基本信息
- 项目名称：
- 胶粉在沥青分散体系中的物化作用行为及预估模型研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目从环保及废旧资源再利用的角度出发，借助电镜、旋转粘度计等技术手段研究不同因素对胶粉改性沥青的影响，并建立胶粉溶胀率以及胶粉改性沥青粘度的预估模型。本项目拓展了胶粉与沥青相互作用的研究，为后续的研究奠定一定的基础，同时依据模型可以方便的对胶粉改性沥青的性能进行预估，为胶粉改性沥青的制备及性能优化提供一定的理论依据，可促进废橡胶的资源化利用。
- 详细介绍：
- 环境污染和资源短缺是全人类发展所面临的现实难题。而轮胎橡胶作为石化工业的产品有难降解的特性，既造成了难以解决的“黑色污染”，又是一种资源浪费，而废胎胶粉制胶粉改性沥青(CRMA)则是解决这两方面难题的有效途径。但是在实际工程操作中，由于相关理论依据及预估模型的缺乏，使得这种“有效途径”的利用受到了限制。针对这一现状，本作品对胶粉在沥青中作用行为进行分析，建立有效的预估模型，为优化胶粉改性沥青制备工艺，提高胶粉改性沥青的性能，促进废橡胶的资源化利用提供理论依据。以经机械粉碎后的废胎胶粉及常用的基质沥青为基本材料，通过对处理时间、处理温度、掺入胶粉粒径、掺入比例和微波等因素的控制，在不同条件下制取CRMA，并通过旋转粘度计，电镜显微观察等技术手段，分析实验前后胶粉的物化特性以及表面特征变化，并通过胶粉改性沥青黏度、掺入胶粉溶胀率等参数表征胶粉在沥青中的作用，根据不同条件下物化作用行为参数的拟合分析，建立胶粉与沥青相互作用预估模型。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 废旧轮胎再利用，对解决环境污染和资源再利用都有所贡献，但是在实际工程操作中，由于相关理论依据及预估模型的缺乏，使得这种利用受到了限制。针对这一现状，本项目通过对多种因素的控制，在不同条件下制取CRMA，并通过旋转粘度计，电镜显微观察等技术手段，根据不同条件下物化作用行为参数的拟合分析，建立胶粉与沥青相互作用预估模型。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目针对胶粉物化及表面特性，胶粉与沥青的相互作用，进行了大量实验，系统深入地分析胶粉在沥青中的行为作用，由此建立胶粉溶胀预估模型和胶粉改性沥青粘度预估模型，并运用于指导实践。本项目的开展，使得针对胶粉改性沥青的研究更为系统和深入，建立了预估模型，从而使理论与生产实践的联系更为紧密，能为胶粉改性沥青的工艺提供更好的理论依据。
应用价值和现实意义
- 本项目对胶粉与沥青的物化作用以及微细观效应进行研究分析，并建立相应的预估模型，拓展了胶粉与沥青相互作用机理的研究，为后续的研究奠定一定的基础，同时依据模型可以方便的对胶粉改性沥青的性能进行预估，为胶粉改性沥青的制备及性能优化提供一定的理论依据，可促进废橡胶的资源化利用。
学术论文摘要
- 废橡胶轮胎的再生利用是一个全球性问题，将胶粉颗粒应用于胶粉改性沥青（CRMA）是一种节能而又环保的有效途径。但目前CRMA的研究局限于路用性能方面，对微细观特性方面的认识仍不够系统深入。本文在不同条件下制备CRMA，并进行旋转粘度测试，分析了胶粉粒径、胶粉掺量、处理温度、处理时间以及微波条件对CRMA粘度的影响，采用电子显微照相技术观测胶粉的微观状态变化，进行了胶粉溶胀特性探讨。同时，由于胶粉与沥青的相互作用主要为胶粉与沥青中轻溶剂组分的相互作用，本文特别针对胶粉与轻溶剂相互作用进行了研究，为胶粉改性沥青的实际应用提供理论依据。结果表明，处理温度升高可以促进胶粉在介质中溶胀，使CRMA粘度增大；而随着胶粉目数增大，胶粉在介质中的溶胀率降低，但是CRMA粘度先增后减，并且60目胶粉改性沥青粘度最大；微波作用可以增强胶粉在沥青介质中的溶胀效果，CRMA粘度增加；胶粉掺入比增加，CRMA的粘度不断增大。在不同的条件下胶粉的溶胀程度不同，对CRMA粘度的影响也不同。由此建立胶粉粒径以及胶粉掺入比对胶粉改性沥青粘度影响的预估模型。并结合对轻溶剂与胶粉相互作用的研究，建立胶粉溶胀预估模型。
