橡胶粉-沥青分散体系的物化行为、微观效应及动力学特性研究

胶粉改性沥青（CRMA）是含有胶粉颗粒固相、界面粘滞相以及沥青液相的多相复合材料，胶粉-沥青分散体系的溶胀、界面交互作用、降解、老化、颗粒效应等物化行为及动力学特性是影响CRMA性能的重要因素，但相关研究尚不够深入，在CRMA制备工艺优化及性能预测等方面仍缺乏理论依据，亟需开展胶粉-沥青分散体系物化行为、微观效应及动力学特性方面的系统研究。本项目借鉴复合材料、胶体化学及热力学研究方法，采用先进的微观化学分析手段，从新的角度研究废胶粉在胶粉-沥青混合分散体系的溶胀、降解以及老化等物化行为及作用机理，分析橡胶沥青制备过程中温度、微波、压力等条件对CRMA物化行为及动力学特性的影响，研究分散体系中胶粉颗粒效应及微观特性评价方法，并提出基于胶粉-沥青分散体系物化行为及动力学特性的CRMA性能预估模型。研究成果对优化胶粉改性沥青制备工艺，提高胶粉改性沥青的性能，促进废橡胶的资源化利用具有重要意义。

废橡胶轮胎的再生利用是一个全球性问题，将胶粉颗粒应用于胶粉改性沥青是一种节能而又环保的有效途径。为了促进废橡胶的资源化利用，本研究由胶粉的物化特性分析入手，研究胶粉在沥青中的溶胀、降解等物化行为及作用机理，为胶粉改性沥青制备工艺优化提供参考。. 采用邻苯二甲酸二丁酯（DBP）模拟沥青的轻组分，进行了废胶粉在DBP介质中的溶胀实验，提出了胶粉质量溶胀率和体积溶胀率评价指标，分析了处理时间、处理温度、胶粉掺量及粒径等因素对胶粉溶胀特性的影响。同时采用微波辐照方式对胶粉进行活化处理，进而探讨活化作用对胶粉溶胀效果的影响。在此基础上，进行了胶粉在沥青体系中的溶胀实验，探讨了胶粉掺量、溶胀时间及溶胀温度对胶粉在沥青中溶胀效果的影响。综合试验结果，为了使胶粉发挥最佳溶胀效果，其最大掺量不宜超过沥青质量的20%，最高反应温度不宜超过175℃，改性沥青高温最大反应时间不宜超过1.5h。. 为了研究胶粉在沥青中的降解过程，设计胶粉改性沥青的洗脱分离试验，提出了胶粉在高温沥青介质中的降解率指标，分析了胶粉粒径、胶粉掺量、处理时间及处理温度等因素对胶粉在沥青体系中降解行为的影响。. 针对胶粉在沥青中的溶胀及降解特性，分析了制备方式、处理温度、胶粉粒径、处理时间、胶粉掺量对改性沥青粘度的影响，建立了胶粉改性沥青的粘度与处理温度、胶粉目数及胶粉掺量的数学模型，同时，分析了微波条件对胶粉改性沥青粘度的影响，并通过显微照相手段，分析了胶粉在沥青介质中的微观形态变化。. 采用差示热扫描量热法、气相色谱与质谱联用及傅里叶红外光谱等技术手段，探析胶粉在物理溶胀的同时发生的溶胀、断链、降解等物理化学变化，进而探讨胶粉改性沥青的作用机理。结果表明，制备胶粉改性沥青过程中，溶胀和降解是影响胶粉体积的两个重要因素，随着胶粉掺量增加、制备温度升高和处理时间延长，VR均呈先增大后减小趋势。溶胀后的橡胶分子发生断链降解释放出小分子物质溶于沥青组分发挥改性作用，特征官能团吸收峰大幅增强；195℃，1.5h和175℃，3.0 h制备的沥青样品DSC谱线出现了强烈的吸热峰，即处理温度过高或时间过长，可能发生胶粉过度降解、胶粉团聚或沥青老化行为，使胶粉改性沥青的物化状态发生改变，导致性能劣化。从胶粉溶胀与降解的角度，建议胶粉掺量20%左右，处理温度不高于195℃，处理时间不超过1.5 h。