废食用油预脱硫胶粉改性沥青反应机理与流变性能研究

As asphalt rubber can’t be stored stably, the application of rubberized asphalt has been restricted. High temperature curing can devulcanize and depolymerize the rubber; hence, the storage problem of rubberized asphalt can be solved. Based on the technology, Terminal Blend rubberized asphalt is applied successfully in America. However, since asphalt can’t resist high temperature, part of asphalt component will volatilize during devulcanization thus resulting in explosion and aging problems. By drawing lessons from rubber devulcanization at high temperature, rubber is devulcanized at high temperature with the help of waste cooking oil, which has high flashing point. Storage stable and high performance modified asphalt can be prepared with this kind devulcanized rubber. The preparation can be divided into devulcanization period and re-crosslinking period. In microcosm, the chemical structure changes, while from a macro level perspective, rheology properties change. In the aspect of microstructure, chemical structure of devulcanized rubber and modified asphalt thereof will be analyzed using chemical analytical methods. As to macro mechanics performance, various rheometers will be used to characterize rheology properties at varying temperature. Fuethermore, the relationship between rheology properties and chemical structure will be built to bridge between macro rheological properties and microscopic parameters. The research results will support modified asphalt design, production and performance evaluation.

橡胶沥青不能稳定存贮制约了胶粉改性沥青的推广应用。高温可使胶粉发生脱硫、裂解，相应技术可解决胶粉改性沥青稳定存贮问题，基于此原理的Terminal Blend胶粉改性沥青技术在美国得到成功应用，但由于沥青不耐高温，在脱硫反应中易挥发，会产生燃爆与老化等新问题。借鉴胶粉高温脱硫思想，利用废食用油闪点高的特点，将胶粉加入到废食用油进行高温条件下的预脱硫，制备存贮稳定、性能良好的改性沥青。该新型改性沥青包括脱硫和再交联两个反应阶段，微观上表现为化学结构的变化，宏观上表现为流变性能的变化。在微观结构方面，采用化学分析手段对预脱硫胶粉及其改性沥青的化学结构进行测试与分析。在宏观力学性能方面，通过多种流变仪对材料的宽温域流变性能进行表征与评价，并建立化学结构与流变性能之间的关系，以期构建材料宏观流变性能与微观结构参数之间的联系，用以指导新型改性沥青的设计、生产和性能评价。

采用废食用油代替沥青对胶粉进行预脱硫处理，能够解决胶粉预脱硫技术与生物沥青存在的问题，有助于实现橡胶沥青的稳定化、工厂化生产，是一项经济、环保、可持续发展的沥青改性技术。预脱硫胶粉改性沥青的两阶段涉及复杂的化学反应与流变行为，需要深入系统的研究。本项目在不同脱硫温度、脱硫时间、胶油比等工艺下制备废食用油预脱硫胶粉，将FTIR、GPC、XPS、SEM等手段联用，从分子结构、分子量分布、元素组成、微观形态等多角度揭示预脱硫胶粉的化学机制；量化微观结构以表征胶粉的脱硫裂解程度；通过DSR考察预脱硫胶粉的黏弹特性，建立微观结构变化与宏观力学行为的联系。选用中轻度脱硫裂解的预脱硫胶粉制备改性沥青，利用FTIR、GPC、组分分析等技术揭示改性机理，提出预脱硫胶粉对沥青的稀释与补充双重作用；通过DSR、BBR、布氏黏度评价改性沥青流变性能，初步评判不同预脱硫胶粉的适用性；推荐胶油比为6:4，掺量不低于30%。为提高预脱硫胶粉改性沥青的高温性能，在理化状态适中的预脱硫胶粉中添加不同剂量的SBS和硫磺进行复合改性；采用流变主曲线、复数剪切模量、回复率等指标评价复合改性沥青的流变性能；基于FTIR、GPC、荧光显微镜分析沥青微观结构，揭示预脱硫胶粉、SBS、硫磺与基质沥青的再交联过程，考察预脱硫胶粉与不同来源基质沥青的配伍性；从微观视角解释宏观流变性能的变化规律。通过分析重要官能团指数的增减幅度，评价预脱硫胶粉改性沥青的耐老化性能，确定改性剂各组分对沥青老化行为的影响。采用DSR、GPC和荧光显微镜对存储不同时间与次数的预脱硫胶粉改性沥青进行稳定性评价；通过优选复合改性沥青的加工工艺，获得高性能、存贮稳定的预脱硫胶粉改性沥青。对高性能预脱硫胶粉改性沥青进行混合料设计和路用性能检验，发现在抗水损害、高温抗车辙、低温抗裂及疲劳性能方面均有优异表现。研究成果对阐明预脱硫胶粉改性沥青反应机理，把握微观结构与宏观性能关系，研制高性能胶粉改性沥青，提高废旧资源利用率有重要意义。