橡胶沥青工艺原理

2024-09-28

橡胶沥青工艺原理（精选5篇）

橡胶沥青工艺原理篇1

废旧轮胎橡胶粉在公路行业中特别是沥青混合料中的研究、应用在世界上的许多国家和地区都早已展开,如美国的亚利桑那州、德克萨斯州和南非等,橡胶沥青已经成为国外较常用的道路铺筑材料。我国对橡胶沥青的研究也有几十年的历史,通过研究和道路的铺筑,已逐步认识到橡胶沥青路面成本低、稳定性好、降噪以及减薄路面等优点。随着我国公路事业的发展,橡胶沥青在我国公路上的应用也必将蓬勃发展。

胶粉为化学交联结构,不溶解不熔融,其中含有碳黑及各种填加剂,成分十分复杂。因此,制备橡胶改性沥青的关键是使胶粉有效地降解,使其均匀稳定地分散在沥青中,制备的差异会显著影响橡胶沥青的性能,目前世界上普遍认为湿法当中的母料制备工艺生产的橡胶沥青性能优良,因此,针对橡胶沥青湿法工艺中的母料类橡胶沥青相容稳定性的影响因素进行研究。

1 母料制备工艺

母料类橡胶沥青生产工艺包括两个阶段:第一阶段为高浓度的母料制备,在这一过程使胶粉充分降解,均匀稳定地分散在沥青中;第二阶段为母料与其它各种添加剂进行复合改性制备橡胶改性沥青。工艺流程如图1:

2 原材料

采用的沥青为90号欢喜岭沥青。胶粉为市售胶粉,按生产工艺分为常温粉碎法、常温助剂法、冷冻法胶粉。用低温法制备的胶粉粒子,形状规则,粒子表面平滑,呈锐角状态;常温粉碎法制备的胶粉粒子,形状不规则,表面有无数的凹凸,呈毛刺状态;利用溶剂法制备的胶粉比表面积一般比同目数的冷冻法胶粉或粉碎法胶粉都大。试验所用胶粉和沥青分别见表1和表2。

3 相容性影响分析

橡胶改性沥青是一个非常复杂的混合体系,影响因素众多。为了充分认识和了解橡胶改性沥青混合体系相容性的特点和规律,本研究从以下几方面进行:

3.1 胶粉混合时间和温度对改性沥青的影响

母料工艺的关键是胶粉的有效降解,而降解需要一定的混合时间和温度。胶粉是经过硫化的,微观呈交联结构,因此它的降解需要外界提供能量。适宜的温度对胶粉的有效降解起到促进作用。根据相关文献资料的研究,胶粉改性沥青混合过程中,温度最好不低于180℃,不高于230℃,因此,本研究针对180℃和200℃两个不同温度时改性沥青相容性进行研究。混合时间是制备母料的另一个主要因素,母料的充分降解需要有充足的时间保证,但是过长的混合时间既浪费了能源,同时还可能引起不必要的副反应发生,因此确定一最佳制备温度和时间至关重要。胶粉SC改性沥青离析(软化点之差)试验结果如表3和图2。

根据试验结果可以看出,在不同混合温度下,母料离析(软化点之差)均随混合时间的延长而逐渐变小。这说明随着时间的延长,胶粉在高温能量作用下均匀分散、溶解在基质沥青中,形成均相的热稳定体系。但不同的是,混合温度为200℃时,母料达到稳定所需时间较短,与180℃的改性沥青相比差2h左右。在混合温度为200℃时,混合2h即达到良好的稳定,继续增加时间离析变化不大。表明温度的升高能够加速胶粉降解,提高母料的稳定性,时间的延长对母料的稳定也有积极作用,但是当母料降解到一定程度后,时间的延长对母料稳定性的影响不再明显。

综上,利用胶粉SC制备橡胶沥青的混合时间一般为2～3h,混合温度200℃为宜。

3.2 胶粉对母料稳定性的影响

胶粉的不同加工工艺、尺寸都会造成胶粉表面状态以及物理性能的差异,这些差异直接影响到胶粉在沥青中的溶胀、分散、降解等过程,进而对橡胶改性沥青性能产生影响。

3.2.1 不同品种胶粉对母料稳定性的影响

图3为不同品种胶粉制备母料的稳定性随混合时间变化趋势。由图3可见,不同生产工艺胶粉对改性沥青的稳定性影响很大,胶粉SC和胶粉DH制备的改性沥青稳定性都很好,软化点差很小,均在2℃以下,并且随混合的时间延长差值进一步降低,最终趋于稳定,而冷冻胶粉的软化点差均大于7℃,并且随混合时间的延长变化不大。表明常温粉碎法胶粉和常温助剂法胶粉较易制备出稳定的改性沥青,而冷冻法胶粉在所考察的时间范围内均无法得到稳定的改性沥青,不适合于制备改性沥青。

3.2.2 胶粉粒径对母料稳定性的影响

胶粉的粒径也是影响改性沥青性能的重要因素。胶粉目数是胶粉的粗细程度,目数越大,胶粉越细,60目(含60目)以上称为精细胶粉,以下成为普通胶粉。本研究选用28、40、80目胶粉SC在添加少量相容剂后制备改性沥青,离析性随时间的变化如图4所示:

由图4可见,对于填加不同目数胶粉的改性沥青,随着混合时间的延长均能趋于稳定, 28目和40目胶粉SC制备的母料达到稳定所需时间明显少于80目的,在混合1h后即能达到稳定,之后变化不大;而80目胶粉在混合初期稳定性明显差于40目,通过长时间的混合后,软化点明显下降,3h以后稳定性与40目的达到同一水平。

产生差别的原因在于:目数低的胶粉粒径较大,在机械能的作用下,易被剪切,因此在混合初期降解效果就比较明显,而目数较高的胶粉由于粒径较小,不易被剪切,因此,在初期降解效果不明显,但随着时间的延长,在体系中热能与机械能的双重作用下,胶粉的降解效果更加突出,与沥青的相容性更好。

