继续说废轮胎修路胶粉沥青相互作用的微

沥青路面是我国高等级公路的主要路面形式。随着交通流量和重型车辆的日益增多，许多道路建成不久，便发生了高温车辙变形、路面开裂、水损害等早期病害。

另一方面，我国每年都会产生大量的废轮胎，其在自然条件下很难降解，大量堆积污染环境，浪费资源，容易引发火灾。用废轮胎破碎磨成的胶粉改性沥青不但能提高路面性能，而且能够回收利用废轮胎，因此胶粉改性沥青的研究备受重视。胶粉改性沥青铺筑路面具有以下优点能够提高路面热稳定性，夏季不易产生软化、波浪和车辙；改善低温抗裂性能，冬季不易产生裂纹；增加沥青与矿料的黏附性，使路面不易产生麻面、剥落等病害，具有较好的水稳定性；耐久性好，大修时间比规定的使用年限延长0.5～1.0倍。但是，胶粉改性沥青的性能受轮胎类型，胶粉成分，粒径大小及其分布，沥青种类等材料因素以及加工温度，时间，掺量等工艺因素的影响。这些因素本质上影响了胶粉与沥青的相互作用，从而决定了改性沥青的最终使用性能。

胶粉与沥青的相互作用已有大量研究。张小英等人认为饱和分、芳香分由于分子量较小，与胶粉的烷烃链及苯环芳香结构类似，较容易扩散进人聚合物网络中去；胶质的分子量较大，起初不能进入网络中，但是饱和分，芳香分的扩散使得胶粉分子链段的作用力下降，网络构松散，因此胶质最终也能进人网络中。沥青质的分子量过大，不能扩散进入聚合物网络，但由于极性官能团、芳香结构和胶粉部分类似，便吸附在胶粉颗粒的表面，形成凝胶膜。

另一方面，胶粉在高温沥青作用下，随着时间的延长，分子会发生脱硫降解，生成小的分子链段，进入到沥青中，吸收的轻质组分也会部分释放掉，同时胶粉中的炭黑，抗氧化剂，抗老化剂也会进人沥青中，使沥青耐疲劳性能，抗氧化性能进一步改善。

虽然对于胶粉与沥青的相互作用机理已有初步认识，但是国内外还未对胶粉在沥青中的交联网络变化规律、胶粉成分溶解和微观结构变化有所研究。本研究在前人工作基础之上，研究了胶粉改性沥青在制备及储存不同时间后的黏度等性能，以及胶粉成分和结构的变化规律，以便对胶粉改性沥青的制备与应用能够有更好的认识。

试验部分

原材料。沥青为中海沥青70号；胶粉：载重轮胎胶粉，粒径80目。

试验方法。

胶粉改性沥青的制备及性能测定。将基质沥青加热至℃，启动搅拌装置，转速r/min；缓慢加人胶粉，掺量为20%(外掺)，加热并搅拌60min；然后将胶粉改性沥青放人℃的烘箱中储存12h，每3h取次样，样品分别标为0，3，6，9，12h，0h为刚制备好的改性沥青。然后，分别进行黏度及软化点的测定。残余沥青含量测定。取2.5g左右的样品，用定量滤纸包裹。用甲苯索氏抽提24h，然后蒸馏回收溶解沥青的甲苯；将盛有沥青的锥形瓶放人真空干燥烘箱中，-℃干燥1.5h(真空度为mmHg±10mmHg)，进一步除去残余的少量甲苯。称量计算沥青的质量，同时将滤纸里面未溶解的残余胶粉进行热重、交联密度等其他分析。热重分析。热重分析(TGA)所用仪器为TA公司的TGA-Q，试验中升温速率为10℃/min，称取10mg左右的胶粉从室温升至℃，N2流率控制为50mL/min。在℃时改通人空气，继续加热至℃。交联密度测试。用开炼机将抽提后的残余胶粉颗粒压成薄片，测量质量，然后放人甲苯中溶胀，水浴恒温25℃，隔段时间取出，擦去表面甲苯，称其质量，重复此操作，直到质量恒重为止。胶粉扫描电镜分析。将少量抽提后的残余胶粉颗粒放人甲苯溶剂中稀释，用滴管取少量悬浑液滴到铝箔上，待甲苯挥发之后，获得试样，进行扫描电镜观察。

