废旧轮胎胶粉组分对沥青性能影响研究

摘要

随着中国汽车工业的高速发展，我国废旧轮胎每年的产生量超过1000万吨，并正以每年约10%的速度递增。废旧轮胎化学组成十分复杂，结构相对稳定，难以降解，大量堆积会对环境造成严重影响。采用废旧轮胎制备胶粉用于沥青改性，不仅可以废物利用，减少环境污染，还可以有效改善沥青路面路用性能，可谓一举多得。虽然橡胶沥青路面在我国得到了一定的应用，但是其组分对沥青性能的影响缺乏系统研究。本文将研究废旧轮胎胶粉组分对沥青性能的影响，有助于探究胶粉与沥青的作用机制，有效提高沥青路面路用性能，对推广橡胶沥青路面的应用具有重要意义。 本研究选用自行车、小轿车和卡车3种典型的废旧轮胎，采用常温破碎法制备胶粉，依次标记为B、P、T三种胶粉，并手工筛分出3种颗粒尺寸（40/60目、60/80目和80/100目），共9种胶粉样品，用于胶粉性能测试和胶粉改性沥青的制备。选用SK-70和SK-90两种基质沥青与9种胶粉样品进行混合，采用湿法工艺制备18种胶粉改性沥青样品，用于性能测试。 利用热重-质谱联用仪、扫描电子显微镜、能谱仪对不同胶粉的化学成分、表面形貌、元素含量和热稳定性进行分析，探究废旧轮胎胶粉由于组分不同造成的性能差异，从而研究废旧轮胎胶粉组分对沥青性能的影响。结果表明，卡车轮胎主要以天然橡胶为主，其网络结构清晰可见；小轿车轮胎以丁苯橡胶为主；自行车轮胎以丁基橡胶为主，且硫化程度较高。 利用布氏粘度仪对不同沥青样品的动力粘度进行了测试；采用动态剪切流变仪频率扫描试验测试了不同沥青样品的动态剪切复合模量和相位角，再利用MHS模型进行主曲线拟合，对不同沥青样品的动态流变性能进行分析；采用弯曲梁流变仪对不同轮胎胶粉改性沥青低温蠕变性能进行分析。结果表明，小轿车轮胎胶粉改性沥青在高温条件下，复合模量较基质沥青提高了7.6倍，相位角较基质沥青减低了33%，因此其具有更好的高温抗车辙能力和温度敏感性；卡车轮胎胶粉改性沥青在低温条件下，蠕变劲度模量较基质沥青降低了73%，蠕变速率较基质沥青提高了16%，因此其具有更好的变形能力和较强的低温抗裂能力。 利用动态剪切流变仪进行疲劳试验，分析胶粉组分对其改性沥青疲劳性能的影响；采用疲劳-愈合试验对胶粉改性沥青的自愈合性能进行研究。结果表明，卡车轮胎中含有较多天然胶粉，可在基质沥青中形成密集的网络结构，其改性沥青具有更好的抗疲劳性能；由于自愈合过程中存在较好的再溶胀作用，小轿车轮胎胶粉改性沥青表现出更好的自愈合性能；自行车轮胎胶粉中硫元素含量较小轿车和卡车轮胎胶粉分别高出32%和35%，其硫化程度最高，因此该胶粉与沥青的相容性较差，其沥青改性效果不及其它两种胶粉。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1废旧轮胎胶粉改性沥青国外研究现状

1.2.2废旧轮胎胶粉改性沥青国内研究现状

1.3研究目的

1.4研究内容

（1）废旧轮胎胶粉性能分析

（3）废旧轮胎胶粉组分对沥青疲劳性能和自愈合性的能影响

1.5技术路线图

第2章 原材料与实验方法

2.1原材料

2.1.1废旧轮胎

2.1.2石油沥青

2.2实验方法

2.2.1废旧轮胎胶粉制备

2.2.2胶粉改性沥青制备

2.3测试仪器及条件

2.3.1热重-质谱联用仪

2.3.2扫描电子显微镜-能谱仪

2.3.3布氏粘度仪

2.3.4动态剪切流变仪

2.3.5弯曲梁流变仪

2.3.6其他实验仪器

2.4本章小结

第3章 废旧轮胎胶粉性能分析

3.1废旧轮胎胶粉化学成分分析

3.2废旧轮胎胶粉表面形貌分析

3.3废旧轮胎胶粉元素分析

3.4废旧轮胎胶粉热稳定性分析

3.5本章小结

第4章 废旧轮胎胶粉改性沥青流变性能研究

4.1废旧轮胎胶粉改性沥青动力粘度分析

4.2废旧轮胎胶粉改性沥青动态流变性能分析

4.3废旧轮胎胶粉改性沥青低温蠕变性能分析

4.4本章小结

第5章 废旧轮胎胶粉改性沥青疲劳及自愈合性能研究

5.1废旧轮胎胶粉改性沥青疲劳性能分析

5.2废旧轮胎胶粉改性沥青自愈合性能分析

5.2.1疲劳-愈合试验

5.2.2疲劳寿命恢复率

5.2.3动态剪切复合模量恢复率

5.2.4废旧轮胎胶粉改性沥青自愈合机理研究

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录：硕士期间发表论文及参与的科研项目