3.2.3 胶粉加入量对母料稳定性的影响

对于橡胶改性沥青稳定性,除需要考虑以上因素影响外,胶粉加入量的影响也十分重要,本研究考察了利用40目胶粉SC,制备了加入量分别为15%、25%、35%的改性沥青母料,进而考察改性沥青的稳定性随母料混合时间的变化,结果见图5。

由图5可见,随着混合时间的延长,三种母料的离析均呈下降趋势,但存在明显不同,胶粉加入量越高,改性沥青越容易达到稳定,软化点差越小。当胶粉加入量为35%时,混合1h软化点差就低于2℃以下变化;而另外两种掺量,软化点差要经过较长时间才可达到稳定。

分析可知,胶粉加入量越高,粒子堆砌密度越大,在高速剪切作用下,彼此之间相互摩擦剧烈,易被剪切,导致降解程度高,表现出较好的稳定性能。但胶粉加入量过大带来搅拌的困难,因此要兼顾胶粉加入量和搅拌的可能性,浓度选择为20%～35%为宜。

4 结论

通过分析母料工艺法橡胶改性沥青离析试验,系统地研究了混合条件(时间、温度)、胶粉品种、尺寸和加入量对橡胶改性沥青稳定性的影响,得到的结论如下:

(1)母料制备工艺混合条件对橡胶改性沥青性能影响很大,适宜的混合温度为200℃,混合时间为3～4h,在这种条件内改性沥青稳定性良好。

(2)不同品种胶粉对沥青的改性效果明显差异,常温助剂法胶粉和常温粉碎法胶粉制备的母料均能达到稳定,离析低于2℃,而冷冻法胶粉在所考察的混合时间范围内均无法达到稳定,离析达7℃以上。

(3)胶粉粒径对改性沥青的常规性能影响不大,采用粗胶粉和精细胶粉均可制备性能良好的改性沥青。

(4)胶粉加入量越高,母料达到稳定所需时间越短,但胶粉加入量过大带来搅拌越困难,兼顾胶粉加入量和搅拌的可能性,选择20%～35%为宜。

摘要：通过对母料工艺橡胶沥青离析性试验分析,来研究橡胶粉与基质沥青的相容性,找出母料工艺橡胶沥青相容性影响因素,提高改性效果。

关键词：橡胶沥青,离析,相容,母料

参考文献

[1]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]JTJ052—2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[3]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2003.

橡胶沥青工艺原理篇2

§3-6炭黑对橡胶的补强机理

炭黑补强作用使橡胶的力学性能提高，同时也使橡胶在粘弹变形中由粘性作用而产生的损耗因素提高。例如tanδ、生热、损耗模量、应力软化效应提高。因应力软化效应能够比较形象地说明大分子滑动补强机理，因此将两者结合一起讨论。一．应力软化效应

（一）应力软化效应的含义

硫化胶试片在一定的试验条件下拉伸至给定的伸长比λ1时，去掉应力，恢复。第二次拉伸至同样的λ1时所需应力比第一次低，如图3-18所示，第二次拉伸的应力-应变曲线在第一次的下面。若将第二次拉伸比增大超过第一次拉伸比λ1时，则第二次拉伸曲线在λ1处急骤上撇与第一次曲线衔接。若将第二次拉伸应力去掉，恢复。第三次拉伸，则第三次的应力应变曲线又会在第二次曲线下面。随次数增加，下降减少，大约4~5次后达到平衡。上述现象叫应力软化效应，也称为Mullins效应。应力软化效应用拉伸至给定应变所造成的应变能下降百分率ΔW表示。（3-10）

式中 W1 —第一次拉伸至给定应变时所需要的应变能；

W2 —第一次拉伸恢复后，第二次（或更多次数）再拉伸至同样应变时所需的应变能。

（二）应力软化效应的影响因素

应力软化效应代表一种粘性的损耗因素，所以凡是影响粘弹行为的因素对它均有影响。填料及其性质对应力软化效应有决定性作用。1．填充的影响

2．填料品种对应力软化效应的影响 3．炭黑品种对应力软化效应的影响

总的趋势是补强性高的炭黑应力软化效应比较高，反之亦然。

（三）应力软化的恢复

应力软化有恢复性，但在室温下停放几天，损失的应力恢复很少，而在100℃×24h真空中能恢复大部分损失的应力。因为炭黑的吸附是动态的，在恢复条件下，橡胶大分子会在炭黑表面重新分布，断的分子链可被新链代替。剩下的不能恢复的部分称为永久性应力软化作用。

二．炭黑的补强机理

近半个世纪以来，人们对炭黑补强机理曾进行了广泛的探讨。各个作者提出的机理虽然能说明一定的问题，但有局限性。随着时间进展，橡胶补强机理也在不断地深化和完善。橡胶大分子滑动学说的炭黑补强机理是一个比较完善的理论。现将各种论点简述如下。

（一）容积效应

（二）弱键和强键学说

（三）Bueche的炭黑粒子与橡胶链的有限伸长学说

（四）壳层模型理论

核磁共振研究已证实，在炭黑表面有一层由两种运动状态橡胶大分子构成的吸附层。在紧邻着炭黑表面的大约0.5nm（相当于大分子直径）的内层，呈玻璃态；离开炭黑表面大约0.5~5.0nm范围内的橡胶有点运动性，呈亚玻璃态，这层叫外层。这两层构成了炭黑表面上的双壳层。关于双壳层的厚度Δγc，报道不一，不过基本上是上述范围。这个双壳的界面层内中的结合能必定从里向外连续下降，即炭黑表面对大分子运动性的束缚不断下降，最后到橡胶分子不受束缚的自由状态。

