含有各种改性剂的废胶粉改性沥青粘合剂的高温流变性能外文翻译资料

 2022-07-30 20:22:48

英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

含有各种改性剂的废胶粉改性沥青粘合剂的高温流变性能

Ouming Xu, Feipeng Xiao, Sen Han, Serji N. Amirkhanian, Zhenjun Wang

强 调

  • 将7％废胶粉（-40目）与其它改性剂或酸混合以制备PG 76粘合剂。
  • 本文使用了含三种基础粘合剂和五种高分子或酸的23种粘合剂。
  • 粘度，破坏温度，，相位角，振幅和频率扫描，蠕变恢复进行了评价。
  • 改性沥青的流变性能取决于高分子的类型和沥青来源。

摘 要：本研究旨在根据基础粘合剂类型和其他五种聚合物或酸与7％剂量轮胎橡胶（GTR）在高温下的结合情况分析改性沥青粘合剂的流变性能。测试结果包括本研究中的粘度，破坏温度，，相位角，粘度测试，振幅扫描，频率扫描，蠕变和蠕变恢复以及应力松弛。结果表明，与SBS改性粘合剂相比，两种替代聚合物改性粘合剂明显具有较低的粘度。另外，添加多磷酸可显著降低聚合物的用量，以制备PG76粘合剂。同时，沥青的来源在确定所有改性粘合剂的特性方面发挥关键作用。在本研究中，后期和实验室混合的粘合剂通常具有接近的流变性质。

关键词：改性沥青粘合剂；橡胶粉；聚合物；酸；粘度；破坏温度；振幅和频率扫描；蠕变和蠕变恢复；松弛

1 介绍

最近，铺路工业中聚合物改性沥青粘合剂对于改善沥青性能的需求日益增长，因为这些性能与沥青混合料的路面性能如车辙破坏，热裂解，水分损伤等有关[1]。

目前，最常用的沥青改性聚合物是苯乙烯丁二烯苯乙烯（SBS），丁苯橡胶（SBR），乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物，橡胶，乙烯醋酸乙烯酯（EVA），聚乙烯，GTR，弹性体，塑性体等[2]。在上述聚合物中，“SBS是最常用的改性沥青聚合物，其次是再生轮胎橡胶”[3]。

SBS嵌段共聚物可归为弹性体，能明显增加基础沥青粘合剂的弹性[3]。当粘合剂用SBS改性时，SBS共聚物的弹性体吸收沥青中的油馏分并膨胀，形成三相结构：具有分散的SBS颗粒的连续沥青相，具有分散的沥青球的连续聚合物相或两个互锁连续阶段[2]。据认为，粘合剂和聚合物的临界三维网络能提高对车辙破坏和热裂化的抵抗[4]。

SBR胶乳用作沥青粘合剂改性剂有很长时间了[5]。SBR改性沥青粘合剂可以改善低温延展性，粘度，弹性恢复和水稳定性[2]。然而，SBR改性剂因为其差的高温性能已经逐渐被SBS替代。

乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物是一种弹性体三元共聚物，用于增加沥青粘结剂的柔韧性，韧性和耐久性。该聚合物已被证明是减少永久变形，热裂解和耐湿性的良好改性剂。在形成不溶性凝胶并导致分离的情况下，应小心控制添加量[6,7]。

乙烯醋酸乙烯酯（EVA）是用于改善沥青粘合剂的可加工性和耐车辙性的常用塑性体[8,9]。EVA改性粘合剂通过粘结剂中刚性三维网络的结晶提高抗变形性[10]。然而，EVA改性粘合剂的低弹性回复和高玻璃化转变温度限制了其应用[11]。

聚乙烯（PE）是用于改善高性能沥青路面最受欢迎的塑料之一，能改善高性能沥青路面的车辙参数和降低沥青混合料在高使用温度下的蠕变速率[12-14]。此外，还证明了添加PE可以显着提高材料在低剪切应变水平下的疲劳性能[15]，同时影响潜在的储存稳定性问题[11]。

多磷酸（PPA）长期以来被用于增加的沥青粘合剂的性能等级（PG）。近年来，与SBS相比，在成本方面考虑，许多研究人员对于使用PPA的可供选择的改性剂表现出越来越多的兴趣[16-19]。通常，加入PPA为基础沥青粘合剂的约0.5-1.5％重量，以此增加PG等级。一些研究表明PPA改性沥青粘合剂与其他聚合物改性剂相结合可以获得比单一PPA改性粘合剂更好的性能[15,19,20]。

在过去几十年，GTR是一种从汽车和小型卡车轮胎回收的聚合物，已被广泛应用于全球的铺路行业。已经验证了用橡胶粉制成的沥青混合料，能改善车辙阻力，热裂解和耐久性[21]。GTR的添加量约为15-20％，这取决于碱性粘合剂来源和性能等级。由于橡胶和粘合剂之间的相互作用，GTR改性的粘合剂增加了的性能并且稍微影响[22,23]。此外，已经研究了一些措施来改善GTR和粘合剂之间的相互作用[24,25]。

