活化胶粉/纳米碳酸钙复合改性沥青性能影响及机理研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.009

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (10): 48-54.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.10.009

活化胶粉/纳米碳酸钙复合改性沥青性能影响及机理研究

丁天雨(), 杨洋(), 晏永, 张世博, 赵艳芳

昆明理工大学建筑工程学院，云南省土木工程防灾重点实验室，云南省绿色建造与智慧运维国际联合实验室，昆明 650500

收稿日期:2024-01-29 出版日期:2024-10-26 发布日期:2024-10-21
通讯作者: 杨洋（1981—），博士，教授，从事工业固体废弃物资源化利用研究和橡胶研究，yangyang0416@kust.edu.cn
E-mail:839205964@qq.com;yangyang0416@kust.edu.cn
作者简介:丁天雨(2000—),男，硕士研究生，研究方向为道路结构与材料，839205964@qq.com
基金资助:
云南省科技厅重大科技专项计划“大宗固废规模化应用关键技术研发及工程示范”(202202AG050020)

Study on properties and mechanism of asphalt modified with active rubber powder/nano⁃calcium carbonate composites

DING Tianyu(), YANG Yang(), YAN Yong, ZHANG Shibo ZHAO Yanfang

Faculty of Civil Engineering and Mechanics，Kunming University of Science and Technology； Yunnan Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering； International Joint Laboratory for Green Construction and Intelligent Maintenance of Yunnan Province，Kunming 650500，China

Received:2024-01-29 Online:2024-10-26 Published:2024-10-21
Contact: YANG Yang E-mail:839205964@qq.com;yangyang0416@kust.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

目前日益增长的交通轴载量给沥青路面带来了更大的压力。本文选用不同活化程度的废旧胶粉（CR）和表面改性后的纳米碳酸钙（Nano⁃CaCO₃）作为改性剂，制备活化胶粉/Nano⁃CaCO₃复合改性沥青样品，并通过针入度、软化点、延度的比较提出了3种最优的改性体系。在此基础上，通过动态剪切流变仪（DSR）研究改性沥青的高温性能。通过薄膜烘箱试验（TFOT）研究改性沥青的抗老化性能。通过离析试验研究改性沥青的贮存稳定性。通过荧光显微镜（FM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）观测改性沥青的微观形貌和官能团变化。结果表明，活化处理可以改善胶粉与沥青的相容性，提高改性沥青的贮存稳定性。3种最优改性体系的改性沥青具有良好的高低温性能、抗老化性能、施工和易性和贮存稳定性。对于活化胶粉和活化胶粉/Nano⁃CaCO₃复合改性沥青，改性过程中既发生物理反应，也发生化学反应。其中5^#改性沥青为3种复合改性体系中综合性能最优的改性体系。

关键词: 胶粉, 纳米碳酸钙, 沥青, 性能, 机理

Abstract:

At present the increasing traffic axle load brings a greater pressure to asphalt pavement. In this study， the waste rubber powders with different activation degrees and the surface⁃modified nano⁃CaCO₃ were employed as modifiers to prepare activated rubber powder/nano⁃CaCO₃ composite⁃modified asphalts， and three optimal modification systems were proposed through comparing the penetration and softening point ductility of the modified asphalts. The high⁃temperature performance of the modified asphalts was investigated by DSR， their anti⁃aging performance was evaluated by a thin film oven test， their storage stability was assessed by a segregation test， and their morphology and functional groups were analyzed by fluorescence microscopy and Fourier⁃transform infrared spectroscopy. The results indicated that an activation treatment improved the compatibility between rubber powders and asphalt， thus enhancing the storage stability of the modified asphalts. The modified asphalts obtained from the three optimal modification systems exhibited good high⁃ and low⁃temperature performance， anti⁃aging performance， workability， and storage stability. Both physical reaction and chemical reaction occurred in the modification of activated rubber powders and activated rubber powder/nano⁃CaCO₃ composite⁃modified asphalts. Among the three optimal modification systems， the sample 5# exhibited the best comprehensive performance.

Key words: rubber powder, nano?CaCO₃, asphalt, property, mechanism

中图分类号:

TQ327

丁天雨, 杨洋, 晏永, 张世博, 赵艳芳. 活化胶粉/纳米碳酸钙复合改性沥青性能影响及机理研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(10): 48-54.

DING Tianyu, YANG Yang, YAN Yong, ZHANG Shibo ZHAO Yanfang. Study on properties and mechanism of asphalt modified with active rubber powder/nano⁃calcium carbonate composites[J]. China Plastics, 2024, 38(10): 48-54.

图/表 9

图1 不同掺量表面未改性和改性Nano⁃CaCO3改性沥青测试结果

Fig.1 Test results of asphalt modified with different content of surface modified and unmodified Nano‐CaCO3

图2 不同溶胶含量胶粉改性沥青测试结果

Fig.2 Test results of asphalt modified with rubber powder of different sol content

推荐体系	针入度/ 0.1 mm	软化点/ ℃	延度/ cm
1^#（1 %Nano⁃CaCO₃+14.8ACRMA）	96.2	50.8	9.7
2^#（1 %Nano⁃CaCO₃+28.4ACRMA）	88.9	50.3	10.1
3^#（1 %Nano⁃CaCO₃+36.4ACRMA）	94.7	49.2	10.5
4^#（3 %Nano⁃CaCO₃+14.8ACRMA）	90.5	51.6	8.9
5^#（3 %Nano⁃CaCO₃+28.4ACRMA）	87.6	52.0	9.3
6^#（3 %Nano⁃CaCO₃+36.4ACRMA）	92.5	49.6	10.1
7^#（5 %Nano⁃CaCO₃+14.8ACRMA）	87.5	49.3	8.3
8^#（5 %Nano⁃CaCO₃+28.4ACRMA）	85.5	49.7	8.9
9^#（5 %Nano⁃CaCO₃+36.4ACRMA）	89.6	48.9	9.6

表1 推荐改性体系改性沥青

Tab.1 Recommended modification system modified asphalt

图3 离析试验结果

Fig.3 Segregation test result

改性体系	质量损失/%	残留针入度比/%	软化点增量/℃	TFOT前延度/cm	TFOT后延度/cm
CRMA	0.49	61.5	9.8	7.5	4.34
14.8ACRMA	0.32	80.7	4.4	10	6.72
28.4ACRMA	0.26	82.3	4.0	10.7	7.55
36.4ACRMA	0.20	84.9	3.7	11.3	8.14
1^#	0.24	83.8	3.7	9.7	7.08
2^#	0.20	84.2	3.2	10.1	7.91
5^#	0.14	88.1	2.8	9.3	7.4

表2 TFOT结果

Tab.2 TFOT results

图4 Brookfield旋转黏度试验结果

Fig.4 Brookfield rotary viscosity test results

图5 改性沥青的动态剪切流变试验结果

Fig.5 Results of dynamic shear rheological test of the modified asphalt

图6 FM照片

Fig.6 Photos of FM

图7 样品的FTIR谱图

Fig.7 FTIR of the samples

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