胶粉改性沥青生产工艺探讨
胶粉改性沥青生产工艺探讨
一、胶粉改性沥青概念及发展现状
废旧轮胎胶粉用于沥青路面的工艺可分为干法和湿法两种。
胶粉改性沥青是湿法工艺,即将磨细的胶粉按一定比例加入热熔的沥青中。在一定温度下经过充分搅拌、均化成为橡胶沥青。作为沥青结合料使用。
橡胶粉在与高温沥青充分混合状态下,吸收沥青轻质组分而溶胀。同时在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接,形成一个粘度很大的半固态连续相的体系。伴随着橡胶粉与沥青的溶胀过程同时还有橡胶颗粒的脱硫和橡胶分子的降解过程.橡胶粉部分裂解,交联剂硫、丙酮抽出物、抗老化剂、锌化合物等外加剂和部分炭黑等活性成分通过界面交换作用进入沥青,这些物质可以改善沥青的高温性能、抗老化性能和沥青与矿料的粘结作用。
利用磨细轮胎粉修筑沥青路面.在20世纪五、六十年代许多国家已经开始研究与应用。美国的亚利桑那州、加州、德克萨斯州、乔治亚州、佛罗里达州,将磨细胶粉配制成橡胶沥青,铺筑应力吸收层,或铺筑橡胶沥青路面,南非、英国等国家也有橡胶沥青应用的报道。
20世纪80年代初。同济大学与江西公路局合作,在2~3级公路铺筑橡胶薄层沥青路面,到1990年累计达400多公里。90年代中期,PE、SBS改性沥青的研发与广泛应用.使橡胶沥青的研究与应用被搁置起来。
近十年来.人们进一步提高对环境保护和资源的循环利用的认识.将废旧轮胎作为资源进行再利用,生产橡胶沥青,在很大程度上取代SBS改性沥青,不仅减少了环境污染。减少资源消耗,而且符合循环经济、节能减排的要求,有利于建设生态文明。
目前,胶粉改性沥青已经在天津、上海、江苏、北京、辽宁、甘肃、广东、河南、河北、湖北、四川、山
万方数据
嗣毕彦蓓
东、河南、云南、浙江、安徽、重庆等多个省市的公路上得到广泛的推广应用.已达1000多公里。
二、胶粉改性沥青的优点
胶粉改性沥青的主要优点包括:
1.比基质沥青有更高的粘度、软化点和弹性,提高了路面抗车辙(永久变形1能力。
2.抗老化、抗疲劳性能显著提高。大量废轮胎胶粉的加入。不仅为沥青增加了抗老化、防氧化和热稳定性.而且由于轮胎橡胶优异的弹性也在较大的温度区间为沥青道路提供了柔韧性以及耐疲劳和抗裂纹能力,从而延长路面的使用寿命。橡胶沥青路面可提高路面使用寿命1~3倍。
3.改善沥青的低温柔韧性。橡胶沥青良好的低温性能,在寒冷地区将会明显减少路面开裂。延长路面使用寿命。
4.降低车辆噪音。橡胶沥青被誉为“消音沥青”,橡胶沥青路面车速在50公里~100公里/d,时.噪音将降低3~8分贝。
5.提高了行车安全性。由于橡胶路面的柔性,将缓冲路面局部不平整引起车辆的震动:改善轮胎与地面的附着能力。缩短制动距离;橡胶中的炭黑用作颜料使路面长期保持黑色,使路面标志更醒目,从而使行车的舒适性和安全性得到改善。
6.减少路面养护费用。由于提高了路面的耐久性能,使用橡胶沥青可使路面层厚度减薄一半.显著降低成本。
三、影响胶粉改性沥青性能的因素
经过对影响胶粉改性沥青混合料性能的材料因素、加工工艺的综合分析,得出最佳生产工艺。
1.材料因素
包括基质沥青、胶粉来源、胶粉粒度、胶粉掺量、稳定剂和其他添加剂。
(1)基质沥青
不同型号的基质沥青胶粉改性后性能差别较大。首先选用符合规范要求的道路沥青,其次根据地域和气候条件选择牌号:北方冬季严寒地区采用9if'沥青或100。沥青,南方夏热地区采用70#沥青。
(2)胶粉来源
