CN115684250B - 一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，涉及道路沥青技术领域，包括如下步骤：步骤一：对原样橡胶改性沥青热储存稳定性试验，获取热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青；步骤二：通过DSR试验法测定原始橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青的动态复数剪切模量和相位角；步骤三：按照公式(1)计算橡胶改性沥青热储存稳定性的评价指标R；本发明橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法中，提出的R值可精确地预测橡胶改性沥青的热储存稳定性。
Description
技术领域
本发明属于道路沥青领域，涉及一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法。
背景技术
随着汽车保有量的逐年增加，废旧轮胎数量也随之激增。因此，各行各业均在寻求废旧轮胎的再生利用方法。在道路领域，废旧轮胎通常被磨成不同粒径的胶粉，作为一种改性剂或填料运用于沥青路面中。废旧轮胎胶粉用于沥青路面，不仅能改善堆放轮胎造成的环境问题，而且能有效地提高沥青的各项性能，如高温性能、耐老化性能、降噪性能等。
废旧轮胎胶粉主要通过“湿法”与沥青混合，制备成橡胶改性沥青。然而，橡胶改性沥青中存在大量未溶解或裂解的胶粉颗粒，在储存过程中胶粉颗粒在重力的作用下向下沉积，最终导致废旧橡胶改性沥青出现离析现象，通常称之为热储存稳定性差。
目前，大多数研究主要采用48小时软化点差来评价废旧橡胶改性沥青的热储存稳定性。然而，该方法是针对添加聚合物类改性沥青而设计的，并不适用于橡胶改性沥青。主要是因为橡胶改性沥青在进行软化点试验时，会出现未溶解的橡胶颗粒太多，改性沥青流动性变差，最后出现软化点差值变大，造成与实际稳定性相差较大的情况。因此，有必要去探寻新的指标来评价橡胶改性沥青的热储存稳定性。
发明内容
发明目的：为克服现有技术的不足，本发明针对软化点试验不适用于测定橡胶改性沥青的问题，基于动态流变剪切仪(DSR)提出了一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，本发明可以对引起橡胶改性沥青稳定性差的未溶解颗粒进行准确预估。
技术方案：一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，包括如下步骤：
步骤一：对原样橡胶改性沥青热储存稳定性试验，获取热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青；
步骤二：通过DSR试验法测定原始橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青的动态复数剪切模量和相位角；
步骤三：按照公式(1)计算橡胶改性沥青热储存稳定性的评价指标R：
其中，分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的复数剪切模量，单位为Pa；δo、δt、δb分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的相位角，单位为°。
进一步的，DSR试验法的具体步骤如下：
(1)将待测定橡胶改性沥青的沥青样品加热至流动状态，并注入DSR的25mm硅胶模具中，注入厚度大于3mm；
(2)待硅胶模具中的沥青样品冷却后，将其放于DSR的25mm夹具上预热至50℃；
(3)待夹具预热至50℃后，启动DSR试验程序进行压样，将两个25mm平板的间距压至2.5mm；
(4)压样结束后，将DSR设备温度升至60℃±0.1℃，并保温10min；
(5)采用应变控制模式在10rad/s进行时间扫描试验，测定沥青样品的动态复数剪切模量和相位角。
进一步的，还包括步骤四、评价指标R的可靠性验证，具体包括如下步骤：
(1)进行胶粉抽提试验，根据公式(2)计算热储存稳定性试验后的上部和下部橡胶改性沥青的胶粉差值比RJ：
其中，wt和wb分别为热储存稳定性试验后，上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青中的胶粉质量，单位为g；
(2)进行软化点试验，根据公式(3)计算橡胶改性沥青的48h软化点差Sdiff：
Sdiff＝|Sb-St| (3)
其中，St和Sb分别为别为热储存稳定性试验后，上部和下部橡胶改性沥青的软化点值，单位为℃；
(3)采用斯皮尔曼等级相关系数对胶粉差值比与48h软化点差和R值的相关性进行分析。
进一步的，所述步骤四中，胶粉抽提试验的操作步骤如下：
