基于等离子微表处理技术的胶粉表征及其改性沥青研究

Currently, auto industry develops very fast in China, resulting in a noticeable increase of recycled scrap tire. Therefore, it is very indispensable to use these recycled scrap tire to produce ground tire rubber and further yield the rubberized asphalt, achieving a large scope of application. Plasma microsurface treatment technologies can be applied to deal with ground tire rubber and alter the shape, charge, and gel activation of rubber particle surface and improve the adhesive mechanism between rubber particle and asphalt binder, as well as thus extend the service life of rubberized asphalt pavement.. Some advanced measuring techniques such as BET surface measurement, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), gel permeation chromatography (GPC), atomic force microscope (AFM) and Image analysis system will be used to explore the basic characteristics of ground tire rubber and asphalt binder in terms of different stages and aspects. In addition, Brookfield Rotational Viscometer, Dynamic Shear Rheometer, Bending Beam Rheometer and etc will be applied to measure viscosity and creep values at a high temperature and the deflections and crack resistances at a low temperature as well as rheology, aging, and storage characteristics of these rubberized asphalts, and then optimize the components of these modified binders. Finally, this study will provide the potential innovations in research development for optimizing the application of rubberized asphalt binders.

因为当前国内汽车工业的快速发展导致了废旧轮胎数目急剧增加，所以有效地利用废旧轮胎生产胶粉及其改性沥青，并进一步扩大其使用范围是非常必要的。等离子微表处理技术能够被用来对胶粉表面进行处理，并改变其表面形状、极性、和官能团的活性，从而增强胶粉与沥青之间的粘结力，达到延长胶粉改性沥青路面的服役周期的目的。. 通过使用比表面积方法、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱分析、凝胶色谱分析、原子力显微镜、以及影像采集系统等物理化学的多种现代测试技术联用，多角度揭示不同阶段的胶粉颗粒及改性沥青的变化规律。采用动态旋转粘度仪、动态剪切流变仪及弯曲梁流变仪等设备对胶粉改性沥青的高温粘度、蠕变、低温扰度、抗裂等流变行为、老化特征及存储稳定性等进行研究。对胶粉改性沥青的组成进行优化，为其性能优化提供新的研究思路。

胶粉改性沥青可以降低交通噪声、延长路面使用寿命、提高路面抗车辙性能和低温抗裂性能，是一种比较理想的环保路面材料。但胶粉改性沥青的存储稳定性能较差，导致其大规模生产应用受到限制。关键技术问题是胶粉的惰性表面和沥青之间无法获得较理想的粘结。因此，本项目对废胶粉表面进行等离子微表处理，以期活化胶粉颗粒的惰性表面，进而针对性地改善胶粉改性沥青的存储稳定性及其余路用性能。首先，基于处理功率和处理时间的正交试验，进行了等离子微表处理的工艺优化，确定了最优工艺为功率250W和时间8 min。基于微观和宏观层面上的激光粒度试验、分散沉降试验、铺展面积试验、接触角试验、亲油性测试、扫描电镜试验、红外光谱分析和光电子能谱分析，完成了等离子微表处理前后的胶粉物化表征，揭示了等离子微表处理对胶粉颗粒表面的活化作用。其次，等离子微表处理前后的胶粉改性沥青的存储稳定性测试表明等离子微表处理对存储稳定性具有显著的改善效果。另外，基于旋转薄膜烘箱试验，压力老化试验，弯曲梁流变试验和线形振幅扫描试验，发现等离子微表对胶粉改性沥青的抗老化性能、低温抗裂性能以及抗疲劳性能也具备一定的改善作用。最后，基于化学分离的方法，将等离子微表处理前后的胶粉改性沥青中的沥青相以及胶粉相进行了分离。对其中的沥青相进行动态剪切流变仪测试，红外光谱分析以及凝胶渗透色谱分析，确定了等离子微表处理后的胶粉改性剂在改性过程的颗粒效应、胶粉-沥青相互反应效应以及等离子微表处理效应，探明了等离子微表处理对胶粉改性沥青性能改善的机理。具体为以下两点：等离子微表处理后的胶粉亲油性能得到很大改善，在与沥青混合过程中更易与沥青中的轻质油组分结合，进而增强胶粉与沥青之间的粘结性；等离子微表处理后胶粉表面粗糙度增加，且有坑洞和层状结构出现，这有利于提高胶粉与沥青之间物理结合作用，进而增强胶粉与沥青之间的粘结性和稳定性。