温拌阻燃橡胶沥青制备与影响因素研究.docx

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温拌阻燃橡胶沥青制备与影响因素研究摘要：为获得温拌阻燃橡胶沥青最正确制备方案，文章基于三大指标试验、氧指数试验及布氏旋转黏度试验，探究温拌剂、阻燃剂掺量及拌和工艺对温拌阻燃沥青性能的影响。结果说明：温拌剂、阻燃剂掺量对温拌阻燃沥青性能的影响显著，温拌剂为3%、阻燃剂为6%、拌和速率为4000r/min时，温拌阻燃沥青性能最正确，其具有良好的高低温性能及工作性能。关键词：道路工程；温拌阻燃沥青;橡胶沥青；氧指数中国分类号：U416.03 0引言基于“碳达峰、碳中和”的承诺与目标，我国积极参与国际社会碳减排，主动顺应全球绿色低碳开展潮流，其中重点方向之一即是废物利用。随着我国经济及运输行业快速开展，产生了大量废旧轮胎,其处理、堆放等问题制约着我国经济的绿色低碳开展［1］。针对这一问题，可将废旧轮胎磨细后与沥青混熔，制得具有良好路用性能的橡胶沥青，这样既可到达循环利用的目的，且具有良好的社会经济效益。橡胶沥青混合料施工温度较高，且会在拌和、运输和碾压过程中产生大量的刺激性有毒气体，在污染环境的同时也对作业人员的生命健康平安造成不良影响。特别是假如在环境封闭的隧道内发生意外火情,橡胶沥青混合料受热产生大量有毒烟雾无法及时排出，易造成严重的人员伤亡。因此，降低橡胶沥青施工温度，减少对环境及施工人员的危害，增强沥青路面阻燃性能成为橡胶沥青研究的主要方向。本文拟对温拌阻燃橡胶复合改性沥青的开发与性能评价展开研究。目前大量研究人员对温拌阻燃沥青展开了相关研究，如乔建刚在SBS改性沥青中分别掺入了EC 130温拌剂和FRMAXTM阻燃剂，然后测试了其高低温流变性能和粘温性能，结果说明两者共同加入SBS改性沥青，会提高其高温性能和粘温性能，但对其低温性能不利［2］；吴林松针对温拌阻燃SBS改性沥青混合料的路用性能的研究发现:温拌剂和阻燃剂可改善沥青混合料的抗车辙性能和抗水损害能力，但是劣化了混合料低温抗裂能力［3］o但鲜有针对橡胶沥青温拌阻燃技术的相关研究，因此，本文选取性能优良、应用效果较好的温拌剂、阻燃剂及成品橡胶沥青，对温拌阻燃橡胶沥青性能展开研究，以期指导相关工程工程。1原材料1.1橡胶沥青橡胶沥青采用工厂化制备，由质量比为12%的0.250mm废旧汽车轮胎胶粉(橡胶粉)、少量SBS改性剂与70#道路石油沥青掺配而成。其性能满足《路用废胎胶粉橡胶沥青》(JT/T798-2022)要求，如表1所示。1.2温拌剂及阻燃剂温拌剂选用Sa-sobit型聚烯逐类有机降粘型温拌剂；阻燃剂采用FRMAXTM高效型阻燃剂。其技术性能分别如表2、表3所示。2试验方法与方案设计2.1试验方案2.1.1三大指标试验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2022)(以下简称试验规程)中T0604-2022、T0606-2022.T0605-2022试验方法，分别检测不同沥青的针入度、软化点和52延度。2.1.2布氏旋转黏度试验依据试验规程中T0625-2022布氏沥青旋转黏度试验方法测定沥青表观黏度。2.1.3氧指数试验采用试验规程中GB/T2406氧指数试验方法测定极限氧指数(L0I)来评价沥青阻燃性能，LOI越小表示材料越易燃。可由式(1)计算：2.2正交试验设计参考厂家推荐及国内工程应用经验[4],初步确定各原材料用量范围，选取各影响因素的试验水平如表4所示，进行L9(33)正交试验设计。3温拌阻燃橡胶沥青性能评价按正交试验设计的不同影响因素各水平成型试件后，依照前述试验方法进行三大指标试验、布氏旋转黏度试验、氧指数试验。试验结果如表5所示。采用极差分析法进行定量分析(表6),其中ki表示某因素第i水平对应试验指标的平均值，极差为ki(i=,3)中最大值与最小值的差值。综合分析各因素对温拌阻燃沥青高低温性能、阻燃性能及降黏效果的影响结果，9组试验组中温拌剂为3%、阻燃剂为6%、拌和速率为4000r/min时，温拌阻燃沥青性能最正确。