基於廢橡膠粉接枝活化的改性瀝青性能及改性機理研究

《基於廢橡膠粉接枝活化的改性瀝青性能及改性機理研究》是依託長沙理工大學，由謝娟擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於廢橡膠粉接枝活化的改性瀝青性能及改性機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：謝娟
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

將廢輪胎製成膠粉對瀝青進行改性不僅可以實現這些“黑色垃圾”的再利用，減少環境污染，而且能有效提升瀝青的路用性能，以滿足現代交通對瀝青材料的性能需求，因此具備重要的經濟和社會意義。然而，儲存穩定性差、改性機理不明確這些關鍵科學問題的存在制約了橡膠粉改性瀝青的發展。本項目擬基於相似相容原理，從分子設計的角度出發，開展廢橡膠粉的接枝改性研究；探索接枝改性對橡膠粉改性瀝青性能尤其是儲存穩定性的影響，提出解決橡膠粉改性瀝青相分離等關鍵問題的有效解決方案；利用Image－Pro顯微鏡圖像分析軟體結合SEM和AFM對改性瀝青的微觀結構進行測試和量化分析，以橡膠粉顆粒在改性瀝青中的平均面積和平均粒徑為結構參數，建立相容性與改性瀝青性能的關係；基於濃懸浮液流變理論與模型，建立顯微結構與流變性能之間的關係，從理論上解釋橡膠粉改性前後瀝青性能的變化，揭示改性機理，為橡膠粉改性瀝青的發展提供科學依據。

結題摘要

將廢輪胎製成膠粉對瀝青進行改性不僅可以實現這些“黑色垃圾”的再利用，減少環境污染，而且能有效提升瀝青的路用性能，以滿足現代交通對瀝青材料的性能需求，因此具備重要的經濟和社會意義。然而，儲存穩定性差、改性機理不明確這些關鍵科學問題的存在制約了橡膠粉改性瀝青的發展。本項目從分子設計原理和相似相容原則出發，選用合適的改性劑對橡膠粉進行了化學接枝活化，得到的橡膠粉表面更加粗糙，橡膠粉分子鏈中引入了與基質瀝青具有強相互作用的官能團。將活化後的橡膠粉用於瀝青改性，通過正交實驗結合極差和方差分析，確定最佳製備工藝為膠粉摻量20%，剪下溫度180 ℃，剪下時間90 min。對改性瀝青的物理性能進行了綜合評價，與普通橡膠粉改性瀝青相比，接枝活化橡膠粉改性瀝青的針入度、5℃延度以及175℃粘度增加，軟化點減小。動態剪下流變測試結果顯示，接枝活化橡膠粉改性瀝青的複數剪下模量（ G*）高於普通橡膠粉改性瀝青，而相位角（δ）則低於普通橡膠粉改性瀝青，因此，其車轍因子（G*/sinδ）也較高，在高溫下具有更好的彈性和抗剪下能力。通過對改性瀝青的低溫流變性能測試分析發現，橡膠粉的接枝活化能明顯提高改性瀝青的蠕變速率，降低其勁度模量，從而提高了其低溫性能。基於聚合物改性瀝青離析測試方法，通過不同儲存時間下的離析軟化點差、車轍因子差以及離析因子（SI）系統研究了改性瀝青的儲存穩定性，結果表明，接枝活化後的橡膠粉與基質瀝青的相容性明顯提高，兩者相互作用增強，離析程度明顯減小。對改性瀝青的化學結構和微觀形態進行了分析，結果顯示活化後的橡膠粉在瀝青中分散更加均勻穩定，而且兩者之間發生了化學反應，闡明了接枝活化橡膠粉對瀝青的改性機理包括物理溶脹和化學作用。項目的研究成果推進橡膠粉改性瀝青的研究具有重要的理論和實際意義，對其它高分子材料在瀝青中的套用研究也具有一定的指導作用。本項目研究發表論文7篇，授權國家發明專利1項，培養碩士研究生7名。