中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊,隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和資源循環(huán)利用的推進(jìn),再生膠行業(yè)在2025年呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)。本文通過對(duì)改性石油瀝青在廢舊輪胎再生膠中的增強(qiáng)機(jī)理與性能研究,探討了再生膠在瀝青路面中的應(yīng)用,為再生膠的高值化利用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
《2025-2030年中國再生膠行業(yè)市場(chǎng)深度研究及發(fā)展前景投資可行性分析報(bào)告》指出,隨著公路交通事業(yè)的快速發(fā)展和汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng),廢舊輪胎的產(chǎn)生量日益劇增,對(duì)環(huán)境造成了巨大壓力。傳統(tǒng)的填埋和焚燒處理方式不僅占用土地資源,還會(huì)產(chǎn)生有害氣體和粉塵,對(duì)環(huán)境造成二次污染。將廢舊輪胎加工成再生膠粉,并應(yīng)用于瀝青路面,是實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎資源化利用的有效途徑之一。再生膠粉可以改善瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性能,延長(zhǎng)路面使用壽命。然而,再生膠與瀝青的相容性較差,容易發(fā)生離析,影響改性效果。因此,如何提高再生膠與瀝青的相容性,充分發(fā)揮再生膠的改性作用,是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
(一)原材料與制備方法
本研究使用的基質(zhì)瀝青為某知名品牌生產(chǎn)的70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青,其主要技術(shù)指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范要求。廢舊輪胎再生膠由專業(yè)再生資源公司提供,采用常溫機(jī)械粉碎法制備,過40目篩。改性劑選用某知名品牌生產(chǎn)的SBS嵌段共聚物。改性瀝青的制備采用高速剪切法,將基質(zhì)瀝青加熱至175±2°C,加入設(shè)定摻量的SBS改性劑,繼續(xù)高速剪切60分鐘,使SBS在瀝青中充分分散。再生膠改性瀝青的制備則在SBS改性瀝青的基礎(chǔ)上,加入不同比例的再生膠粉,采用低速攪拌混合,促使再生膠充分溶脹,得到再生膠改性瀝青。
(二)性能測(cè)試方法
對(duì)制備的改性瀝青和再生膠改性瀝青進(jìn)行了一系列性能測(cè)試,包括常規(guī)性能測(cè)試、流變性能測(cè)試、低溫性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)分析。常規(guī)性能測(cè)試依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軟化點(diǎn)、針入度和延度試驗(yàn)。流變性能測(cè)試采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀,在46°C~82°C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度掃描,測(cè)定復(fù)數(shù)模量、相位角和車轍因子。低溫性能測(cè)試采用彎曲梁流變儀,在-12°C、-18°C和-24°C下進(jìn)行彎曲蠕變?cè)囼?yàn),測(cè)定彎曲蠕變勁度和蠕變速率。微觀結(jié)構(gòu)分析采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和傅里葉變換紅外光譜儀,觀察改性瀝青和再生膠改性瀝青的微觀形貌及化學(xué)基團(tuán)變化。
(一)常規(guī)性能的影響
測(cè)試結(jié)果顯示,隨著SBS摻量的增加,改性瀝青的針入度逐漸減小,軟化點(diǎn)逐漸升高,延度逐漸降低,表明SBS的加入提高了瀝青的硬度和高溫穩(wěn)定性,但降低了其低溫塑性。加入再生膠后,再生膠改性瀝青的針入度有所增加,軟化點(diǎn)進(jìn)一步升高,延度顯著降低。這是因?yàn)樵偕z顆粒吸附瀝青中的輕質(zhì)油分,自身發(fā)生溶脹,體系黏度增大,導(dǎo)致軟化點(diǎn)升高。同時(shí),再生膠顆粒作為剛性粒子,降低了瀝青的變形能力,導(dǎo)致延度下降。結(jié)果表明,在SBS改性的基礎(chǔ)上,再生膠的加入能進(jìn)一步提升瀝青的高溫性能,但會(huì)犧牲部分低溫性能。