理想的改性剂将增加粘结剂对多种类型的损害的抵抗力[2]。毫无疑问，SBS是改性路面施工沥青结合料的最佳选择。然而，SBS的巨大市场需求和高价格限制了其在铺路行业的应用。回收的废橡胶粉比SBS便宜，但牺牲了延展性。一个单一的改性剂往往难以解决所有的问题。因此，使用两个或更多个改性剂改性沥青粘结剂是合理的尝试，由于多重相互作用，可以获得多个性能改进。

本研究的目的是，五种替代聚合物或酸改性粘结剂占基料粘结剂重量为7％与在美国东南部常规用量为10-15％ 的相比，评估他们与低浓度GTR的高温流变性能，并探索其在沥青工业中的应用。使用三种基础沥青粘合剂和五种聚合物或酸来生产改性的粘结剂。此外，选择三种具有SBS的末端混合粘结剂，一种末端混合的GTR粘结剂和一种具有GTR的实验室混合粘结剂，作为对照粘结剂。在这项研究中，研究了这些多种改性粘结剂的流变性能，如粘度，破坏温度，，相位角，粘度，振幅扫描，频率扫描，蠕变和蠕变恢复以及应力松弛。

2 材料和实验步骤

2.1 材料

来自美国东南部地区的三种基础沥青粘合剂。两种来自不同来源的沥青粘合剂的PG 为64-22，分别称为基础粘合剂A和B，通常被各国运输部门（DOTs）使用。另一种是PG 64-16，称为碱性粘合剂C.如表1所示，研究了三种碱性粘合剂的基本流变性质。可以看出，与粘合剂B相比，粘合剂A通常具有较低的粘度，破坏温度，以及在未处理状态下的。此外，粘合剂C在未老化状态下具有上述粘合剂A和B之间的值。

本研究中使用的五种改性剂是氧化聚乙烯，丙烯–马来酸酐，多磷酸，乙烯-乙酸乙烯-一氧化碳共聚物和SBS分别称为P1-P5。同时，使用环境工艺生产的小于40目的称为GTR的废胶粉可作为每种改性粘合剂的基础改性剂。这些材料的主要物理化学性质如表2所示。聚合物1和2用于生产浓度为1-1.5％（基础粘合剂的重量）加上7％GTR（基础粘合剂的重量）的PG 76-22 / PG76-16粘合剂，称为AP1，BP1， CP1和AP2，BP2，CP2。 聚合物3，PPA用于通过与7％GTR（基础粘合剂的重量）组合的0.3-0.5％（基础粘合剂的重量）来提高高温性能，以制备PG 76-22 / PG 76-16粘合剂 （表示为AP3，BP3和CP3）。与基础粘合剂A-C共混约1.4-1.6％的EVA和7％GTR（基础粘合剂的重量），制备PG 76-22 / PG 76-16粘合剂（表示为AP4，BP4 和CP4）。 类似地，使用1.5-1.6％（基础粘合剂的重量）聚合物5，SBS和7％GTR（基础粘合剂的重量）来生产改性粘合剂AP5，BP5和CP5。 与基础粘合剂B共混的10％GTR产生PG 76-22粘合剂作为对照实验室混合粘合剂LB。

对于所有改性粘合剂，本研究中使用的共混温度为177℃。首先，将7％GTR与基础粘合剂混合30分钟，然后加入聚合物共混30分钟。然而，当添加PPA或Elvaloy时，根据供应商的建议，额外的混合时间应该增加至2小时以达到均化。三种末端混合改性沥青产品（均为SBS改性的PG 76-22，分别称为AP0，BP0和CP0），一种末端混合的橡胶改性粘合剂（PG 76-22称为TB）和一个实验室混合橡胶改性 选择粘合剂（PG76-22称为LB）作为对照粘合剂。 所制备的材料如表3所示。

3 实验步骤

进行旋转粘度，SHRP性能等级，粘度测试，振幅扫描，频率扫描，蠕变/蠕变恢复，应力松弛试验，以根据高性能沥青路面粘合剂规格表征橡胶 - 聚合物/酸改性沥青粘合剂。使用Brookfield旋转粘度计在135℃、150℃和165℃/ AASHTO T316上测定粘度。使用约10.5g改性粘合剂，通过使用具有旋转的＃27的纺锤体获得粘度值。本研究中速度为20 rpm。

通过动态剪切流变仪（DSR）研究AASHTO T315的复剪切模量（G），相角（）和其他流变性能。许多研究人员已经提出了一个2mm的废胶粉改性沥青粘合剂的间隙[26,27]。因此，这些橡胶聚合物/酸改性粘合剂用25mm直径的板和2mm间隙进行测试。所有粘合剂都使用10弧度/秒（1.59Hz）的频率。可以通过测量每个循环中的剪切应力和剪切应变来表征粘性和弹性行为。在64℃的起始温度下测试所有粘合剂（PG64-22，PG64-16和PG 76-22 / PG 76-16）直到达到破坏温度。对于原始粘合剂，根据高性能沥青路面粘合剂规格，值小于1.0 kPa。

