橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.012

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (12): 78-85.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.12.012

橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究

李宁利(), 王猛, 王瑞, 朱壮壮

河北工业大学土木与交通学院，天津 300401

收稿日期:2022-08-22 出版日期:2022-12-26 发布日期:2022-12-20
作者简介:李宁利（1977.7—），女，副教授，研究方向：绿色环保型沥青材料的研究与开发，ln1808@hebut.edu.cn
基金资助:
天津市交通运输科技发展计划(2016A?01?02);天津市科技计划项目(18JCTPJC55800)

Study on preparation technology of rubber⁃plastic alloy modified asphalt

LI Ningli(), WANG Meng, WANG Rui, ZHU Zhuangzhuang

School of Civil and Transportation Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China

Received:2022-08-22 Online:2022-12-26 Published:2022-12-20

摘要/Abstract

摘要：

为了合理、有效地利用废旧橡胶粉和废旧塑料并改善两者与沥青的相容性，采用精密开炼机预先将两种废旧材料熔融共混，制备成橡塑（质量）比分别为5∶5（Ⅰ型）、6∶4（Ⅱ型）、和7∶3（Ⅲ型）3种橡塑合金改性剂。按照正交试验方案对伦特70^#基质沥青进行改性，制备橡塑合金改性沥青，以橡塑合金改性沥青的48 h离析软化点、25 ℃针入度、软化点和5 ℃延度为指标，筛选橡塑合金改性沥青的最佳复配方案，并通过灰色关联度分析法和极差分析法确定制备工艺最佳的关键参数。最后通过扫描电子显微镜、布氏旋转黏度试验、BBR试验和DSR试验对橡塑合金改性沥青的结构形态、流变性能、低温抗裂性能和抗疲劳性能进行了分析。结果表明：最佳复配方案为外掺20 %（相较于基质沥青质量）橡塑比为7∶3（Ⅲ型）的橡塑合金、2 %增溶剂（糠醛抽出油）和9 %稳定剂（硫磺），制备的橡塑合金改性沥青储存稳定性和高温稳定性良好，推荐制备工艺的最佳关键参数为剪切温度180 ℃、剪切速率3 500 r/min、剪切时间1.5 h和发育时间0.5 h；橡塑合金改性剂与沥青的相容性好，制备的橡塑合金改性沥青具有较低的温度敏感性，较好的低温抗裂性和抗疲劳性能。

关键词: 道路工程, 制备工艺, 灰色关联度分析法, 极差分析法, 橡塑合金改性沥青, 储存稳定性

Abstract:

To utilize waste rubber powders and waste plastics reasonably and effectively and also improve their compatibility with asphalt， two type of waste materials were melt blended in advance using a precision mixer to prepare three types of rubber/plastic alloy modifiers with mass ratios of rubber to plastic of 5∶5 （Type I）， 6∶4 （Type II） and 7∶3 （Type III）. According to the orthogonal test scheme for the Trent 70^# asphalt matrix modification， the rubber/plastic alloy⁃modified asphalt was prepared. The optimal formulation was determined through the 48⁃h segregation softening point of the rubber/plastic alloy⁃modified asphalt， penetration at 20 ℃， softening point， and ductility index at 5 ℃. The optimal key preparation technology and processing parameters were determined by means of the grey correlation analysis and extreme⁃difference analysis methods. The results indicated that the optimal blending scheme was determined to use the rubber/plastic alloy with a mass ratio of rubber to plastic of 7∶3 （Type III）， 2 wt % solvent increasing （furfural extraction oil）， and 9 wt % stabilizer （sulfur）. The rubber/plastic alloy⁃modified asphalt exhibited good storage and high temperature stabilities. The optimal key processing parameters were determined to be a shear temperature of 180 ℃， a shear rate of 3 500 r/min， a shear time of 1.5 h， and a development time of 0.5 h. Finally， the structural morphology， rheological properties， low temperature crack resistance， and fatigue resistance of rubber/plastic alloy⁃modified asphalt were analyzed by means of scanning electron microscope， Brookfield rotate viscosity tester， BBR tester， and DSR tester. The results indicated that the rubber/plastic alloy modifiers exhibited good compatibility with asphalt， and the prepared rubber/plastic alloy⁃modified asphalt exhibited lower temperature sensitivity， better low⁃temperature crack resistance， and higher fatigue resistance.