图3-22 炭黑填充的硫化胶的非均质模型

A相—进行微布朗运动的橡胶分子链；B相—交联团相；C相—被填料束缚的橡胶相

对壳层补强作用的解释是双壳层起骨架作用。提出了填充炭黑橡胶的不均质结构示意图，见图3-22。图中A相为自由大分子，B相为交联结构，C相为双壳层，该理论认为C相起着骨架作用联结A相和B相，构成一个橡胶大分子与填料整体网络，改变了硫化胶的结构，因而提高了硫化胶的物理机械性能。

（五）橡胶大分子链滑动学说

这是比较新和比较全面的炭黑补强理论。该理论的核心是橡胶大分子能在炭黑表面上滑动，由此解释了补强现象。炭黑粒子表面的活性不均一，有少量强的活性点以及一系列的能量不同的吸附点。吸附在炭黑表面上的橡胶链可以有各种不同的结合能量，有多数弱的范德华力的吸附以及少量的化学吸附。吸附的橡胶链段在应力作用下会滑动伸长。大分子滑动学说的基本概念可用示意图3-23表示。

（1）表示胶料原始状态，长短不等的橡胶分子链被吸附在炭黑粒子表面上。

（2）当伸长时，这条最短的链不是断裂而是沿炭黑表面滑动，原始状态吸附的长度用点标出，可看出滑移的长度。这时应力由多数伸直的链承担，起应力均匀作用，缓解应力集中为补强的第一个重要因素。

（3）当伸长再增大，链再滑动，使橡胶链高度取向，承担大的应力，有高的模量，为补强的第二个重要因素。由于滑动的摩擦使胶料有滞后损失。滞后损失会消耗一部分外力功，化为热量，使橡胶不受破坏，为补强的第三个因素。

（4）是收缩后胶料的状况，表明再伸长时的应力软化效应，胶料回缩后炭黑粒子间橡胶链的长度差不多一样，再伸长就不需要再滑动一次，所需应力下降。在适宜的情况（如膨胀）下，经过长时间，由于橡胶链的热运动，吸附与解吸附的动态平衡，粒子间分子链长度的重新分布，胶料又恢复至接近原始状态。但是如果初次伸长的变形量大，恢复常不超过50%。

图3-23 橡胶大分子滑动学说补强机理模型

也发生滑移，全部分子链高度取向，高定伸，缓解应力集中，应力均匀，滑动耗能；4—恢复，炭黑粒子间的分子链有相等的长度，应力软化再滑移，BB1—原始状态；2—中等拉伸，AA

§3-7 白炭黑一．白炭黑的制造

白炭黑的制备多采用两种方法，即煅烧法和沉淀法。

煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多卤化硅（SiClx）为原料在高温下热分解，进行气相反应制得。

干法白炭黑粒径极小，约为15~25nm，飞扬性极大。气相法白炭黑杂质少，补强性好，但制备复杂且成本高，主要用于硅橡胶中，所得产品为透明、半透明状，产品的物理机械性能和介电性能良好，耐水性优越。

沉淀法白炭黑普遍采用硅酸盐（通常为硅酸钠）与无机酸（通常使用硫酸）中和沉淀反应的方法来制取水合二氧化硅。

沉淀法白炭黑粒径较大，约为20~40nm，纯度较低，补强性比煅烧法差，胶料的介电性能特别是受潮后的介电性能较差，但价格便宜，工艺性能好。可单用于NR、SBR等通用橡胶中，也可与炭黑并用，以改善胶料的抗屈挠龟裂性，使裂口增长减慢。二．白炭黑的结构 1．白炭黑的化学结构

白炭黑的95~99%的成分是SiO2，经X射线衍射证实，因白炭黑的制法不同，其结构有不同差别。气相法白炭黑内部结构几乎完全是排列紧密的硅酸三维网状结构，这种结构使粒子吸湿性小，表面吸附性强，补强作用强。而沉淀法白炭黑的结构内除了生成三维结构的硅酸外，还残存有较多的二维结构硅酸，致使结构疏松，有很多毛细管结构，很易吸湿，以致降低了它的补强活性。2．白炭黑的结构

白炭黑的结构象炭黑，它的基本粒子呈球形。在生产过程中，这些基本粒子在高温状态下相互碰撞而形成了以化学键相连结的链枝状结构，这种结构称之为基本聚集体。链枝状结构彼此以氢键吸附又形成了次级聚集体结构，这种聚集体在加工混炼时易被破坏。三．白炭黑的表面化学性质 1．表面基团

图3-24 白炭黑的表面模型

相邻羟基（在相邻的硅原子上），它对极性物质的吸附作用十分重要；隔离羟基，主要存在于脱除水分的白炭黑表面上。这种羟基的含量，气相法白炭黑比沉淀法的要多，在升高温度时不易脱除；双羟基，在一个硅原子上连有两个羟基。

白炭黑表面的基团具有一定的反应性，表面的反应包括：失水及水解反应、与酰氯反应、与活泼氢反应、形成氢键等。2．白炭黑表面的吸附作用

白炭黑表面有很强的化学吸附活性，这与表面羟基有关。它可以和水以氢键形式结合，形成多分子吸附层。除此之外，它还可与许多有机小分子物质发生吸附作用。

多官能团的胺类或醇类的吸附性高于单官能团的，所以SiO2胶料中常用乙醇胺、乙二醇、三乙醇胺等多官能团化合物做活性剂。3．热行为

将白炭黑加热就会放出水分，随温度升高，放出水分量增加。在150~200℃之前，放出水最多，200℃以后趋向平缓，有明显的转折点，见图3-25。折点以前主要是吸附水脱附，折点后是表面羟基缩水反应。四．白炭黑对胶料工艺性能和硫化胶性能的影响

（一）白炭黑对胶料工艺性能的影响 1．胶料的混炼与分散

白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多，而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。为获得良好的分散，就要求初始混炼时，保持尽可能高的剪切力，以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏，而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。为此，白炭黑应分批少量加入，以降低生热。适当提高混炼温度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。2．白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制