分别使用三氯乙烯溶剂溶解热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青，用过滤网过滤，将未溶解的胶粉颗粒分离出来，后将未溶解的胶粉颗粒置于烘箱中烘至恒重。
进一步的，所述步骤四中，软化点试验的操作步骤如下：
1)分别对热储存稳定性试验后的上、下部橡胶改性沥青进行加热；
2)将热沥青注入软化点试样环中，待冷却后将多余沥青刮去；将装有试样的试样环置于5±0.5℃的恒温水槽中保温15min以上；
3)之后将试验环置于装有5±0.5℃水的烧杯后，并开始加热，使杯中水温在3min内升温速率调整为5±0.5℃/min；
4)记录沥青下落与底板表面接触时的温度。
有益效果：
(1)本发明提出橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法中，提出的R值可精确地预测橡胶改性沥青的热储存稳定性。
(2)本发明采用的DSR试验法，具有样品量少、测试速度快、结果精度高、试验重现性好等优点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。
本发明实施例中的废旧胶粉来源于天津志鑫橡胶制品有限公司；基质沥青为茂名石化东海牌90#道路石油沥青。
本发明提供了一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，包括如下步骤：
步骤一：对原样橡胶改性沥青热储存稳定性试验，获取热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青；
具体操作为，将原样橡胶改性沥青加热后注入铝管后，让铝管垂直静置于163℃烘箱中48h，然后将铝管直接放于-18℃的冰箱中4h以上，最后将铝管等分为三份，分别将上、下两端的沥青放入不同的容器，得到上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青。
步骤二：通过动态流变剪切仪(DSR)试验法测定原始橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青的动态复数剪切模量和相位角；
测定动态复数剪切模量和相位角的具体操作步骤如下：
(1)将待测定橡胶改性沥青的沥青样品加热至流动状态，并注入DSR的25mm硅胶模具中，注入厚度大于3mm；
(2)待硅胶模具中的沥青样品冷却后，将其放于DSR的25mm夹具上预热至50℃；
(3)待夹具预热至50℃后，启动DSR试验程序进行压样，将两个25mm平板的间距压至2.5mm；
(4)压样结束后，将DSR设备温度升至60℃±0.1℃，并保温10min；
(5)采用应变控制模式在10rad/s进行时间扫描试验，测定沥青样品的动态复数剪切模量和相位角。
步骤三：按照公式(1)计算橡胶改性沥青热储存稳定性的评价指标R：
其中，分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的复数剪切模量，单位为Pa；δo、δt、δb分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的相位角，单位为°。
步骤四、评价指标R的可靠性验证；具体包括如下步骤：
(1)、进行胶粉抽提试验：
具体操作步骤为：分别使用三氯乙烯溶剂溶解热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青，用过滤网过滤，将未溶解的胶粉颗粒分离出来，后将未溶解的胶粉颗粒置于烘箱中烘至恒重。根据公式(2)计算热储存稳定性试验后的上部和下部橡胶改性沥青的胶粉差值比RJ：
其中，wt和wb分别为热储存稳定性试验后，上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青中的胶粉质量，单位为g；
(2)、软化点试验：
软化点试验的操作步骤如下：
1)分别对热储存稳定性试验后的上、下部橡胶改性沥青进行加热；
2)将热沥青注入软化点试样环中，待冷却后将多余沥青刮去；将装有试样的试样环置于5±0.5℃的恒温水槽中保温15min以上；
3)之后将试验环置于装有5±0.5℃水的烧杯后，并开始加热，使杯中水温在3min内升温速率调整为5±0.5℃/min；
4)记录沥青下落与底板表面接触时的温度。
根据公式(3)计算橡胶改性沥青的48h软化点差Sdiff：
Sdiff＝|Sb-St| (3)
其中，St和Sb分别为别为热储存稳定性试验后，上部和下部橡胶改性沥青的软化点值，单位为℃；
(3)、采用斯皮尔曼等级相关系数对胶粉差值比与48h软化点差和R值的相关性进行分析。
实施例：
将40目、60目、80目三种粒径大小的废旧橡胶胶粉，分别按照基质沥青质量的10％、20％、30％掺量制备橡胶改性沥青，每种橡胶改性沥青平行试验两次，共计18组沥青样品。沥青样品编号及其胶粉粒径(目数)和胶粉掺量(wt％)见下表1。
