摘 要

沥青已广泛应用于道路，但高温抗车辙和低温抗开裂能力低、耐久性差，限制了其进一步的应用，因此对沥青改性十分必要。在改性沥青中，废胶粉改性沥青是应用最广泛的。废胶粉改性沥青的应用和研究在美国等其他国家已经有几十年的历史。过去的研究和应用表明废胶粉改性沥青有许多优良特征，提高了抗车辙性能、抗疲劳开裂能力、耐久性，降低了温度敏感性，降低路面养护成本，节约资源和能源等。随着汽车工业和其他有关橡胶工业的广泛发展，废旧橡胶的数量也在逐渐在增长，尤其是废旧轮胎的处理问题日益突出，如何解决这些废旧橡胶已经成为社会热点问题。将废旧轮胎物理剪切成粉，加入到沥青中，不仅会节约沥青原材料的使用，还会改善沥青的性能，是解决这些废旧轮胎的有效途径之一。但是废胶粉改性沥青也存在一些不足，例如废胶粉改性沥青容易发生离析现象，也使沥青性能的改善不是很明显，因此大大限制了废胶粉改性沥青在道路上的应用。蒙脱土（MMT）为层状硅酸盐结构，具有良好的热稳定性、阻隔性能，对废胶粉改性沥青的相容性能够有所改善，从而大大提高废胶粉改性沥青的路用性能。

本文采用物理共混法制备了MMT/废胶粉复合改性沥青，并通过薄膜烘箱加热实验（TFOT）、室内加速紫外老化实验（UV）、动态剪切流变实验（DSR）等试验，对复合改性沥青的物理性能、老化性能和流变性能进行了研究。通过对复合改性沥青的物理性能测试表明，加入有机化蒙脱土（OMMT）后会提高沥青高温物理性能，对延度有一定的损害。通过对通过薄膜烘箱加热实验和室内加速紫外老化实验表明，OMMT的加入对热氧老化和紫外老化性能都具有较好的改善作用，且随着OMMT掺量的增加，抗老化性能越好。DSR的实验结果表明，随着OMMT掺量的增加，废胶粉改性沥青的复数剪切模量（G*）增大，相位角（δ）先增大后减小，车辙因子（G*/sinδ）增加。同时对比加入天然MMT和OMMT的废胶粉改性沥青发现，天然MMT改性效果要比OMMT改善效果要小。

关键词：沥青；废胶粉；蒙脱土；流变性能；老化

ABSTRACT

Asphalt has been widely used in road. However, high-temperature deformation and low-temperature cracking and low durability can limit its application. Therefore, it is quite necessary to modify the asphalt. Among all modified-asphalt products, crumb rubber modified asphalt is the most widely used. The research and application of crumb rubber modified asphalt in the United States and other countries have already been lasting for decades. Related research indicated that crumb rubber asphalt had some good properties with respect to the anti-rutting, fatigue-cracking resistance, durability, the reduction in the temperature sensitivity, maintenance cost, saving resources and energy, etc. As the automobile industry and other related the widely development of rubber industry, the amount of waste rubber has also been gradually growing, especially the processing of waste rubber problem increasingly prominent, how to solve the waste rubber has become social hot topic. Physical shear waste tires into powder, added to the asphalt, will not only save the use of raw materials, but also improve the performance of the asphalt, is one of the effective ways to solve these old tires. But crumb rubber modified asphalt has some deficiencies, such as waste rubber powder modified asphalt are prone to segregation phenomenon, is also made to improve the performance of asphalt is not obvious, thus greatly limits the application of waste rubber powder modified asphalt on the road. Montmorillonite(MMT) as the structure of layered silicate, good thermal stability and cut off performance, on the compatibility of crumb rubber modified asphalt can be improved, so as to greatly improve the waste rubber powder modified asphalt road use performance.

Prepared by physical blending method in this paper the crumb rubber /MMT composite modified asphalt, and through the thin film oven test (TFOT) heating, indoor accelerated ultraviolet (UV) aging experiment, dynamic shear rheological experiment (DSR) test, the physical properties of the composite modified asphalt, aging properties and rheological properties were studied. Based on the physical properties of the composite modified asphalt test showed that after adding organic montmorillonite(OMMT) increases asphalt high temperature physical properties, the ductility have certain harm. Through through the

thin film oven heating experiment and indoor accelerated ultraviolet aging experiments show that the OMMT to join the hot oxygen aging and ultraviolet aging performance has good effect, and with the increase of OMMT content, ageing resistance, the better. DSR experimental results show that with the increase of OMMT content, the plural of waste rubber powder modified asphalt shear modulus (G *), phase Angle (δ) increases after the first decreases, and rutting factor (G * / sin δ) increased. At the same time compared to add natural MMT and OMMT of crumb rubber modified asphalt, found that natural MMT modification effect than the OMMT clay improved effect is smaller.