白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂，但有一个使混炼胶硬化的问题，一般称为“结构化效应”。其结构化随胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。对此有两种解释，一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合；另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑表面羟基形成氢键。

防止结构化有两个途径，其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在160~200℃下处理0.5~1h。这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上消除结构化。3．胶料的门尼粘度

白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下，因此在混炼白炭黑时，胶料的门尼粘度提高，以致于恶化了加工性能，故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。在IIR中往往加入石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类，用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异，一般可达15-30%。在NR中，以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好，合成的软化剂效果不大，矿物油的软化效果最低。4．胶料的硫化速度

白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂有较强的吸附作用，因此明显地迟延硫化。为了避免这种现象，一方面可适当地提高促进剂的用量；另一方面可采用活性剂，使活性剂优先吸附在白炭黑表面，这样就减少了它对促进剂的吸附。

活性剂一般是含氮或含氧的胺类、醇类、醇胺类低分子化合物。对NR来说胺类更适合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺等。对SBR来说，醇类更适合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性剂用量要根据白炭黑用量、PH值和橡胶品种而定，一般用量为白炭黑的1~3%。

（二）白炭黑对硫化胶性能的影响

白炭黑对各种橡胶都有十分显著的补强作用，其中对硅橡胶的补强效果尤为突出。

白炭黑是一种补强效果仅次于相应炉法炭黑的白色补强剂。含一定量白炭黑的硫化胶与相应炉法炭黑（如HAF）补强的硫化胶相比，具有强度高、伸长率大，撕裂强度高、硬度高、绝缘性好等优点。通常将炭黑和白炭黑并用，可以获得较好的综合性能。五．白炭黑的发展与应用方向 1．存在的问题（1）加工性能；（2）静电问题；（3）价格问题

2．白炭黑的发展与应用方向

当前，白炭黑的发展向高分散性、精细化、造粒化和表面改性化等方面发展。§3-7 有机补强剂

橡胶用有机补强剂包括合成树脂和天然树脂，但并非所有树脂都可用作补强剂。用作补强剂的树脂多为合成产品，如酚醛树脂、石油树脂及古马隆树脂。天然树脂有木质素等。许多树脂在胶料中同时兼有多种功能，如酚醛树脂可用作补强剂、增粘剂、纤维表面粘接剂、交联剂及加工助剂。石油树脂、高苯乙烯树脂也有多种功能。一．酚醛树脂

一般橡胶专用补强酚醛树脂的聚合必须加入第三单体，并通过油或胶乳改性合成的酚醛树脂，使其具有高硬度、高补强、耐磨、耐热及加工安全和与橡胶相容性好的特征。通用橡胶补强酚醛树脂主要有间苯-甲醛二阶酚醛树脂、贾树油或妥尔油改性二阶酚醛树脂和胶乳改性酚醛树脂。

酚醛树脂的化学结构特征如图3-27所示。

图3-27 酚醛树脂的化学结构特征

R1，R2为不同的烷基；X，Y为非金属原子或烷基

线形酚醛树脂商业化的产品主要有：美国Occidental公司的Durez系列、Schenectady公司的SP系列、Summit公司的Duphene系列、Polymer Applications公司的PA53系列；德国BASF公司的Koreforte系列；法国CECA公司的R系列；我国常州常京化学有限公司的PFM系列。

酚醛树脂主要用于刚性和硬度要求很高的胶料中，尤其常用于胎面部位（胎冠和胎面基部）和胎圈部位（三角胶和耐磨胶料）。二．石油树脂

石油树脂是石油裂解副产物的C5、C9馏分经催化聚合所制得的分子量油状或热塑性烃类树脂。按化学成分可分为芳香族石油树脂（C5树脂）、脂肪族石油树脂（C9树脂）、脂肪-芳香族树脂（C5/C9共聚树脂）、双环戊二烯树脂（DCPD树脂）以及这些树脂加氢后的加氢石油树脂。

C5石油树脂还可进一步分为通用型、调和型和无色透明型3种。DCPD树脂又有普通型、氢化型和浅色型3种之分。C9石油树脂，按原材料预处理及软化点分为PR1和PR2两种型号和多种规格。C5石油树脂软化点多在100℃左右，主要作为增粘剂用于NR和IR胶料中。C9石油树脂软化点为 90~100℃，主要用于油墨和涂料；软化点在120℃以上的C9石油树脂还可用作橡胶补强剂。C5/C9石油树脂为C5和C9两种成分兼有的树脂，软化点为 90~100℃，主要用于NR和SBR等橡胶和苯乙烯型热塑性弹性体。DCPD石油树脂软化点为 80~100℃，用于轮胎、涂料和油墨。氢化的DCPD树脂软化点可高达 100~140℃，主要用于各种苯乙烯型热塑性弹性体和塑料中。三．苯乙烯树脂

常用的高苯乙烯树脂由苯乙烯和丁二烯共聚制得，苯乙烯含量在85%左右，有橡胶状、粒状和粉状。高苯乙烯树脂

§3-10 新型纳米增强技术

近年来，橡胶的纳米增强及纳米复合技术日益引起人们浓厚的兴趣。纳米材料已在许多科学领域引起了广泛的重视，成为材料科学研究的热点。纳米复合材料（nanocomposite）被定义为：补强剂（分散相）至少有一维尺寸小于100nm。与传统的复合材料相比，由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用，橡胶纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学性能、热学性能，为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。

作为纳米粉体，炭黑和白炭黑均具有纳米材料的大多数特性（如强吸附效应、自由基效应、电子隧道效应、不饱和价效应等）。根据炭黑和白炭黑的原生粒子以及它们在橡胶基质中的一次聚集体的尺寸，炭黑和白炭黑增强橡胶也属于纳米复合材料。也正因为如此，炭黑和白炭黑的高增强地位一直很难被取代。一．插层复合法 1．原理和分类