Key words: road engineering, preparation technology, grey relational analysis, range analysis, rubber?plastic alloy modified asphalt, storage stability

中图分类号:

TQ 333

李宁利, 王猛, 王瑞, 朱壮壮. 橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 78-85.

LI Ningli, WANG Meng, WANG Rui, ZHU Zhuangzhuang. Study on preparation technology of rubber⁃plastic alloy modified asphalt[J]. China Plastics, 2022, 36(12): 78-85.

图/表 15

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水平	合金种类	合金掺量/%	增溶剂掺量/%	稳定剂掺量/%
1	5∶5（1）	18（1）	2（1）	3（1）
2	6∶4（2）	20（2）	3（2）	6（2）
3	7∶3（3）	22（3）	4（3）	9（3）

水平	合金种类	合金掺量/%	增溶剂掺量/%	稳定剂掺量/%
1	5∶5（1）	18（1）	2（1）	3（1）
2	6∶4（2）	20（2）	3（2）	6（2）
3	7∶3（3）	22（3）	4（3）	9（3）

试验号	合金种类	合金掺量/%	增溶剂掺量/%	稳定剂掺量/%
1	5∶5（1）	18（1）	2（1）	3（1）
2	5∶5（1）	20（2）	3（2）	6（2）
3	5∶5（1）	22（3）	4（3）	9（3）
4	6∶4（2）	18（1）	3（2）	9（3）
5	6∶4（2）	20（2）	4（3）	3（1）
6	6∶4（2）	22（3）	2（1）	6（2）
7	7∶3（3）	18（1）	4（3）	6（2）
8	7∶3（3）	20（2）	2（1）	9（3）
9	7∶3（3）	22（3）	3（2）	3（1）

试验号	合金种类	合金掺量/%	增溶剂掺量/%	稳定剂掺量/%
1	5∶5（1）	18（1）	2（1）	3（1）
2	5∶5（1）	20（2）	3（2）	6（2）
3	5∶5（1）	22（3）	4（3）	9（3）
4	6∶4（2）	18（1）	3（2）	9（3）
5	6∶4（2）	20（2）	4（3）	3（1）
6	6∶4（2）	22（3）	2（1）	6（2）
7	7∶3（3）	18（1）	4（3）	6（2）
8	7∶3（3）	20（2）	2（1）	9（3）
9	7∶3（3）	22（3）	3（2）	3（1）

试验号	离析试验			25 ℃针入度（0.1 mm）	软化点/℃	5 ℃延度/cm
试验号	试样上部软化点/℃	试样下部软化点 /℃	软化点差/℃	25 ℃针入度（0.1 mm）	软化点/℃	5 ℃延度/cm
1	111.4	71.2	40.2	35.70	76.3	4.0
2	113.5	72.6	40.9	33.00	79.4	3.6
3	115.7	74.5	41.2	32.50	85.3	3.3
4	109.4	69.9	39.5	45.00	67.7	5.6
5	111.9	73.0	38.9	43.70	70.4	5.0
6	113.2	74.1	39.1	42.10	72.5	4.7
7	68.8	65.7	3.1	45.60	64.4	6.7
8	70.5	66.3	4.2	42.10	68.6	7.1
9	74.7	69.3	5.4	41.3	72.6	7.0

橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究

Study on preparation technology of rubber⁃plastic alloy modified asphalt

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水平	影响因素
水平	剪切温度/ ℃	剪切速率/ r•min^-1	剪切时间/h	发育时间/h
1	170（1）	3 000（1）	0.5（1）	0.5（1）
2	180（2）	3 500（2）	1.0（2）	1.0（2）
3	190（3）	4 000（3）	1.5（3）	1.5（3）

试验号	离析试验			25 ℃针入度（0.1 mm）	软化点/℃	5 ℃延度/cm
试验号	试样上部软化点/ /℃	试样下部软化点/℃	软化点差/℃	25 ℃针入度（0.1 mm）	软化点/℃	5 ℃延度/cm
1	54.2	56.0	1.8	46.2	57.3	5.3
2	55.3	57.6	2.3	47.1	58.2	5.4
3	56.6	59.5	2.9	45.3	62.4	5.7
4	60.3	61.5	1.2	43.5	64.2	5.9
5	62.5	64.1	1.6	42.8	66.7	6.5
6	61.7	63.4	1.7	43.2	65.8	5.8
7	63.7	66.9	3.2	41.5	67.9	4.6
8	64.5	68.0	3.5	41.1	68.8	4.5
9	65.6	69.3	3.7	40.2	70.4	4.8