表1 基质沥青A-C的流变性能

表2 五种改性剂以及回收的废橡胶粉的物理和化学成分

表3 改性沥青结合料的名称

4 测试结果和讨论

4.1 粘度

通常，较高的粘度值导致更高的混合和压实温度，因此需要更多的能量消耗。根据SHRP粘合剂规格，沥青粘合剂的粘度值在135℃下不应超过3Pa。

如图1所示，可以观察到，在135℃下，粘度值低于3Pa，随聚合物类型和粘合剂来源的测试温度升高而降低。图1也表明三种基础粘合剂在三个测试温度下具有最低的粘度值。对照粘合剂除粘合剂BPO外具有相似的粘度值。在图1中，可以注意到，不考虑粘合剂来源与P4一起生产的改性粘合剂的粘度值最大，随后是用P3和P5改性的粘合剂。用P1和P2改性的粘合剂具有比基础粘合剂稍高的粘度值，但与其它改性粘合剂相比显着降低粘度值。另外，图1（b）所示的粘度值比图1（a）和图1（c）的值大，因为粘合剂B的粘度比基材粘合剂A和C高。因此，使用P1和P2可以使用较低的混合和压实温度来生产沥青混合物，以减少施工期间的能量需求。类似的性质发现了TB和LB粘合剂。

4.2 破坏温度

破坏温度是沥青粘合剂的等于1.0 kPa的温度。根据高性能沥青路面粘合剂级别规格，PG 64-22粘合剂作为基础粘合剂用于美国东南部地区的二次和当地路面。图2所示的试验结果表明，基础粘合剂A-C的破坏温度大于64℃且小于70℃，同时碱性粘合剂B具有最高的破坏温度，而碱性粘合剂A的最低温度。

如图2所示，还可以发现，所有改性粘合剂的破坏温度大于76℃且小于82℃，但改性粘合剂的破坏温度随着基底粘合剂和改性剂而变化。由于碱性粘合剂B的性质，当使用相同的聚合物/酸改性剂时，基础粘合剂B需要比其它两种基础粘合剂A和B更少的聚合物/酸含量达到76℃。例如，粘合剂B仅涉及添加1％P1或P2组合的7％小于40目的废胶粉以达到76℃，而添加1.5％P1或P2组合7％小于40目的橡胶粘合剂A和C.另外，可以获得改性粘合剂A和B之间没有明显差异，尽管在本研究中使用了相同的附加浓度的橡胶和聚合物/酸。

图3显示了各种末端和实验室混合粘合剂的破坏温度。AP0，CP0和LB具有闭合的破坏温度。BP0具有最低的破坏温度，而TB最高。

4.3

沥青粘合剂目前的高温PG规范通常使用基于刚度的因子作为车辙参数，基本假设是较硬的粘合剂可提供良好的抗车辙阻力。如图4（a）-（c）所示，随着温度从64℃升高到82℃，橡胶聚合物/酸改性沥青粘合剂的值降低。在图4（a）中，所有的改性粘合剂在64℃下的值大于1.0kPa，而在粘合剂A0的值为1.0kPa时，测试温度达到65.6℃。 同时，改性粘合剂的所有值在76℃时大于1.0kPa。此外，当为1.0kPa时，AP1具有最低的破坏温度（77.6℃）。 另外，如图4（a）所示，AP2和AP3在所有测试温度下具有接近的值，并且这些值大于其他修饰的粘合剂。

在图4（b）可以观察到来自基础粘合剂B的那些改性粘合剂的有着类似趋势，即使所有有改性粘合剂在各种测试温度下都具有较高的值，因此基础粘合剂B相比较其他两种碱性粘合剂A和C具有较高的。例如，基础粘合剂B的性能等级温度为69.5℃，高于基料粘合剂A的65.6℃和C的67.8℃。因此，得出结论，替代聚合物/酸对所测试的粘合剂的值的影响主要取决于基础粘合剂来源。同时，似乎PPA的改性粘合剂通常具有稍高的值，而不管基础粘合剂来源。

图4（d）显示，控制改性沥青粘合剂从64℃到82℃的值。此外，各种实验室混合的粘合剂具有接近的值，而LB在所有温度下具有最高的值。

4.4 相位角

可以测量相位角来说明材料的粘弹性，而对于完全弹性材料，相位角为零，而粘性材料的相位角接近90°[28]。在高性能温度下典型的沥青结合料具有0〜90°的相位角。

如图5（a）所示，随着试验温度的升高，各种改性粘合剂从基础粘合剂A的相位角基增加，除了含有P1的改性粘合剂的相位角减小。这种现象可能归因于P1的特殊性质。此外，其他改性粘合剂的相位角度也会随着试验温度的升高而产生相似的趋势。此外，应注意，基底粘合剂具有比其它改性粘合剂更大的相位角，并且表现出更粘的行为和更大的车辙电位。因此，对于所测试的粘合剂，可以得出结论，聚合物类型在高性能温度下对改性粘合剂的粘弹性特性有影响。

类似地，如图5（b）和（c）所示，用基础粘合剂B和C制成的改性

全文共13730字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[143140]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章