插层复合法是制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的方法。首先将单体或聚合物插入经插层剂处理的层状硅酸盐片层之间，进而破坏硅酸盐的片层结构，使其剥离成厚为1nm、面积为100nm×100nm的层状硅酸盐基本单元，并均匀分散在聚合物基体中，以实现高分子与粘土类层状硅酸盐在纳米尺度上的复合。按照复合过程，插层复合法可分为两大类。

（1）插层聚合（intercalation polymerization）。先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中，然后原位聚合，利用聚合时放出的大量热量克服硅酸盐片层间的作用力，使其剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合。

（2）聚合物插层（polymer intercalation）。将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合，利用力化学或热力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中。

按照聚合反应类型的不同，插层聚合可以分为插层缩聚和插层加聚两种。聚合物插层又可分为聚合物溶液插层和聚合物熔融插层两种。从结构的观点来看，聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料可分为插层型（intercalated）和剥离型（exfolicated）纳米复合材料两种类型，其结构示意图见图3-28所示。

在插层型聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中，聚合物插层进入硅酸盐片层间，硅酸盐的片层间距虽有所扩大，但片层仍然具有一定的有序性。在剥离型纳米复合材料中，硅酸盐片层被聚合物打乱，无规分散在聚合物基体中的是一片一片的硅酸盐单元片层，此时硅酸盐片层与聚合物实现了纳米尺度上的均匀混合。由于高分子链在层间受限空间与层外自由空间有很大的差异，因此插层型聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料可作为各向异性的功能材料，而剥离型聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料具有很强的增强效应。

图3-28 聚合物/层状硅酸盐复合材料的结构示意图

（a）相分离型微米复合材料；（b）插层型纳米复合材料；（c）剥离型纳米复合材料 2．层状硅酸盐

具有层状结构的粘土矿物包括高岭土、滑石、膨润土、云母四大类。目前研究较多并具有实际应用前景的层状硅酸盐是2：1型粘土矿物，如钠蒙脱土、锂蒙脱土和海泡石等，其单元晶层结构如图3-29所示。

层状硅酸盐的层间有可交换性阳离子，如Na+、Ca2+、Mg2+等，它们可与无机金属离子、有机阳离子型表面活性剂等进行阳离子交换进入粘土层间。通过离子交换作用导致层状硅酸盐层间距增加。在适当的聚合条件下，单体在片层之间聚合可能使层间距进一步增大，甚至解离成单层，使粘土以1nm厚的片层均匀分散在聚合物基体中。

图3-29 2:1型页硅酸盐单元晶层的结构

（片层的厚度约为1nm，层间距也约为1nm，片层的直径范围约为30nm到几个微米之间）3．插层剂的选用原则

插层剂的选择在制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的过程中是极其重要的一个环节，需要根据聚合物基体的种类以及复合工艺的具体条件来选择。

选择合适得插层剂需要重点考虑以下几个方面的因素：

（1）容易进入层状硅酸盐晶片间的纳米空间，并能显著增大粘土晶片间片层间距。

（2）插层剂分子应与聚合物单体或高分子链具有较强的物理或化学作用，以利于单体或聚合物插层反应的进行，并且可以增强粘土片层与聚合物两相间得界面粘结，有助于提高复合材料的性能。（3）价廉易得，最好是现有得工业品。

目前在制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料时常用的插层剂有烷基铵盐、季铵盐、吡啶类衍生物和其他阳离子型表面活性剂等。层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料的性能特点是：纳米分散相为形状比（面积/厚度比）非常大的片层填料，限制大分子变形的能力比球形增强剂更强（但弱于常规短纤维），因而橡胶/粘土纳米复合材料具有较高的模量、硬度、强度等高增强性和其他特殊性能如：优异的气体阻隔性能和耐小分子溶胀和透过性能，耐油、耐磨、减震、阻燃、耐热、耐化学腐蚀。适用于轮胎内胎、气密层、薄膜、胶管、胶辊、胶带、胶鞋等制品。

二、溶胶-凝胶法

用溶胶-凝胶法原位生成SiO2增强橡胶是橡胶的纳米增强领域最为活跃的课题，其原理是将二氧化硅的某些反应前体，如四乙氧基硅烷（TEOS）等引入橡胶基质中，然后通过水解和缩合直接生成均匀分散的纳米尺度的SiO2粒子，从而对橡胶产生优异的增强作用。这种复合技术通常是在硫化胶中完成，TEOS最终在硫化胶网络中形成了粒径为10~50nm的SiO2粒子，该粒子直径分布窄，分散非常均匀，性能明显超过了直接填充沉淀法SiO2增强的橡胶。用此技术已制备了SBR，BR，聚二甲基硅氧烷（PDMS），NBR，IIR等纳米复合材料。橡胶/纳米SiO2复合材料中的分散相分散非常均匀，分散相的化学成分及结构、尺寸及其分布、表面特性等均可以控制，这不但为橡胶增强的分子设计提供了可能性，也为橡胶增强理论的研究提供了对象和素材。用该方法制备的纳米复合材料具有很高的拉伸强度和撕裂强度，优异的滞后生热和动/静态压缩性能，在最优化条件下的综合性能明显超过炭黑和白炭黑增强的橡胶纳米复合材料。限于技术的成熟性和产品的成本，该方法在橡胶工业中的广泛应用仍需进一步探讨。三．原位聚合增强法

近十年来，不饱和羧酸盐/橡胶纳米复合材料的研究日益受到人们的关注。这是一种利用原位自由基聚合生成分散相的纳米复合材料。所谓“原位聚合”增强，是指在橡胶基体中“生成”增强剂，典型的方法如在橡胶中混入一些与基体橡胶有一定相容性的带有反应性官能团的单体物质，然后通过适当的条件使其“就地”聚合成微细分散的粒子，并在橡胶中形成网络结构，从而产生增强作用。不饱和羧酸金属盐增强橡胶就是“原位聚合”增强的典型例子。1．不饱和羧酸盐的制备