序列	离析试验软化点差/℃	25℃ 针入度（0.1 mm）	软化点/ ℃	5 ℃延度/ cm
X^*	1.2	40.2	70.4	6.5
X₁	1.8	46.2	57.3	5.3
X₂	2.3	47.1	58.2	5.4
X₃	2.9	45.3	62.4	5.7
X₄	1.2	43.5	64.2	5.9
X₅	1.6	42.8	66.7	6.5
X₆	1.7	43.2	65.8	5.8
X₇	3.2	41.5	67.9	4.6
X₈	3.5	41.1	68.8	4.5
X₉	3.7	40.2	70.4	4.8

S^*	1.000 0	1.000 0	1.000 0	1.000 0
S₁	0.760 0	0.130 4	0.000 0	0.400 0
S₂	0.560 0	0.000 0	0.068 7	0.450 0
S₃	0.320 0	0.260 9	0.389 3	0.600 0
S₄	1.000 0	0.521 7	0.526 7	0.700 0
S₅	0.840 0	0.623 2	0.717 6	1.000 0
S₆	0.800 0	0.565 2	0.648 9	0.650 0
S₇	0.200 0	0.811 6	0.809 2	0.050 0
S₈	0.080 0	0.869 6	0.877 9	0.000 0
S₉	0.000 0	1.000 0	1.000 0	0.150 0

序列	ξ₁	ξ₂	ξ₃	ξ₄
X₁	0.396 8	0.793 1	1.000 0	0.555 6
X₂	0.471 7	1.000 0	0.879 2	0.526 3
X₃	0.609 8	0.657 1	0.562 2	0.454 5
X₄	0.333 3	0.489 4	0.487 0	0.416 7
X₅	0.373 1	0.445 2	0.410 7	0.333 3
X₆	0.384 6	0.469 4	0.435 2	0.434 8
X₇	0.714 3	0.381 2	0.381 9	0.909 1
X₈	0.862 1	0.365 1	0.362 9	1.000 0
X₉	1.000 0	0.333 3	0.333 3	0.769 2

试验号	离析试验软化点差/℃	25 ℃ 针入度（0.1 mm）	软化点/ ℃	5 ℃ 延度/ cm	综合评分
1	1.8	46.2	57.3	5.3	0.33
2	2.3	47.1	58.2	5.4	0.28
3	2.9	45.3	62.4	5.7	0.40
4	1.2	43.5	64.2	5.9	0.70
5	1.6	42.8	66.7	6.5	0.81
6	1.7	43.2	65.8	5.8	0.68
7	3.2	41.5	67.9	4.6	0.46
8	3.5	41.1	68.8	4.5	0.45
9	3.7	40.2	70.4	4.8	0.52

试验号	剪切温度/ ℃	剪切速率/ r•min^-1	剪切时间/ h	发育时间/ h
k₁	0.34	0.50	0.49	0.55
k₂	0.73	0.51	0.50	0.47
k₃	0.48	0.53	0.56	0.52
R	0.39	0.03	0.07	0.08

温度/℃	转速/r•min^-1	黏度/Pa·s	温度/℃	转速/r•min^-1	黏度/Pa·s	温度/℃	转速/r•min^-1	黏度/Pa·s
135	10	7.200	145	10	4.375	155	10	2.850
	20	6.463		20	4.200		20	2.675
	50	-		50	3.805		50	2.460
	100	-		100	-		100	2.230
165	10	1.650	175	10	1.375	180	10	1.125
	20	1.600		20	1.313		20	1.057
	50	1.525		50	1.240		50	1.005
	100	1.438		100	1.170		100	0.932

沥青种类	-6 ℃		-12 ℃		-18 ℃		-24 ℃
沥青种类	S/MPa	m	S/MPa	m	S/MPa	m	S/MPa	m
橡塑合金改性伦特沥青	35	0.576	160	0.414	303	0.286	531	0.213

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试样类型	试验温度/℃	G•sinδ/kPa
RTFOT+PAV残留物	31	373
	28	1 737
	25	2 519
	22	4 086
	19	5 617

试样类型	试验温度/℃	G•sinδ/kPa
RTFOT+PAV残留物	31	373
	28	1 737
	25	2 519
	22	4 086
	19	5 617