(二)流變性能的影響
DSR測(cè)試結(jié)果表明,SBS改性顯著提高了瀝青的復(fù)數(shù)模量,降低了相位角,車轍因子大幅提升,說明SBS改性有效改善了瀝青的高溫抗車轍性能。加入再生膠后,復(fù)數(shù)模量進(jìn)一步增大,相位角進(jìn)一步減小,車轍因子繼續(xù)提高,表明再生膠能進(jìn)一步增強(qiáng)改性瀝青的高溫性能。BBR測(cè)試結(jié)果顯示,SBS改性降低了瀝青的彎曲蠕變勁度,提高了蠕變速率,表明其低溫抗裂性能得到改善。而加入再生膠后,彎曲蠕變勁度增大,蠕變速率減小,說明再生膠的加入對(duì)改性瀝青的低溫性能有不利影響。
(三)微觀結(jié)構(gòu)的影響
熒光顯微鏡觀察結(jié)果顯示,基質(zhì)瀝青呈均一暗色,表明組分分布均勻。SBS改性瀝青中,隨著SBS摻量增加,代表SBS富集相的亮點(diǎn)增多,并從分散狀態(tài)逐漸連接成網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于再生膠改性瀝青,再生膠顆粒在SBS改性瀝青中分散良好,界面結(jié)合緊密。這表明,SBS預(yù)改性顯著改善了再生膠與瀝青的相容性,減少了界面缺陷和團(tuán)聚。均勻分散的再生膠顆粒起到了“橋接”作用,將SBS形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接,進(jìn)一步限制了瀝青的流動(dòng),提升了抵抗外力的能力。
綜合常規(guī)性能、流變性能和微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果,改性石油瀝青對(duì)再生膠改性瀝青的增強(qiáng)機(jī)理可歸納為以下幾個(gè)方面:
再生膠行業(yè)現(xiàn)狀分析指出,SBS的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng):SBS作為一種熱塑性彈性體,其聚苯乙烯鏈段與瀝青質(zhì)具有較好的相容性,形成物理交聯(lián)點(diǎn),提高了瀝青的硬度和高溫彈性恢復(fù)能力;聚丁二烯鏈段則與瀝青中的油分相容,改善了瀝青的低溫性能和粘彈性。SBS在瀝青中形成的連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),顯著增強(qiáng)了瀝青基體的整體強(qiáng)度和抗變形能力。
再生膠的溶脹增粘:再生膠顆粒吸附瀝青中的輕質(zhì)油分,發(fā)生溶脹,導(dǎo)致瀝青體系的黏度增大,宏觀上表現(xiàn)為軟化點(diǎn)升高和高溫穩(wěn)定性提高。
界面“橋接”作用:再生膠顆粒與SBS改性瀝青基體緊密結(jié)合,界面模糊。均勻分散的再生膠顆粒起到了“橋接”作用,將SBS形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接,進(jìn)一步限制了瀝青的流動(dòng),提升了抵抗外力的能力。
剛性填充效應(yīng):再生膠顆粒本身具有一定的剛性,也起到了一定的物理填充和增強(qiáng)效果。
本文研究了SBS改性石油瀝青對(duì)再生膠改性瀝青性能及增強(qiáng)機(jī)理的影響。結(jié)果表明,SBS改性顯著提高了瀝青的高溫性能和彈性恢復(fù)能力,再生膠的加入進(jìn)一步提升了改性瀝青的軟化點(diǎn)和高溫抗車轍性能,但降低了低溫延度。微觀結(jié)構(gòu)分析顯示,SBS在瀝青中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),再生膠顆粒在SBS改性瀝青中分散良好,界面結(jié)合緊密。增強(qiáng)機(jī)理主要包括SBS的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)、再生膠的溶脹增粘、界面“橋接”作用以及剛性填充效應(yīng)。研究證實(shí),SBS與再生膠的協(xié)同作用能有效改善瀝青路面性能,為廢舊輪胎再生膠的高值化利用提供了技術(shù)支持。未來,隨著再生膠技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,其在環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。
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