不饱和羧酸盐的通式可用Mn+(RCOO-)n表示，其中M为价态为n的金属离子，R为不饱和烯烃。RCOO-可以是丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）和马来酸等的羧酸根离子，其中AA和MAA等α，β-不饱和羧酸最为常见。不饱和羧酸盐的制备一般是通过金属氧化物或氢氧化物与不饱和羧酸进行中和反应制得的。不饱和羧酸盐也可在橡胶中原位制得，即将金属氧化物和不饱和羧酸直接加入橡胶中，让中和反应在橡胶中原位发生。一般是在密炼机中将金属氧化物和橡胶混合均匀，再加入不饱和羧酸。2．不饱和羧酸盐补强橡胶的特点

早期不饱和羧酸盐作为过氧化物的活性交联助剂，提高交联效率。80年代后，不饱和羧酸盐在橡胶中的应用得到重视，发现不饱和羧酸盐不仅可以改善硫化特性，而且直接用不饱和羧酸盐补强的橡胶也具有较高的硬度和强度，逐渐用于一些产品的制造，如用于高尔夫球芯。日本ZEON公司也开发了商品名为ZSC的复合材料，应用于汽车零部件、油田开采等领域。与传统的炭黑补强相比，不饱和羧酸盐补强橡胶有以下特点：（1）在相当宽的硬度范围内都有着很高的强度；

（2）随着不饱和羧酸盐用量的增加，胶料粘度变化不大，具有良好的加工性能；（3）在高硬度时仍具有较高的伸长率；（4）较高的弹性。

3．不饱和羧酸盐补强橡胶的机理

不饱和羧酸盐补强的橡胶中存在着大量的离子交联键并分散着纳米粒子，这种结构特点使硫化胶具有独特的性能。

离子交联键具有滑移特性，能最大限度地将应力松弛掉，并产生较大的变形，因此能够赋予硫化胶高强度、高的断裂伸长率。不饱和羧酸盐在橡胶基体中发生聚合反应，生成的聚盐以纳米粒子的形式存在在橡胶中，并有一部分不饱和羧酸盐接枝到橡胶大分子上，从而改善了橡胶与填料粒子间的相容性。

谈橡胶沥青混凝土施工工艺篇3

随着筑路事业的蓬勃发展,对路面的施工要求越来越严格,质量要求越来越高,在公路建设中增加公路使用寿命,降低成本,对废旧物品处理保护环境成为了迫在眉睫的问题。因此,通过对废旧轮胎处理加工制成的橡胶粉成为了公路施工中橡胶沥青混凝土这个新型工艺中的重要材料,也成为了一个处理废旧轮胎的重要途径。橡胶沥青作为一种新型工艺,具有能够延长路面使用寿命,延缓路面由于温度、车压等原因形成的裂缝,降低行车噪声及降低成本等方面优点。基于以上优点在介休至霍州段改建工程中,把原设计的沥青混凝土上面层(SBS AC-16Ⅰ型)变更为橡胶沥青(AR)(表1～表3中各种数据反映出橡胶沥青比一般沥青的优越性)。

1 橡胶沥青的应用

橡胶沥青可用于沥青混凝土、应力吸收层、应力吸收中间层、防水粘结层、碎石封层或其他的路面结构功能层。在介休至霍州段改建公路工程施工中,上面层的沥青混凝土采用的就是橡胶沥青这个新型工艺。

2 橡胶沥青的加工

橡胶沥青的生产宜采用现场加工方式。现场加工这种方法在美国加利福尼亚州、亚利桑那州等国家使用比较普遍。一般作为抗滑表层使用,具有十分显著的降低行车噪声的效果。同时,南非研究认为,对于超载或重载交通,使用橡胶沥青混凝土有显著效果。介霍路改建工程路面设计年限为15年,路面结构以双轮组单轴轴载100 kN为标准轴载,在对现有车型和未来车型的预测分析中,大货车50%的车辆超载30%,因此,在介霍改建路中使用橡胶沥青。介霍施工采用的是3000型沥青混凝土拌和站现场加工。

2.1 加工橡胶沥青的流程及所用的设备

加工橡胶沥青的基本流程主要分为四步,见图1。

1)第一步:

原材料的添加;

2)第二步:

原材料的预混;

3)第三步:

反应过程(橡胶沥青);

4)第四步:

质量监控(橡胶沥青)。

2.2 橡胶沥青的加工

1)搅拌法加工对橡胶沥青比较适用。橡胶沥青加工前,加工设备的计量装置应在计量机构进行专门标定。固定式的加工设备应按计量有效期年限的频率进行标定,而移动式加工设备在每个工程开工前要进行标定。

2)橡胶沥青生产宜采用间歇式生产橡胶沥青(橡胶沥青生产可分为连续式和间歇式)。

3)橡胶沥青的加工温度宜控制在180 ℃～190 ℃,但不应超过210 ℃,当增大废胎胶粉掺量比例时,加工温度可适当的提高。

4)橡胶沥青搅拌时间应为45 min～60 min。

5)橡胶沥青出锅时应及时检测各项指标,当采用连续式生产时,应每隔45 min～60 min抽样检测橡胶沥青的技术指标(橡胶沥青技术标准见表4)。

3橡胶沥青的拌制

3.1拌和厂的准备

拌和设备要求在远离生活区,不能使交通堵塞,并且排水设施要完备。各集料设置防雨棚并分隔存储,细集料也要设防雨棚,并且场地要做硬化,防止泥土污染细集料。

3.2橡胶沥青混合料的拌和

1)橡胶沥青混合料的拌和分为干拌和湿拌两种工艺。

2)温度的控制对橡胶沥青混合料的拌和非常重要。温度要掌控得宜,否则出来的成品混合料就会发干或者是呈流质状,这样的混合料都是不能用于路面施工的。橡胶沥青混合料的拌和温度按表5控制。