橡胶改性沥青的制备方法为：将基质沥青加热至165℃后，加入废旧胶粉，采用剪切速率为1500r/min的高速剪切仪进行剪切搅拌，使基质沥青与废旧胶粉混合均匀。然后，将基质沥青与废旧胶粉混合物快速升温至170℃至180℃后，以3000r/min的剪切速率恒温剪切搅拌45min。
按照本发明公开的评价方法，对每组沥青样品，进行热储存稳定性试验、获取上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青；按照步骤二和步骤三的操作步骤，进行DSR试验，计算橡胶改性沥青热储存稳定性的评价指标R；按照步骤四中的操作步骤胶粉差值比RJ和48h软化点差Sdiff。结果见下表1：
表1 橡胶改性沥青室内试验结果
本发明采用斯皮尔曼等级相关系数对表1中胶粉差值比与48h软化点差和R值的相关性进行分析，结果见表2所示。由表2可知，胶粉差值比与48h软化点差的相关系数仅为0.377，二者相关性不显著，表明目前常用的热储存稳定性评价指标：48h软化点差，并不能正式反应橡胶改性沥青的真实储存性能的优劣。本发明提出的R值与胶粉差值比之间相关系数高达0.733，二者相关性非常显著，表明R值能较精确地反应橡胶改性沥青中未溶解的胶粉颗粒含量，而未溶解的胶粉颗粒是引起橡胶改性沥青热稳定性差的主要原因。因此，R值更加适合评价橡胶改性沥青的热储存稳定性。本发明评价指标可有效地弥补橡胶改性沥青热储存稳定性评价指标空缺的现状，可有效地指导橡胶改性沥青生产和应用。
表2 斯皮尔曼相关系数结果
| 48h软化点差 | R值 | |
| 胶粉差值比 | 0.377 | 0.733*** |
注：***p<0.001
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：对原样橡胶改性沥青热储存稳定性试验，获取热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青；
步骤二：通过DSR试验法测定原始橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青的动态复数剪切模量和相位角；
步骤三：按照公式(1)计算橡胶改性沥青热储存稳定性的评价指标R：
其中，分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的复数剪切模量，单位为Pa；δo、δt、δb分别为原样橡胶改性沥青、热储存稳定性试验后上部和下部橡胶改性沥青的相位角，单位为°。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，其特征在于，所述步骤二中，DSR试验法的具体步骤如下：
(1)将待测定橡胶改性沥青的沥青样品加热至流动状态，并注入DSR的25mm硅胶模具中，注入厚度大于3mm；
(2)待硅胶模具中的沥青样品冷却后，将其放于DSR的25mm夹具上预热至50℃；
(3)待夹具预热至50℃后，启动DSR试验程序进行压样，将两个25mm平板的间距压至2.5mm；
(4)压样结束后，将DSR设备温度升至60℃±0.1℃，并保温10min；
(5)采用应变控制模式在10rad/s进行时间扫描试验，测定沥青样品的动态复数剪切模量和相位角。
3.根据权利要求2所述的一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，其特征在于，还包括步骤四、评价指标R的可靠性验证，具体包括如下步骤：
(1)进行胶粉抽提试验，根据公式(2)计算热储存稳定性试验后的上部和下部橡胶改性沥青的胶粉差值比RJ：
其中，wt和wb分别为热储存稳定性试验后，上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青中的胶粉质量，单位为g；
(2)进行软化点试验，根据公式(3)计算橡胶改性沥青的48h软化点差Sdiff：
Sdiff＝|Sb-St| (3)
其中，St和Sb分别为别为热储存稳定性试验后，上部和下部橡胶改性沥青的软化点值，单位为℃；
(3)采用斯皮尔曼等级相关系数对胶粉差值比与48h软化点差和R值的相关性进行分析。
4.根据权利要求3所述的一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，其特征在于，所述步骤四中，胶粉抽提试验的操作步骤如下：
分别使用三氯乙烯溶剂溶解热储存稳定性试验后的上部橡胶改性沥青和下部橡胶改性沥青，用过滤网过滤，将未溶解的胶粉颗粒分离出来，后将未溶解的胶粉颗粒置于烘箱中烘至恒重。
5.根据权利要求3所述的一种橡胶改性沥青热储存稳定性评价方法，其特征在于，所述步骤四中，软化点试验的操作步骤如下：
1)分别对热储存稳定性试验后的上、下部橡胶改性沥青进行加热；
2)将热沥青注入软化点试样环中，待冷却后将多余沥青刮去；将装有试样的试样环置于5±0.5℃的恒温水槽中保温15min以上；
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