热解炭黑及其偶联产物改性沥青PG分级研究

Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2019, 8(4), 271-280Published Online July 2019 in Hans. /journal/ojtthttps:///10.12677/ojtt.2019.84033Study on Classification of Pyrolytic CarbonBlack and Its Coupled Product ModifiedAsphalt PGWei Song1, Youwei Gan21Institute of Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology, Changsha Hunan2Communications Design & Research Institute Co., Ltd. of Jiangxi Province, Nanchang JiangxiReceived: Jul. 4th, 2019; accepted: Jul. 22th, 2019; published: Jul. 29th, 2019AbstractIn order to investigate the performance of pyrolysis carbon black (PCB) modified asphalt, the coupled carbon black (referred to as coupled PCB) was prepared by PCB and PCB coupling treat-ment to prepare modified asphalt and composite modified asphalt. PG grading test, separation test and viscosity test of PCB modified asphalt, coupled PCB modified asphalt and PCB-SBS composite modified asphalt under different dosages were studied. The PCB and coupled PCB content were used to study the matrix asphalt, SBS modified asphalt with high and low temperature perfor-mance and storage stability and mixing compaction temperature. The results show that the PG classification is 64-22 when the PCB content in the matrix asphalt is from 0% to 25%; the PG clas-sification is 70-22 when the PCB content in the SBS modified asphalt is from 0% to 20%. When the amount is 25%, the PG grade reaches 76-22; the storage stability of the PCB modified asphalt is significantly improved compared with the PCB, but the PG grade is unchanged. It is recommended that the amount of pyrolytic carbon black is not more than 15% in the matrix asphalt, 10% in the SBS modified asphalt, and 15% in the coupled PCB.KeywordsRoad Engineering, PCB, Modified Asphalt, Coupling, SBS热解炭黑及其偶联产物改性沥青PG分级研究宋伟1，甘有为21长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙2江西省交通设计研究院有限公司，江西南昌宋伟，甘有为收稿日期：2019年7月4日；录用日期：2019年7月22日；发布日期：2019年7月29日摘 要为探讨热解炭黑(PCB)改性沥青的性能，以PCB 、及对PCB 进行偶联处理制备偶联炭黑(简称偶联PCB)为研究对象，制备改性沥青及复合改性沥青。

试验通过不同掺量下PCB 改性沥青、偶联PCB 改性沥青、PCB-SBS 复合改性沥青的PG 分级试验、离析试验和黏度试验，研究了PCB 、偶联PCB 掺量对基质沥青、SBS 改性沥青高低温性能、贮存稳定性、拌和温度与压实温度的影响。

研究结果表明：基质沥青中PCB 掺量从0%至25%时PG 分级都为64-22；SBS 改性沥青中PCB 掺量从0%至20%时PG 分级都为70-22，在掺量为25%时PG 分级达到76-22；偶联PCB 相比PCB 改性沥青贮存稳定性显著提升，但PG 分级无变化。

建议热解炭黑在基质沥青中掺量不超过15%，在SBS 改性沥青中掺量为10%；偶联PCB 掺量为15%。

关键词道路工程，PCB ，改性沥青，偶联，SBSCopyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/1. 引言2016年全国废旧轮胎产生量在3亿条左右，且每年产生的废旧轮胎正在以8%~10%的速度急剧增加。

