粉复配改性沥青。
3.3试样种类
依在原SBS改性沥青中的胶粉掺量不同和胶油比不同分为以下16个种类：
胶粉掺量
3.4 常规试验
a.将制备出的试样分别按相关的国家现行标准进行针人度，延度，软化点三大常规指标的测试。
b.将试样在薄膜烘箱中进行热老化，测量试样热老化后的性能。
c.将经过薄膜烘箱老化后的沥青试样分装于6个盛样皿(TFOT的盛样皿)中，每个盛样皿中放人20 g试样，沥青膜厚度约为1 mm。将盛样皿放置在强紫外线辐射箱内接受强紫外线辐射，每天照射16 h，间隔8 h，实验时箱内的温度35℃.每个样品的辐射时间定为8天(配套使用紫外线辐射计测量显示这段试验时间紫外灯的辐射强度变化不大，几个样品的紫外线辐射量基本相同)。将经过紫外老化后的试样进行针人度、软化点、延度等物理性质的测试。
d. 根据试验结果测试值，评价各类试件的性能优劣，包括三大指标值的比较，以及抗老化性能有无提高。总结规律，提出合理的胶粉掺量和胶油比。
3.5DSC评价
对每种试件，每个阶段进行DSC评价。依据DSC曲线所反映的数据（吸热峰值、峰值温度和峰宽度）评价各类沥青的温度稳定性、相容性以及老化后的性能变化，总结相关规律。对照常规实验分析结果，分析两种评价方法的相关性，并解释现象原因。
4．总结
总结胶粉在一定胶油比的情况下对SBS改性沥青各项主要性能的影响规律，提出合理的胶粉掺量和相关评价方法，提出有待研究的其他问题。
5. 期望和可能遇到的问题
期望规律明显，相关性较好。
问题是可能DSC评价与常规试验在某些区域相关性不是很好，解决办法是分析原因，比如温度区域限制，或者用其他的结构分析技术补充分析，用其他理论加以解释。不管结果如何，希望通过实验和数据分析发现问题，为相关方面的研究作出贡献。
西安工业大学校长科研基金项目（编号：XAGDXJJ1122）