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废弃石油沥青纸胎油毡改性沥青的物理性能研究

导读:废弃石油沥青纸胎油毡中含有大量的高软化点沥青和油胎纸纤维。上海昌吉本研究的目的是评价废弃石油沥青纸胎油毡对基质沥青物理性能的影响,探讨废弃沥青纸胎油毡用于沥青改性


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-09-28 16:54【
一、前言

石油沥青纸胎油毡是一种传统的防水卷材,在我国有较长的生产与使用历史。在 20 世纪 50 年代至 90 年代初是我 国主要的屋面防水材料。石油沥青纸胎油毡的使用寿命可 以达到 15~20 之久。全国每年有 2.4 亿 m2的油毡和 27 万 t 沥青用于修补屋面防水层。 废弃油毡对环境有污染且现有废弃量大。如果能够通过研 究全面论证废弃油毡改性沥青及沥青混合料的路用性能,解决 废弃油毡掺入沥青混合料的技术问题,使得回收的油毡大量应 用于道路工程中,将形成环境保护、废物利用和延长道路使用 寿命的三赢局面。前人研究表明,废弃纸胎油毡中沥青的含量 为 75%~85%(按重量计),纤维质油毡纸胎含量为 8%~12%。 上海昌吉研究将油毡-沥青废弃物与橡胶废料、聚合物废料及各种 石油加工残余物一起进行高温分解,使再生沥青玛蹄脂改性。
此法缺点在于油胎纸分解所需温度较高且分解效率较低,容易 造成资源浪费。国内道路工作者将油毡用作层间连接用于控制 反射裂缝或者用于防水层,对废弃油毡回收用于道路工作 所做研究较少。由于废弃的纸胎油毡主要成分为高软化点沥青 以及纸胎纤维,所以本文提出效仿纤维的掺入将废弃油毡 加入到基质沥青当中,经过搅拌后形成新的改性沥青。根据废 弃油毡掺量的变化,探索废弃纸胎油毡加入后对沥青及沥青混 合料性能的影响,验证废物回收利用的可行性,并为废弃油毡 改性沥青混合料的研究作铺垫。

二、试验及结果分析

1.改性沥青试验结果分析
本研究所采用的基质沥青为 70#普通基质沥青,沥青针 入度为 66.7(0.1mm)、15℃延度为 178cm、软化点为 43.4℃。废弃油毡由武汉地区的某建筑屋顶防水层回收而得, 油毡呈黑色,厚薄不均,形状不一。油毡底部有砂石颗粒嵌 入,需要对其加工再进行后续试验。先对废弃油毡进行清洗 晾晒,再进行破碎使粒径为 30~40mm。 以基质沥青为改性对象,采用常规搅拌方式制备废弃油 毡改性沥青,将基质沥青和废弃油毡加热到 145℃进行混合, 先进行人工搅拌,废弃油毡大致融于沥青后再进行机械搅拌。 机械搅拌转速为 1,500r/min,搅拌时间为 2h。按照废弃油 毡掺量的不同分为 3%、5%、7%、9%四种。测定经过不同 掺量废弃油毡改性过后的沥青的物理性能,其中包含针入度、 软化点、动态剪切流变性能、黏度。
(1)针入度、上海昌吉软化点针入度反应在一定条件下沥青的相对稠度,也反应了沥 青的流变性能和抗剪切破坏能力。沥青软化点反映了沥青的 温度敏感性,软化点越高,黏度越大,温度稳定性越好。图 1 给出了废弃油毡掺量对沥青针入度和软化点的影响。在废弃油毡掺量为 3%~9%的范围内, 改性沥青的针入度随着废弃油毡掺量的增加呈下降趋势,软 化点则随着废弃油毡掺量的增加而增大。针入度和软化点的 变化与废弃油毡掺量大致存在着线性关系。这说明废弃油毡 的掺入改善了沥青的温度稳定性,其主要原因是废弃油毡中 存在高软化点的沥青和油胎纸纤维。