到2020年，我国废旧轮胎数量将达2000万吨[1]。

废旧轮胎综合利用途径主要包括翻新、再生橡胶、橡胶粉、热解等，其中废旧轮胎微负压热解技术，实现了废旧轮胎100%环境无害化回收再利用，其主要产物是热解炭黑[2]。

研究表明，工业炭黑作为沥青外掺剂在掺量为10%~15%时显著改善原有沥青的温度敏感性与抗磨耗性[3]。

热解炭黑价格约为工业炭黑的1/4，为其用于沥青改性提供了经济条件[4]。

黄科等利用X 射线衍射证明热解炭黑是各种型号工业炭黑的混合物[5]。

田泉[6]通过热解炭黑沥青混合料试验表明，添加热解炭黑后动稳定度显著提升。

K. Lee 等人[7]使用热解炭黑改性沥青评价AC-13的混合料性能，结果表明在掺入5%热解炭黑时混合料路面性能达到最佳效果。

Z. G. Feng 等[8]发现热解炭黑作为外掺剂在掺量小于10%时，其改性沥青贮存稳定性满足规范要求。

珠力克[9]用N880工业炭黑及其改性炭黑制备改性沥青，结果表明工业炭黑与改性炭黑皆改善了沥青的高温物理性能，改性炭黑流变、老化及低温性能显著优于工业炭黑。

综上，工业炭黑的掺入显著提升了沥青的高温性能，但微、纳米粉末物质的掺入有可能降低改性沥青的低温性能[10]。

偶联剂可增加热解炭黑的活性，进而改善其在沥青中的黏结性能，本研究将通过热解炭黑，文中简称PCB 及其偶联产物的改性沥青SHRP 试验探讨热解炭黑及其偶联产物改性沥青的PG 分级以及两者的高低温性能规律。

2. 原材料2.1. 基质沥青采用岳阳宝利阿尔法70#基质沥青及华特SBS (I-D)。

依照公路工程沥青及沥青混合料试验规程对研宋伟，甘有为究中所用的沥青进行检测，其检测结果见表1与表2。

Table 1. Alpha 70# matrix asphalt test results表1.阿尔法70#基质沥青检验结果检测指标基质沥青技术要求检测指标基质沥青技术要求针入度(25℃, 100 g, 5 s) (0.1 mm) 69.4 60~80 闪点(℃) 320 ≥260针入度指数PI −0.67 −1.5~+1.0 溶解度(%) 99.8 ≥99.5软化点(TR＆B) (℃) 48.5 ≥46密度(15℃) (g/cm3) 1.040 -动力粘度(60℃) (Pa∙s) 189 ≥180RTFOT 残留延度(5 cm/min, 10℃) (cm) 7 ≥610℃延度(cm) 37 ≥15残留针入度比(25℃) (%) 61.8 ≥61 15℃延度(cm) 大于100 ≥100蜡含量(%) 2.0 ≤2.2质量变化(%) −0.12 ±0.8Table 2. Walter SBS modified asphalt test results表2.华特SBS改性沥青检验结果检测指标SBS 技术要求检测指标SBS 技术要求针入度(25℃, 100 g, 5 s) (0.1 mm) 55 40~60 溶解度(%) 99.7 ≥99针入度指数PI，不小于0.1 0 离析实验，48 h软化点差，163℃0.8 ≤2.5延度(5 cm/min, 5℃) (cm) 34 ≥20弹性恢复，25℃, 10 cm, 60 min, % 95 ≥75软化点(TR&B) (℃) 87 ≥60RTFOT 残留延度(5 cm/min，5℃) (cm) 21 ≥15动力粘度，(60℃) (Pa∙s) 8000 -残留针入度比(25℃) (%) 80 ≥65运动粘度，135℃，(Pa∙s) 2.1 ≤3闪点(℃) 318 ≥230质量变化(%) 0.06 ±1.0 2.2. 热解炭黑选用上海金匙环保科技股份有限公司生产的热解炭黑。

表3为炭黑检验结果。

Table 3. PCB test results表3. 热解炭黑检验结果性能检测指标检测结果性能检测指标检测结果硬度邵尔硬度，(%) 60.0 撕裂性能(直角) 中值，(KN/m) 36.0化学数据吸碘值，(g/kg) 81 门尼粘度KPa 35.5 手工DBP，(10−5 m3/kg) 76硫化性能T = 145℃T10，(min) 3.03 PH 6.54 T90，(min) 22.25 挥发份，(%) 6.2拉伸性能145℃* 30 min拉断伸长率，(%) 565.2 45 µm筛余物，(ppm) 68 拉伸强度，(MPa) 25.8加热减量，(%) 2.4 100%定伸，(MPa) 2.2 着色强度，(%) 50 200%定伸，(MPa) 5.0 灰分，(%) 14.0 300%定伸，(MPa) 8.9宋伟，甘有为2.3. 偶联剂要使热解炭黑在沥青中的分散性提高，需解决热解炭黑表面大量灰分[11]导致的活性低、结合力较差问题，本研究选用淮安和元化工的HY105钛酸酯偶联剂对热解炭黑进行偶联，以期改善热解炭黑改性沥青的低温性能。