℃

3)干拌工艺有两个关键环节和一般沥青混凝土不同:a.废胎胶粉的量如何准确的添加,可根据实际施工使用中的技术要求来确定。一般合理掺量为沥青质量的20%～30%(外掺)。b.准确掌握拌和温度和拌和时间。拌和时间根据沥青混合料试拌的具体情况确定,橡胶沥青的拌和温度见表6。

在介霍公路改建工程第六合同段施工中,由于橡胶沥青混凝土是新型工艺,接触并不多,在刚开始铺筑试验段的时候,遇到很多困难,就是因为橡胶沥青的掺量和温度控制不好,所以在施工中,这两个是关键。

℃

4)湿拌法橡胶沥青混合料生产过程也有两个关键:一个是温度;另一个是时间。其中温度主要包括橡胶沥青的加工温度、存储温度、混合料的拌和温度;时间主要包括橡胶沥青的加工时间、存储时间、混合料的拌和时间。

4结语

以上几点主要从橡胶沥青混凝土的优点、使用及混合料拌制等几个方面进行了论证,较好地解决了施工中可能出现的问题,降低了成本,提高各项效率,从而为生产沥青混凝土路面工程施工创造了更好的条件。

摘要：理论联系实际介绍了橡胶沥青混凝土抗压、减噪、成本低等优点,并从橡胶沥青混凝土的应用、拌制等方面简浅的论述了橡胶沥青混凝土的施工工艺,较好地解决了现场可能出现的问题,为沥青混凝土路面施工创造了更好的条件。

关键词：橡胶沥青,应用,加工,拌制

参考文献

[1]交通部公路科学研究院.交通运输部“材料节约与循环利用专项行动计划”推广项目系列指南之三——《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]JT/T740-2009,路面橡胶沥青灌缝胶[S].

橡胶沥青工艺原理篇4

橡胶沥青碎石封层是指在半刚性基层与沥青路面面层之间加铺一层橡胶沥青,然后撒布一定规格的单粒级碎石,形成一个稳定的界面功能层,能够吸收裂缝部位的集中应力,有效延缓沥青路面反射裂缝的发生,起到应力吸收层的作用;有效阻止水分渗入基层,避免出现水损害,并具有良好的层间粘结作用。

通过橡胶沥青层高弹性恢复、高粘结的特性,能消减和吸收基层温缩裂缝产生的应力,达到预防和延缓沥青面层不出现反射裂缝的作用。同时,较厚的连续沥青膜能完全阻断外部水进入基层。

2 施工工艺

2.1 原材料

基质沥青:一般采用90号道路石油沥青,检测指标满足路面设计要求。

橡胶粉:采用常温粉碎研磨生产的28目橡胶胎胶粉。

橡胶沥青:橡胶沥青中橡胶粉的掺量应根据实际使用的技术要求确定。通常来说,橡胶粉的掺量越大,橡胶沥青的粘度也越大,相应的路用性能也越好,但施工和易性会下降。因此,橡胶粉的掺量有一定的合理范围,本项目橡胶粉的内掺比例为19%～20%。

一般本工程中橡胶沥青采用现场生产的方式进行供应,根据其性能衰减较快的特点,橡胶沥青供应运输半径控制在25km以内,尽可能缩短沥青的衰减时间,保证橡胶沥青在加工为成品后6个小时内用完,确保沥青的各项技术指标。

检测指标包括:粘度、软化点、弹性恢复、延度、针入度,详见表1。

石料:石料采用反击式破碎机轧制的石灰岩碎石,石料粒径为9.5～13.2mm,其规格满足石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体的要求。为充分保证石料的洁净、干燥,需定制一套石料加热除尘设备,施工前对石料进行加热、除尘、筛分,除去不合格石料,同时消除粉尘,使石料有利于与橡胶沥青良好粘结,石料通常加温到80～90℃,运输到施工现场,石料的实际撒布温度应控制在65～75℃之间,充分满足不低于60℃的技术要求。

石料各项力学指标满足高速公路的技术要求,如表2:

2.2 施工机械设备

为保证施工质量,坚持以高标准配齐与本工程质量、进度相适应的施工机械,主要投入情况如表3:

2.3 施工工艺

(1)前期准备:

施工前对现场技术人员及操作人员进行岗前技术交底和安全教育。对基层顶面认真清扫,然后用空压机顺风向吹净浮尘,达到表面清洁无杂质,同时对构造物要进行有效遮盖,避免洒布橡胶沥青时造成污染。施工前对各种施工机械做全面检查,调试洒布设备使其处于良好的状态,并标定沥青洒布量及碎石撒布量;对沥青洒布及碎石撒布设备进行认真清理,检查储油罐中的残油是否已经清除干净,并认真检查施工机械车轮,严禁将污染物带上施工作业面。

(2)橡胶沥青洒布:

洒布前先在原结构层划上标志线,并使施工车辆与标志线对齐;洒布过程中,洒布车保持匀速行驶,确保洒布均匀,洒布车速度控制在5～10km/h;沥青的洒布温度控制在195℃以上,地表温度、气温在15℃和20℃以上,橡胶沥青洒布量采用2.3kg/m2,洒布量控制精度为±5%。现场人员随时抽查沥青洒布量和温度。

在洒布过程中,应注重横向、纵向接缝的施工处理,注意橡胶沥青的洒布状态,发现局部过多或漏喷则应采用人工进行适当清除或补洒,每车洒布完成后对沥青用量进行总量检测,以保证沥青洒布量的准确,施工完成后对车内的剩余沥青进行清空。