(2)动态剪切流变试验
对不同废弃油毡掺量的改性沥青进行动态剪切流变试 验,温度扫描试验中采用的温度范围为-10~80℃,采用的荷沥青路面的实际应用中,外部荷载作用下的沥青混合料 会在一个很宽的温度范围内产生高温永久变形,以车辙因子 G*/sinδ 作为评价高温变形的指标,G*/sinδ 越大,沥青高 温时越不容易发生流动变形,表明其抗车辙能力越强,高温 稳定性越好。以开裂因子 G*×cos2 δ/sinδ 作为评价低温开 裂性能的指标,G*×cos2 δ/sinδ 越小,表明抵抗低温开裂性 能越好[7-8]。由图可看出在 30~80℃同等温度条件下,废弃油 毡的掺入增大了沥青的车辙因子 G*/sinδ,废弃油毡掺量为 3%组与基质沥青组对比,车辙因子 G*/sinδ 具有较大的增 幅,表明废弃油毡的掺入对沥青高温稳定性具有很大的改善 效果。随着废弃油毡掺量的增加车辙因子逐渐增大,但增幅 并不均匀,表明经废弃油毡改性后的沥青高温性能提升较为 明显且与油毡掺量并非存在线性关系。随着废弃油毡掺量的 增加,开裂因子逐渐增大,表明低温抗开裂性能有所衰减。

(3)黏度
上海昌吉地质仪器测试黏度是表征沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力,黏 度越大,沥青混凝土路面抵抗车辙的能力越强。
1)测试各种废弃油毡掺量的沥青在 100、135 和 175℃①随着废弃油毡掺量的增加,沥青的 黏度增大。掺量为 3%组与基质沥青组对比可以看出废弃油 毡的掺入对提高沥青黏度的作用很明显,这说明废弃油毡的 掺入改善了沥青的抗车辙能力,这与车辙因子的变化规律相 吻合。②随着废弃油毡掺量的增加,沥青混合料所需要的拌 合温度和压实温度也逐渐增大,该规律与对软化点的影响规 律有些类似。
2)废弃油毡的增粘效果可以用相同温度下改性后沥青与 基质沥青的黏度比来表示(Rv),黏度比 Rv [9]可以用下式表示 Rv=η/η0 (1) 式中 η 为改性后沥青在温度 t 时的黏度,η0为基质沥青 在同一温度下的黏度。 从图 4 可以看出:①在掺量少于 5%时,三种温度条件 下的黏度比基本不变,表明废弃油毡掺量低于 5%时对基质 沥青黏度的改性与废弃油毡掺量变化没有太大关系;② 100℃时,当废弃油毡掺量大于 5%时,随着废弃油毡掺量的 增加,黏度比的增幅变大,表明在 100℃时废弃油毡的掺量 对基质沥青黏度的影响很大;③135 与 175℃条件下的黏度 相差很小,表明在较高温度条件下,沥青黏度趋于稳定;④ 在 135、175℃时,黏度比的增幅较低,表明在高温条件下 沥青黏度的增加与废弃油毡掺量的增加大致存在线性关系。

2.上海昌吉改性沥青制备方式的比较 本文所研究的废弃油毡改性沥青制备方式为常规机械搅 拌,为研究不同制备方式对废弃油毡改性沥青性能的影响, 本文提出高速剪切搅拌方式作为对比。高速剪切搅拌的流程 如下:基质沥青和废弃油毡加热到 145℃进行混合,采用高 速剪切仪进行搅拌,高速剪切转速为 6,000r/min,搅拌时 间为 1h。以 5%废弃油毡掺量为例,分析比较两种制备方式。
试验结果表明:采用高速剪切制备的废弃油毡改性沥青 在全温度范围内(-10~80℃)复合模量低于常规搅拌方式, 但仍高于普通基质沥青;相应地,前者在全温度范围内 (-10~80℃)相位角高于后者,但低于普通基质沥青;在全 频范围内,不同搅拌方式制备的废弃油毡改性沥青复合模量 主曲线未见明显差异,但相位角差别明显。由此可见,不同 搅拌方式对于废弃油毡改性沥青性能的影响存在差异。

三、结语

(1)废弃油毡的掺入改善了沥青的高温性能,说明废弃 油毡回收用于改性沥青具有可行性,可以达到废物回收利用 和改性沥青的目的。
(2)由于废弃油毡的掺入,改性后沥青的低温抗裂能力 降低,表明废弃油毡的掺入并不是越多越好,最佳掺量的确 定需结合沥青混合料性能进一步研究。
(3)不同搅拌方式制备的废弃油毡改性沥青其物理性能 方面会存在差异。