3.1高温性能(图1〜3)(1)剪切机转速对温拌阻燃沥青高温性能基本无影响，而温拌剂及阻燃剂掺量对其高温性能影响较为显著，其中温拌剂掺量对其影响最大，三因素对应针入度、软化点极值大小排序均为：温拌剂掺量阻燃剂掺量剪切仪转速。(2)温拌剂的掺入有利于沥青的高温性能，且随掺量的增大对其有进一步的提升。随着2%温拌剂的掺入，橡胶沥青软化点从73T提升至74.4℃,金十入度从5.93mm下降至5.llmm,且随掺量的增加,温拌阻燃沥青软化点进一步增大，针入度进一步减小。这说明温拌剂的掺入，会使沥青变硬，抗变形能力增强，高温性能有所提升。(3)阻燃剂的掺入同样对沥青高温性能有利，但提升效果弱于温拌剂。由图1、图2可知，阻燃剂掺量从4%增至8沆沥青软化点从75℃增至76.8℃,提升了1.8C；温拌剂掺量从2%增至4%,沥青软化点从74.4。。增至77.UC,提升了2.7。。；随着温拌剂掺量的增大,温拌阻燃沥青软化点逐步增大，针入度逐步减小，高温性能逐渐增强,且温拌剂对沥青高温性能改善效果更明显。3.2低温性能(图4〜5)(1)温拌剂、阻燃剂的掺量显著影响沥青的低温性能，剪切机转速对沥青低温性能基本无影响。其中，阻燃剂掺量对温拌阻燃沥青低温性能影响最大，三种因素延度极值大小排序为：阻燃剂掺量温拌剂掺量剪切机转速。(2)温拌剂、阻燃剂的掺入对沥青低温性能有显著的不利影响。随着温拌剂、阻燃剂掺量的增大，沥青延度逐渐减小，低温性能逐渐变差。这是由于温拌剂中有机添加物存在蜡结晶，增加了沥青脆性,使得延度降低；同时阻燃剂吸附于沥青分子外表，使得沥青分子间表面自由能下降，从而致使沥青低温抗裂性能下降。因此在温拌剂、阻燃剂掺量选取时，应重点关注沥青低温性能的变化，防止沥青性能劣化。3.3降黏性能(图6〜7)(1)所选三因素中对沥青1352黏度影响最大的是温拌剂掺量,其次是阻燃剂掺量，剪切机转速影响最小，三者对应极差大小排序为:0.5Pa•s0.4Pa•s0.IPa•s。(2)温拌剂可有效降低温拌阻燃沥青黏度，降低施工中沥青拌和及实温度，且随温拌剂掺量的增大，降黏效果越好。温拌剂掺量从2%增大至4%,温拌阻燃沥青135℃黏度从2.lPa-s降至L6Pa-s,这是由于温拌剂中低熔点的有机添加剂在沥青中融化，起到润滑作用,从而降低沥青黏度。(3)阻燃剂的掺入对温拌剂的降黏效果存在不利影响，且随其掺量增加，对沥青温拌工作性能更为不利。阻燃剂掺量从4%增至8%,温拌阻燃沥青135C黏度增加0.3Pa-s,增幅达17.6%o 3.4阻燃性能(图8〜9)(1)阻燃剂的掺入可有效提升沥青的阻燃性能，阻燃剂掺量从4%增至8%,沥青氧指数从23.5%增加到27.4%。这是由于阻燃剂在沥青受热时，在外表生成一层均匀的碳化泡沫层，从而隔氧隔热，因此提升了沥青的阻燃性能。(2)剪切机转速对沥青阻燃性能基本无影响，温拌剂的掺量对温拌阻燃沥青的阻燃性能存在不利影响，随着温拌剂掺量的增大，沥青氧指数逐渐减小，阻燃性能有所下滑，因此在温拌阻燃沥青温拌剂掺量的选取时，应考虑其对沥青阻燃效果的影响。4结语(1)综合考虑温拌阻燃沥青的高温性能、低温性能、阻燃性能及降黏效果，温拌阻燃沥青最正确制备方案为：温拌剂3%、阻燃剂6%、拌和速率4000r/mino(2)温拌剂、阻燃剂均对沥青高温性能有利，而对沥青低温性能存在较为不利的影响，因此对于温拌剂及阻燃剂掺量的选取，应着重考虑其对沥青低温性能的影响，防止性能显著劣化。(3)温拌剂对于沥青阻燃性能不利，阻燃剂又影响着沥青降黏效果，因此选取温拌阻燃沥青的温拌剂及阻燃剂时，应对温拌剂与阻燃剂的配伍性展开研究。参考文献：［1］再协.废旧轮胎回收利用迫在眉睫仃］.中国资源综合利用，2022(8)：60.⑵乔建刚，李志刚，程璨，等.温拌剂和阻燃剂对SBS改性沥青流变性能的影响［J］.石油炼制与化工，2022,50(3)：87-91.［3］吴林松，田小革，常乃坤，等.温拌阻燃SBS改性沥青混合料路用性能研究［J］.北方交通，2022,300(4)：77-81.［4］蒋玮，沙爱民，赵辉，等.温拌阻燃沥青混合料设计与性能评价［J］.合肥工业大学学报(自然科学版)，2022,41(5)：671-676.