注:油毡纸试件尺寸为500mm×500mm

(3)碎石撒布:

碎石撒布温度应不低于60℃,在撒布过程中,撒布车应保持匀速行驶,确保撒布均匀。碎石撒布量以覆盖表面70%～80%为准,用量为13～14kg/m2,对于局部撒布量不足的地方,应人工补足。现场人员要随时目测碎石撒布的最大间隙,最大间隙要小于碎石最大粒径。为避免碎石撒布车与橡胶沥青粘连,对其载重轮进行适量洒水,以浸润轮胎为标准,不能造成水自由流淌到粘结层上。为保证撒布的均匀性,严格控制撒布车辆启动阶段的横纵向的接缝位置,避免出现重叠和漏撒现象。

(4)接缝处理

横缝的处理:横缝采用对接法处理方式。在每段接头处,用铁板或油毡纸横铺在本段起点前及终点后,以准确进行横向衔接,洒布车经过后应及时取走铁板或油毡纸。

纵缝的处理:在进行接缝处理时,第一幅右侧的橡胶沥青正常喷洒,而碎石则要减少一个卸料槽的宽度,从而为接缝做好准备,第二幅左侧的橡胶沥青洒布与第一幅交叉重叠10 cm左右(两个喷嘴形成的半个扇面重叠),使橡胶沥青用量刚好达到正常要求,左侧碎石撒布正常,右侧减小一个卸料槽宽度,以此类推,直至到最边幅时施工右侧调整到正常状态。

(5)压实及成型:

全幅碾压遍数为3遍。碾压时,遵循先慢后快的原则,碾压速度2～2.5km/h,碾压时每次轮迹应至少重叠300mm,以充分保证压实效果。

(6)浮料收集:

施工结束24h后,采用强力扫刷车对施工后的路段进行清扫,保证清扫后路面无浮料。同时不允许车辆在封层后的段落上调头和急转弯。

3 质量控制

3.1 橡胶沥青喷洒的均匀性

(1)橡胶沥青的喷洒温度不能过低,否则导致喷洒粘度过大,容易造成橡胶沥青雾化效果差,分布不均匀,如图1效果:

(2)橡胶沥青喷洒温度也不宜过高,否则易造成沥青粘度快速衰减,对工程质量造成不良影响,综合实践经验,其喷洒温度宜控制在200～210℃。

3.2 温度对施工的影响

(1)碾压是该工艺施工的重要环节,在碾压时必须注意温度的变化,通过施工实践摸索,当碎石温度降至50～55℃时碾压既不粘轮,压实效果也不受影响。

(2)气温和地表温度直接影响着石料与橡胶沥青的结合能力,温度过低时,橡胶沥青失去了爬升能力,与石料的结合性能降低,会出现严重的脱粒现象。当室外温度低于20℃,地表温度低于15℃时,应停止该工艺施工。

3.3 人工修复

在碾压的同时,对于铺筑的部分出现不均匀现象时,应及时进行人工处理,同时压路机要进行及时碾压,使修补的石料与橡胶沥青充分粘结,形成良好整体,在人工修复时做到不漏点、无浮料。

3.4 交工检测

施工阶段的检测项目包括:橡胶沥青指标、橡胶沥青洒布量、集料洒布量、刹车试验、外观检查等。

检测方法及检测标准见表7:

4 结束语

橡胶沥青工艺原理篇5

1 橡胶沥青混合料设计

1.1 基质沥青

基质沥青采用与沥青面层相同标号的沥青,即A级-70号道路石油沥青,福建省公路项目改性沥青采购招标文件以及《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004的要求。

1.2 橡胶粉

本项目橡胶粉采用30目(注:目数越大,表示颗粒越细)的常温法研磨粉碎的斜交胎胶粉,胶粉掺量为17.6%~30%(外掺)。外掺19%左右的橡胶粉通常可以满足橡胶沥青的技术指标,具体掺量应以满足橡胶沥青技术指标为目标,根据试验确定。正式实施前,应考察橡胶粉厂家,尽可能选择具有高速公路橡胶沥青供货经验的,而且胎源稳定、可靠的供应商。废胎胶粉应满足以下技术要求:(1)外观。废胎胶粉应质地均匀,不应含有目测可见的木屑、砂砾、玻璃和污染物等杂质。废胎胶粉中的纤维不应结团,且不应有呈编织状的纤维颗粒。(2)物理性能。(3)筛分规格。(4)化学性能。

橡胶沥青所用废胎胶粉尚应满足《路用废胎硫化橡胶粉》JTT 797-2011的要求。

1.3 橡胶沥青

橡胶沥青的技术指标要求详见《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》JT/T798-2011。

2 橡胶沥青应力吸收层施工工艺

2.1 橡胶沥青混合料拌合

拌合机产能应不小于80t/h,生产前施工单位应对其进行调试,保证设备的正常运转和计量系统的准确。

反应罐应尽量接近搅拌站,以减少连接管道的长度,并采用较大功率的沥青泵或采用较粗管道。生产前应提前30~60分钟预热连接管道。

温拌剂及沥青加入后,先湿拌35~40s,使橡胶沥青温度控制在185~195℃。由于不添加矿粉,故石料温度不可太高,需控制在180~190℃之间,并保证出厂混合料温度控制在175~185℃。超过195℃的混合料应废弃。

2.2 储存和运输

橡胶沥青应力吸收层的混合料在储存和运输过程中,其稳定性甚至要好于一般沥青混合料。这主要是由于橡胶沥青混合料在储存和运输过程中的浸润作用使其性能可进一步提高,故从储存和运输方面看,橡胶沥青应力吸收层混合料的施工性能较好,不存在问题。

2.3 摊铺和碾压

橡胶沥青混合料对摊铺温度要求较严,不应低于160℃,并且要求碾压开始后的温度不应低于150℃,复压时不应低于135℃,终压时不应低于90℃。