结果与讨论

改性沥青的常规性能。

从储存不同时间改性沥青的黏度及储存不同时间改性沥青的软化点可以看出，胶粉改性沥青黏度、软化点与基质沥青相比，增加了很多，主要是沥青中的饱和分、芳香分等轻质组分进入了胶粉网络当中，导致胶粉颗粒发生溶胀，而未进入网络中的部分胶质、沥青质等重组分因为分子量比较大，极性官能团多，分子与胶粉颗粒以及分子之间的作用力比较大。因此，改性沥青的黏度、软化点迅速增大。随着储存时间的延长，胶粉颗粒发生部分降解，部分轻质组分释放出来，改性沥青的黏度，软化点又有所降低。

热重分析。

热重分析结果对储存不同时间改性沥青的胶粉热重曲线求导(以3h为例)，根据文献资料图中点A(导数的一极小值点，一般为℃)为天然橡胶和合成橡胶的分界点。室温至A点为天然橡胶的含量，A点至℃为合成橡胶的含量，℃至后面的拐点处为炭黑的含量，后面的部分为无机物含量。结合残余沥青含量的测定试验数据，对不同样品中加人的胶粉各种成分的含量进行计算。由计算结果可知，改性沥青储存不同时间后，其加入的胶粉中的甲苯可溶解部分由原来的5.88%变为40.0%，改性沥青与胶粉的相互作用程度较大，胶粉能够进入沥青中的成分含量逐步增加；同时，天然橡胶的含量由46.8%变为16.6%，变化最为明显，合成橡胶百分含量下降2%左右，炭黑含量稍有下降，无机物含量基本不变。因此，改性沥青制备并储存一段时间后，胶粉中的天然橡胶开始降解，产生了相对分子质量较小的链段，同时少量炭黑释放了出来，合成橡胶由于苯环对碳链的稳定作用，降解程度较小。0h样品中的胶粉较甲苯抽提过且未与沥青作用的胶粉而言，胶粉中甲苯可溶解部分由5.88%变为28.0%，天然橡胶含量由46.8%下降为22.6%；12h较0h而言，溶解部分只升高了12.0%，天然橡胶含量进一步下降了6.0%，这说明沥青与胶粉的相互作用程度在前期制备阶段比较剧烈，相对容易；后期储存阶段发生的缓慢，主要是化学降解，含量变化较缓。

胶粉元素分析。

对未与沥青作用的胶粉以及制备的改性沥青(0h)中胶粉的C、N、S、O元素进行测定。从测定结果可知，胶粉经与沥青相互作用后，甲苯未溶解部分的C元素含量由76.0%下降为57.2%，变化值为18.8%，而甲苯溶解部分增加量为22.1%。这表明，在相互作用的初期阶段，胶粉进入沥青中的为含C的有机物。S元素含量的下降，说明胶粉部分网状结构断裂，S原子随着链状分子进人到沥青中；N元素含量的下降，表明胶粉中的防老剂溶解到沥青中；O元素含量的增加表明相互作用过程中，胶粉发生了氧化反应。

胶粉的交联密度分析。

从储存不同时间后改性沥青中的胶粉交联点之间链段的平均分子量中可以看出，随着储存时间的延长，胶粉交联点之间链段的平均分子量逐渐增大，说明胶粉的交联密度逐渐下降，C-S键及S-S键部分断裂，胶粉的网络结构变得松散起来，发生了一定程度上的降解。

扫描电镜分析。

将甲苯抽提且未与沥青作用的胶粉以及0h的胶粉制成样品，进行扫描电镜观察，甲苯抽提且未与沥青作用的原胶粉孔隙较多，表面结构程度大；改性沥青中的胶粉表面变得相对光滑起来。这是由于沥青对胶粉的溶解及降解作用，使得胶粉表面的链状小分子断裂脱离胶粉颗粒表面造成的。

结论

(1)℃下外掺20%的胶粉改性沥青随着加热时间的延长，黏度、软化点最初因沥青中轻质组分向胶粉颗粒中的扩散而增大，随后因胶粉网络结构降解释放出轻质组分而有所下降。

(2)胶粉与沥青的相互作用初期阶段相对容易，作用过程比较迅速；后期储存阶段，作用程度下降，化学降解比较缓慢。

(3)天然橡胶比合成橡胶更容易降解，作用初期阶段，天然橡胶首先降解溶解到沥青，网络结构部分破坏。随着储存时间的延长，合成橡胶也开始降解，并且炭黑及添加剂释放出来进入沥青中。

(4)随着加热时间的延长，胶粉的网络结构变得疏松起来，并且发生氧化作用，交联密度下降。

(5)胶粉未与沥青作用前，颗粒表面孔隙结构较多，表面结构程度大；作用之后，表面光滑起来，主要是表面分子链断裂释放造成的。