Key words: asphalt; crumb rubber; MMT; rheological properties; aging

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1. 1废胶粉改性沥青 1

1.1.1废胶粉改性沥青的研究目的 1

1.1.2废胶粉改性沥青的研究进展 1

1.1.3废胶粉改性沥青的改性机理 2

1.2废胶粉复合改性沥青 2

1.2.1废胶粉复合改性沥青的改性机理 2

1.2.2废胶粉复合改性沥青的研究进展 2

1.3蒙脱土改性沥青 3

1.3.1蒙脱土的结构 3

1.3.2蒙脱土改性沥青的结构 3

1.3.3有机化蒙脱土的改性机理 4

1.3.4有机化蒙脱土改性沥青的研究进展 4

1.4有机化蒙脱土复合改性沥青 5

1.4.1有机化蒙脱土复合改性沥青的结构和改性机理 5

1.4.2有机化蒙脱土复合改性沥青的研究进展 6

1.5本文研究目的和主要研究内容 6

第二章 废胶粉改性沥青的制备与物理性能 8

2.1实验原料 8

2.1.1基质沥青 8

2.1.2废胶粉 8

2.1.3有机化蒙脱土 8

2.2废胶粉改性沥青的制备 8

2.3蒙脱土/废胶粉复合改性沥青的制备 9

2.4物理性能测试 9

2.4.1实验仪器 9

2.4.2性能测试 9

2.4.2.1软化点测试 9

2.4.2.2延度测试 10

2.4.2.3针入度测试 10

2.4.3结果分析与讨论 10

2.4.3.1.废胶粉掺量对废胶粉改性沥青物理性能的影响 10

2.4.3.2蒙脱土掺量、种类对蒙脱土/废胶粉改性沥青针入度的影响 12

2.4.3.3.蒙脱土掺量、种类对蒙脱土/废胶粉改性沥青软化点的影响 13

2.4.3.4蒙脱土掺量、种类对蒙脱土/废胶粉改性沥青延度的影响 14

2.4.小结 15

第三章 蒙脱土/废胶粉复合改性沥青的老化性能研究 17

3.1实验部分 17

3.1.1实验仪器 17

3.1.2老化试验 17

3.1.2.1薄膜烘箱老化试验（TFOT） 17

3.1.2.2室内加速紫外（UV）老化试验 17

3.1.3结果分析与讨论 17

3.1.3.1老化前后质量变化 17

3.2结论 18

第四章 蒙脱土/废胶粉复合改性沥青的流变性能研究 19

4.1概论 19

4.2实验仪器 20

4.3性能测试 20

4.3.1温度扫描 20

4.4结果分析与讨论 20

4.4.1.蒙脱土对复合改性沥青的老化性能的影响 20

4.4.2.蒙脱土对复合改性沥青流变性能的影响 22

4.4.3蒙脱土对改性沥青的抗车辙性能的影响 23

4.5小结 24

第五章 结论 25

致谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1. 1废胶粉改性沥青

1.1.1废胶粉改性沥青的研究目的

废旧橡胶来源于废弃的轮胎、废胶鞋等橡胶制品，将这些废旧橡胶剪切成粉便成为废胶粉。废旧橡胶是高分子聚合物，自然降解非常困难，而我国是橡胶资源消耗大国，每年的废旧橡胶达到百万吨。如果对于这些废旧橡胶不能进行有效处理，对我们的危害非常大，就会形成黑色污染，影响环境。将这些废胶粉加入到沥青中不仅可以节约资源，还可以改善沥青的高低温性能，因此，是处理废旧橡胶的最为有效的途径之一。但是由于废胶粉具有空间网络结构，与沥青不能形成较好的相容性，使得沥青的性能改善效果不是很理想，没有达到很大的提高。而且废胶粉与沥青在高温时容易形成离析现象，废胶粉凝聚在沥青底层，因此废胶粉改性沥青高温储存性能很差。为了更好的使废胶粉改性沥青达到理想的效果，提高储存稳定性，对废胶粉改性沥青的研究十分有必要。

1.1.2废胶粉改性沥青的研究进展