获奖情况
- 1、本作品于2011年4月获我校第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2、本作品于2011年6月获陕西省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 3、本作品的相关研究成果撰写的论文“Research on Comprehensive Utilization of Waste Rubber and Aged Asphalt”已于2010年11月发表于机械工程与绿色制造湖南国际会议，并已EI检索。（检索号：20110213557671） 4、本作品的相关研究成果撰写的论文“Research on physical and chemical behavior of the crumb rubber in asphalt rubber”已录用于土木工程和建筑材料国际会议，并将于2011年7月在昆明进行学术交流。
鉴定结果
- 此作品为三位在校本科生在指导老师指导下独立完成，其所获奖励均属实。
参考文献
- 当前对于胶粉改性沥青的多数研究仍偏重于性能方面，在进行胶粉与沥青的物化行为与微观特性的研究中，有些仅仅是胶粉与沥青配伍性及相互作用的初步探讨，而且多是定性的描述，某些研究结论仍存在争议；有些开展了胶粉在沥青中溶胀、扩散行为的研究，但没有涉及预估模型，对CRMA的粘度形成及微观效应缺乏深入的研究，在CRMA制备工艺的选择以及性能分析预测等方面仍缺少相关的理论依据。 主要参考文献详见研究论文。
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着CRMA（胶粉改性沥青）的推广应用，国内外研究者逐渐认识到胶粉与沥青的物化行为以及微细观作用的重要性，并已经逐步开始了这方面的研究。Chipps、Memon在高温和高剪切作用下制备CRMA，并分析了高温和剪切作用对胶粉改性沥青粘度和温度敏感性的影响。Magdy、Navarro分析了胶粉在沥青中的溶胀速率，胶粉吸收轻组分后的膨胀特性，同时指出如果温度太高或时间太长橡胶就会发生降解。Frantzis采用冷期光学显微镜观察沥青中的胶粉颗粒物理特性，并研究胶粉特性对CRMA的影响。Bradle采用高压凝胶渗透色谱探讨了胶粉对沥青的交互作用和颗粒效应。Wang通过扫描电镜观测并研究橡胶颗粒的微观结构以及多相复合胶粉改性沥青中胶粉和基质沥青的界面特性。Xia通过HP-GPC试验，研究橡胶沥青、纯沥青以及3%SBS改性沥青长期老化后的老化行为。Shen采用HP-GPC评价胶粉沥青老化特性。Zhu、Yang和Huang研究了胶粉改性沥青的流变性能。由于国内橡胶沥青的研究和应用起步较晚，大多主要偏重于橡胶沥青的工程应用研究，有关橡胶与沥青作用行为的研究成果相对较少。崔海滨研究了胶粉粒径对胶粉与沥青作用效果的影响，分析了沥青的相容性。龚敬统分析了溶胀与吸附对沥青组分变化的影响。肖鹏、康爱红、尹继明、程国香、吕麟华等分别采取不同方式进行了胶粉活化，并分析了胶粉活化对CRMA性能的影响。张小英从橡胶粉—沥青体系的相对分子质量分布、溶解度、高温性质方面研究了剪切温度对橡胶粉—沥青体系热降解规律的影响。夏峥嵘利用现代仪器分析方法表征了硫化橡胶粉，得到了胶粉的粒径、组成、表面形态、元素组成和化学结构等信息。综上所述，CRMA已成为废物资源化利用和工程材料领域研究的热点，但多数仍偏重于性能研究，在进行胶粉与沥青的物化行为与微观特性的研究中，有些仅仅是胶粉与沥青配伍性及相互作用的初步探讨，而且多是定性的描述，某些研究结论仍存在争议；有些开展了胶粉在沥青中溶胀、扩散行为的研究，但没有涉及预估模型，对CRMA的粘度形成及微观效应缺乏深入的研究，在CRMA制备工艺的选择以及性能分析预测等方面仍缺少相关的理论依据。因此，亟需从新的角度进一步开展胶粉—沥青分散体系的物化行为、微观效应以及预估模型方面的研究。
