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基本信息

項(xiàng)目名稱：
膠粉在瀝青分散體系中的物化作用行為及預(yù)估模型研究
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)目從環(huán)保及廢舊資源再利用的角度出發(fā)，借助電鏡、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)等技術(shù)手段研究不同因素對(duì)膠粉改性瀝青的影響，并建立膠粉溶脹率以及膠粉改性瀝青粘度的預(yù)估模型。本項(xiàng)目拓展了膠粉與瀝青相互作用的研究，為后續(xù)的研究奠定一定的基礎(chǔ)，同時(shí)依據(jù)模型可以方便的對(duì)膠粉改性瀝青的性能進(jìn)行預(yù)估，為膠粉改性瀝青的制備及性能優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)，可促進(jìn)廢橡膠的資源化利用。
詳細(xì)介紹：
環(huán)境污染和資源短缺是全人類發(fā)展所面臨的現(xiàn)實(shí)難題。而輪胎橡膠作為石化工業(yè)的產(chǎn)品有難降解的特性，既造成了難以解決的“黑色污染”，又是一種資源浪費(fèi)，而廢胎膠粉制膠粉改性瀝青(CRMA)則是解決這兩方面難題的有效途徑。但是在實(shí)際工程操作中，由于相關(guān)理論依據(jù)及預(yù)估模型的缺乏，使得這種“有效途徑”的利用受到了限制。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本作品對(duì)膠粉在瀝青中作用行為進(jìn)行分析，建立有效的預(yù)估模型，為優(yōu)化膠粉改性瀝青制備工藝，提高膠粉改性瀝青的性能，促進(jìn)廢橡膠的資源化利用提供理論依據(jù)。以經(jīng)機(jī)械粉碎后的廢胎膠粉及常用的基質(zhì)瀝青為基本材料，通過(guò)對(duì)處理時(shí)間、處理溫度、摻入膠粉粒徑、摻入比例和微波等因素的控制，在不同條件下制取CRMA，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，電鏡顯微觀察等技術(shù)手段，分析實(shí)驗(yàn)前后膠粉的物化特性以及表面特征變化，并通過(guò)膠粉改性瀝青黏度、摻入膠粉溶脹率等參數(shù)表征膠粉在瀝青中的作用，根據(jù)不同條件下物化作用行為參數(shù)的擬合分析，建立膠粉與瀝青相互作用預(yù)估模型。

作品圖片

  • 膠粉在瀝青分散體系中的物化作用行為及預(yù)估模型研究
  • 膠粉在瀝青分散體系中的物化作用行為及預(yù)估模型研究

作品專業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

廢舊輪胎再利用，對(duì)解決環(huán)境污染和資源再利用都有所貢獻(xiàn)，但是在實(shí)際工程操作中，由于相關(guān)理論依據(jù)及預(yù)估模型的缺乏，使得這種利用受到了限制。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)多種因素的控制，在不同條件下制取CRMA，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，電鏡顯微觀察等技術(shù)手段，根據(jù)不同條件下物化作用行為參數(shù)的擬合分析，建立膠粉與瀝青相互作用預(yù)估模型。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本項(xiàng)目針對(duì)膠粉物化及表面特性，膠粉與瀝青的相互作用，進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)深入地分析膠粉在瀝青中的行為作用，由此建立膠粉溶脹預(yù)估模型和膠粉改性瀝青粘度預(yù)估模型，并運(yùn)用于指導(dǎo)實(shí)踐。本項(xiàng)目的開(kāi)展，使得針對(duì)膠粉改性瀝青的研究更為系統(tǒng)和深入，建立了預(yù)估模型，從而使理論與生產(chǎn)實(shí)踐的聯(lián)系更為緊密，能為膠粉改性瀝青的工藝提供更好的理論依據(jù)。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本項(xiàng)目對(duì)膠粉與瀝青的物化作用以及微細(xì)觀效應(yīng)進(jìn)行研究分析，并建立相應(yīng)的預(yù)估模型，拓展了膠粉與瀝青相互作用機(jī)理的研究，為后續(xù)的研究奠定一定的基礎(chǔ)，同時(shí)依據(jù)模型可以方便的對(duì)膠粉改性瀝青的性能進(jìn)行預(yù)估，為膠粉改性瀝青的制備及性能優(yōu)化提供一定的理論依據(jù)，可促進(jìn)廢橡膠的資源化利用。

學(xué)術(shù)論文摘要

廢橡膠輪胎的再生利用是一個(gè)全球性問(wèn)題，將膠粉顆粒應(yīng)用于膠粉改性瀝青（CRMA）是一種節(jié)能而又環(huán)保的有效途徑。但目前CRMA的研究局限于路用性能方面，對(duì)微細(xì)觀特性方面的認(rèn)識(shí)仍不夠系統(tǒng)深入。本文在不同條件下制備CRMA，并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試，分析了膠粉粒徑、膠粉摻量、處理溫度、處理時(shí)間以及微波條件對(duì)CRMA粘度的影響，采用電子顯微照相技術(shù)觀測(cè)膠粉的微觀狀態(tài)變化，進(jìn)行了膠粉溶脹特性探討。同時(shí)，由于膠粉與瀝青的相互作用主要為膠粉與瀝青中輕溶劑組分的相互作用，本文特別針對(duì)膠粉與輕溶劑相互作用進(jìn)行了研究，為膠粉改性瀝青的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，處理溫度升高可以促進(jìn)膠粉在介質(zhì)中溶脹，使CRMA粘度增大；而隨著膠粉目數(shù)增大，膠粉在介質(zhì)中的溶脹率降低，但是CRMA粘度先增后減，并且60目膠粉改性瀝青粘度最大；微波作用可以增強(qiáng)膠粉在瀝青介質(zhì)中的溶脹效果，CRMA粘度增加；膠粉摻入比增加，CRMA的粘度不斷增大。在不同的條件下膠粉的溶脹程度不同，對(duì)CRMA粘度的影響也不同。由此建立膠粉粒徑以及膠粉摻入比對(duì)膠粉改性瀝青粘度影響的預(yù)估模型。并結(jié)合對(duì)輕溶劑與膠粉相互作用的研究，建立膠粉溶脹預(yù)估模型。