不同产地的胶粉因各厂家所用轮胎原料、粉碎加工工艺不同。以及杂质去除能力差异等因素,导致性能差别很大,需要通过试验选用好的胶粉。
(3)胶粉粒度
经过对不同粒度橡胶粉制成的胶粉改性沥青粘度变化观察.采用15目与100目粘度最低。30目与60目较高。不同目数胶粉粘度变化趋势见图1。
于
一《
翟
≯
是世蒌
咖跚觚枷撕㈣咖㈣枷
0
30
60
90
120
150
搅拌时间/min
图1不同目数胶粉粘度变化趋势
胶粉粒度大、成本低、弹性好,但粒度越大在沥青中越难溶胀,要达到指标就必须提高反应温度,延长搅拌时间.无形中增加了能源消耗。
胶粉粒度小。易与沥青融合,反应快,但弹性小,且胶粉粒度越小越难加工,其价格越高,相应地增加胶粉改性沥青的成本。
所以选择胶粉粒度的原则是在满足性能指标的情况下尽量选粒度大的胶粉。一般选用20—40目的胶粉。
(4)胶粉掺量
试验表明.胶粉掺量与橡胶沥青粘度值有着较大的相关性.随着胶粉掺量的增加,粘度逐渐增大。粘度范围直接决定了橡胶粉的掺量,目前规范的粘度范围1.5—4.OPa.S基本上可以定出橡胶粉的掺量在15%。25%。胶粉掺量与橡胶沥青粘度值的关系见表1。
有研究表明.当胶粉的掺量在18%以下时,沥青的软化点和弹性恢复的指标值增加的比较快,接近线性关系。当胶粉含量继续增加时,其指标值变化很小.基本趋于稳定。这种现象说明橡胶沥青具
万方数据
有一个最佳掺量,即18%一21%左右。
(5)稳定剂和其他添加剂
橡胶沥青是一个不稳定体系。橡胶颗粒溶胀之后的密度仍大于自由沥青,会逐渐沉淀产生离析。为延缓橡胶沥青的离析现象.需要添加一定的稳定剂。添加与未加稳定剂后的储存状况见图2、图3。
麦1
胶粉掺量与橡胶沥青粘度值的关系
注:针入度试验条件为在25。C和5秒时间内.在100克
的荷重下。
,
孟世霉出格
储存时间,h
图2未加稳定剂储存状况
子
主型萎匕格
储存时矧/11
图3加稳定剂储存状况
由图2、图3对比后可以看出,添加稳定剂后以上指标仍满足要求。突破了橡胶沥青只能现场中的聚合物相与基础沥青相之间形成一层稳定的
粘度减小趋势变缓,随时间的延长趋于稳定。储存过程中橡胶沥青的性能变化趋缓.能够储存5天加工不能储存的技术瓶颈。主要是因为稳定剂在一定的热条件下产生活性游离基。与胶粉等聚合物分子链、沥青活性官能团发生交联接枝,使胶粉与沥青形成稳定的胶体体系。稳定剂使橡胶沥青
相界面吸附层,降低相界面的表面张力,增加两相之间的亲和力,从而促进两相之间的相容。稳定剂通过自身溶胀和促进胶粉颗粒的体积多倍膨胀,既能提高橡胶沥青的稳定性。又能提高橡胶沥青的动力粘度。
2.加工工艺
主要包括:(1)胶粉除臭;(2)表面软化、活化处理(显著降低胶粉沥青生产温度≤165oC);(3)基质沥青快速升温;(4)胶粉、SBS称重和上料;(5)沥青流量或称重计量;(6)胶粉与沥青快速混匀;(7)高速均化机对胶粉沥青的均化;(8)胶粉改性沥青升温发育;(9)添加专用稳定剂(确保改性沥青具有较好的存储稳定性);(10)发料装置;(11)生产尾气净化处理;(12)自动化控制系统等。这些设备集中放置在两个集装箱中,可以方便地与国内沥青混凝土拌合站连接,进行胶粉沥青混凝土的生产或工厂化生产胶粉改性沥青。并提供胶粉改性沥青生产、混合料设计、混合料拌合、铺摊及压实等全套技术方案。
生产罐和成品罐均有液位和温度传感。管道另有流量计可远传至控制室电脑显示,方便操作人员随时观察,液位有高低位声光报警和防溢位急停功能.更利于安全操作。
