摘 要

这些年来，大量的废弃轮胎的处理问题日益突出，与此同时，我国公路交通行业迅速发展，对道路材料的性能要求也提高，橡胶与沥青从分子水平上看均为高分子有机材料，二者之间具有一定的天然亲和性，因此利用橡胶粉对沥青进行改性是一个有利的发展方向。然而橡胶粉表面呈现惰性，与沥青相结合的能力不好，因此废胶粉需要活化处理，本文选择通过微波辐射的方法改善废胶粉表面的活性，以此来提高废胶粉与沥青的表面粘合力。本文采用红外光谱分析(FTIR)、扫描电子显微成像（SEM）等材料测试技术分别对经过活化的胶粉和未经过活化的胶粉的材料性能进行表征，通过对比二者的差别，从而具体揭示胶粉活化的本质。然后采用动态剪切流变仪（DSR）和弯曲梁流变仪（BBR）对制备的橡胶改性沥青进行性能测试。通过对比活化与未活化胶粉改性沥青的高低温性能和流变性能，验证微波活化对胶粉表面活性的增强作用。研究结果表明，经过微波辐射后的胶粉其平衡溶胀率、表面接触角、表面羟基含量、含氧基团相对含量都有所增加，形貌上活化胶粉在沥青中的颗粒显得更加蓬松，活化脱硫后胶粉的部分结构从原本的一种交联网状转变为线形，导致其活性大大加强，从而使活化胶粉改性沥青的网络结构更加均匀和致密，性能更优越。

论文主要研究了不同类型不同目数的废胶粉活化前后对沥青性能的改性效果差别。

研究结果表明：小轿车轮胎胶粉活化改性效果提升最为明显，活化后改性效果提升大小为40/60目胶粉＞60/80目胶粉＞80/100目胶粉。

关键词：微波活化；废胶粉；改性沥青；流变性能；低温性能

Abstract

Over the years, a large number of discarded tires processing problem increasingly prominent, and at the same time, the rapid development of industry of our country highway traffic on the road performance requirements of the material increases, rubber and asphalt are the same, organic polymer materials, has a certain natural affinity, using waste rubber powder for asphalt modification is a good development direction. However, rubber powder surface is inert, and combination of asphalt ability is bad, need activation treatment, so the waster rubber powder we choose to improve the waste rubber powder by using the method of microwave radiation on the surface of the activity, in order to improve the waste rubber powder and asphalt surface bonding strength. We use infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopic (SEM) imaging techniques of material testing after activation of rubber powder and without activation of the material properties of the powder were characterized, and through comparing the difference of the two, which reveals the essence of powder activated. Then we carried out on the preparation of good modified asphalt dynamic shear rheometer (DSR) and low temperature bending beam rheometer (BBR) tests, by comparing the activation and activation of rubber powder modified asphalt, high and low temperature performance and verification of microwave activation on the powder surface activity enhancement effect. The research results show that after microwave radiation, the powder of the equilibrium swelling ratio, surface contact Angle and surface hydroxyl content has increased, the content of oxygen containing groups, activation powder in asphalt particles morphology appears more fluffy, after activation desulfurization powder from a crosslinked network structure part into a linear structure, the active strengthen greatly, the activation of rubber powder modified asphalt network structure is more compact and uniform, performance is superior.

The paper mainly studied the difference between the modified effect of the modified effect on asphalt performance before and after the activation of the different types of waste powder.

The results show that The effect of the modification effect of the modified tire rubber is the most obvious. After the activation, the effect of the modification is 40/60 mesh rubbergt; 60/80 mesh rubbergt; 80/100 mesh rubber.

Key Words: microwave activation; crumb rubber; modified binder; rheological properties; low temperature performance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内 2

1.2.2 国外 3

1.3 研究目的意义 3

第2章 实验 4

2.1 原材料 4

2.1.1 橡胶粉 4

2.1.2 沥青 4

2.2 实验仪器 5

2.3 试验方法 5

2.4 技术路线 6

第3章 橡胶粉性能测试 7

3.1 扫描电子显微镜和能谱仪 7

3.1.1 SEM图像对比 7

3.1.2 EDS图像对比 8

3.2 热重-质谱联用测试（TG-MS） 9

3.3 傅里叶红外光谱测试（FTIR） 11

第4章 沥青性能测试 13

4.1 动态剪切流变测试（DSR） 13

4.1.1 不同目数相同类型轮胎胶粉改性沥青主曲线 14

4.1.2 不同类型相同目数轮胎胶粉改性沥青主曲线 15

4.2 低温弯曲梁流变仪（BBR） 18

4.2.1 活化前后轮胎胶粉改性沥青低温模量的变化 19

4.2.2 活化前后轮胎胶粉改性沥青m值的变化 20

4.2.3 活化前后模量与m值趋势对比 20

第5章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.2 展望 22

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景

公路交通运输作为运输系统的重要组成部分，与人民生活状况和国家经济发展有着密切的联系。目前国内公路的路面主要有两种——沥青混凝土路面和水泥混凝土路面^[1]。其中沥青路面具有平整、噪音低、防滑、低温情况下路面不易开裂等优点，因此沥青被广泛应用于高等级公路路面材料的选择中^[2]。目前我国90%以上高等级公路路面材料均选择使用沥青 ^[3][4]。

为了满足经济发展和国民生活的需要，近几年我国道路建设发展很快，截止2016年底，全国公路总里程比上年末增加了11.9万公里，总里程已经达到469.63万公里。公路密度为48.92公里/百平方公里，相比去年提高了1.24公里/百平方公里。按照此趋势发展，我国未来将建成更多的沥青道路。伴随而来的是迅猛增加的大型车辆和交通量使沥青路面面临严峻考验,因此我国对各类等级道路沥青路面路用性能有了越来越高的要求，寻找性价比高的改性沥青材料迫在眉睫^[5]。从另一方面说，我国是轮胎使用大国，目前我国每年使用报废的轮胎有5多万条，这一数量伴随着生活富裕家用汽车大量增加的现象还将继续增多，如何高效地回收并利用废旧轮胎，避免其污染环境，这不仅是一个世界性的难题，同时也是我国资源回收利用所面临的一个新课题^[6]（如图1.1所示）。因此，目前找到将废旧轮胎的处理和提高沥青路面的路用性能这两者同时兼顾的方法无疑是一举两得的^[7]。