所有沥青泵均设有短路回流及压力表,电脑自动检测阀门开关状态,可观察压力,防止泵憋压。保护设备,避免烫伤操作人员。
生产完成后。所有沥青管线均可用压缩空气吹扫清空,下次生产时可大大缩短预热时间甚至不预热便可直接生产,节约燃料,提高生产效率。也可用空气吹扫管线,判断管线通闭状态,设备启动更安全。生产罐及成品罐均配备高速强剪切功能搅拌器。上料器、沥青泵及均化机均配有变频器控制。减少启动电涌,更好保护设备,可据用户要求无级变速。电器设备均配有过载保护,管线系统有过压保护。完善的安全保障措施,极少的故障率可使用户放心使用。生产过程连续,无需频繁启动,只进行简单的阀门切换。SBS改性和胶粉改性沥青一体设备可用于SBS改性沥青和废轮胎胶粉改性沥青生产.减少用户二次投资。口
(1)反应温度
胶粉改性沥青制备需要在较高温度下进行,橡胶发生溶胀.并与沥青发生一定化学反应。但试验表明,温度太高,不仅能源消耗大,而且橡胶发生脱硫、降解,使粘度降低,沥青也易老化。制备温度控制在1800C。1900C比较适宜。
(2)搅拌时间
橡胶沥青在制备过程中。适宜的搅拌时间为60—90min。时间再长则粘度反而下降,这主要是由于橡胶脱硫、降解速度超过了溶胀速度所致。随时间延长。胶粉脱硫和降解使橡胶颗粒表面组分进入沥青中,增加沥青的延度。
(3)加工方法
往沥青中添加胶粉时.一些胶粉颗粒结成的小胶粉团在沥青中搅拌无法分散。胶粉团外裹覆一层沥青膜,沥青不能浸润内部胶粉颗粒。胶粉团内的胶粉就无法吸附沥青溶胀。直接影响胶粉沥青的性能。并且在配制混合料时,胶粉团对石料的粘结力差,容易脱落形成空洞,造成混合料性能下降。
均化机均化工艺可以充分打散胶粉团,使单个胶粉颗粒均匀分布在沥青中。形成稳定的连续相。胶粉颗粒充分溶胀交联,同时保持脱硫、降解平衡,性能上反映出粘度和延度的增加。所以最佳加工方法是“搅拌+均化机均化”。
四、胶粉改性沥青设备功能
笔者所在公司设计开发的胶粉改性沥青设备。
Productivetechnologyofrubberpowdermodifiedasphalt
Bi
y觎一Bei
Abstract:Thisarticledescribesthedevelopmentstatus,advantages,productivetechnology,themainequipmentanditsfunctionsofrubberpowdermodified
waste
asphalt.The
a
rubberasphaltproducedbycomprehensiveutilizationof
tirereplacedtheSBSmodifiedasphalttolargeextent.Notonlyreducetheenvironmentalpollutionand
resource
consumption,butalsomeettherequirementsofrecyclingeconomyandenergyconservation,contributeto
ecologicalcivilization.
万方数据
胶粉改性沥青生产工艺探讨
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
毕彦蓓, Bi Yan-Bei
中国橡胶CHINA RUBBER2010,26(17)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgxj201017008.aspx