獲獎(jiǎng)情況

1、本作品于2011年4月獲我校第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。 2、本作品于2011年6月獲陜西省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。 3、本作品的相關(guān)研究成果撰寫(xiě)的論文“Research on Comprehensive Utilization of Waste Rubber and Aged Asphalt”已于2010年11月發(fā)表于機(jī)械工程與綠色制造湖南國(guó)際會(huì)議，并已EI檢索。（檢索號(hào)：20110213557671） 4、本作品的相關(guān)研究成果撰寫(xiě)的論文“Research on physical and chemical behavior of the crumb rubber in asphalt rubber”已錄用于土木工程和建筑材料國(guó)際會(huì)議，并將于2011年7月在昆明進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。

鑒定結(jié)果

此作品為三位在校本科生在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下獨(dú)立完成，其所獲獎(jiǎng)勵(lì)均屬實(shí)。

參考文獻(xiàn)

當(dāng)前對(duì)于膠粉改性瀝青的多數(shù)研究仍偏重于性能方面，在進(jìn)行膠粉與瀝青的物化行為與微觀特性的研究中，有些僅僅是膠粉與瀝青配伍性及相互作用的初步探討，而且多是定性的描述，某些研究結(jié)論仍存在爭(zhēng)議；有些開(kāi)展了膠粉在瀝青中溶脹、擴(kuò)散行為的研究，但沒(méi)有涉及預(yù)估模型，對(duì)CRMA的粘度形成及微觀效應(yīng)缺乏深入的研究，在CRMA制備工藝的選擇以及性能分析預(yù)測(cè)等方面仍缺少相關(guān)的理論依據(jù)。 主要參考文獻(xiàn)詳見(jiàn)研究論文。

同類課題研究水平概述

近年來(lái)，隨著CRMA（膠粉改性瀝青）的推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外研究者逐漸認(rèn)識(shí)到膠粉與瀝青的物化行為以及微細(xì)觀作用的重要性，并已經(jīng)逐步開(kāi)始了這方面的研究。Chipps、Memon在高溫和高剪切作用下制備CRMA，并分析了高溫和剪切作用對(duì)膠粉改性瀝青粘度和溫度敏感性的影響。Magdy、Navarro分析了膠粉在瀝青中的溶脹速率，膠粉吸收輕組分后的膨脹特性，同時(shí)指出如果溫度太高或時(shí)間太長(zhǎng)橡膠就會(huì)發(fā)生降解。Frantzis采用冷期光學(xué)顯微鏡觀察瀝青中的膠粉顆粒物理特性，并研究膠粉特性對(duì)CRMA的影響。Bradle采用高壓凝膠滲透色譜探討了膠粉對(duì)瀝青的交互作用和顆粒效應(yīng)。Wang通過(guò)掃描電鏡觀測(cè)并研究橡膠顆粒的微觀結(jié)構(gòu)以及多相復(fù)合膠粉改性瀝青中膠粉和基質(zhì)瀝青的界面特性。Xia通過(guò)HP-GPC試驗(yàn)，研究橡膠瀝青、純?yōu)r青以及3%SBS改性瀝青長(zhǎng)期老化后的老化行為。Shen采用HP-GPC評(píng)價(jià)膠粉瀝青老化特性。Zhu、Yang和Huang研究了膠粉改性瀝青的流變性能。由于國(guó)內(nèi)橡膠瀝青的研究和應(yīng)用起步較晚，大多主要偏重于橡膠瀝青的工程應(yīng)用研究，有關(guān)橡膠與瀝青作用行為的研究成果相對(duì)較少。崔海濱研究了膠粉粒徑對(duì)膠粉與瀝青作用效果的影響，分析了瀝青的相容性。龔敬統(tǒng)分析了溶脹與吸附對(duì)瀝青組分變化的影響。肖鵬、康愛(ài)紅、尹繼明、程國(guó)香、呂麟華等分別采取不同方式進(jìn)行了膠粉活化，并分析了膠粉活化對(duì)CRMA性能的影響。張小英從橡膠粉—瀝青體系的相對(duì)分子質(zhì)量分布、溶解度、高溫性質(zhì)方面研究了剪切溫度對(duì)橡膠粉—瀝青體系熱降解規(guī)律的影響。夏崢嶸利用現(xiàn)代儀器分析方法表征了硫化橡膠粉，得到了膠粉的粒徑、組成、表面形態(tài)、元素組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息。綜上所述，CRMA已成為廢物資源化利用和工程材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但多數(shù)仍偏重于性能研究，在進(jìn)行膠粉與瀝青的物化行為與微觀特性的研究中，有些僅僅是膠粉與瀝青配伍性及相互作用的初步探討，而且多是定性的描述，某些研究結(jié)論仍存在爭(zhēng)議；有些開(kāi)展了膠粉在瀝青中溶脹、擴(kuò)散行為的研究，但沒(méi)有涉及預(yù)估模型，對(duì)CRMA的粘度形成及微觀效應(yīng)缺乏深入的研究，在CRMA制備工藝的選擇以及性能分析預(yù)測(cè)等方面仍缺少相關(guān)的理論依據(jù)。因此，亟需從新的角度進(jìn)一步開(kāi)展膠粉—瀝青分散體系的物化行為、微觀效應(yīng)以及預(yù)估模型方面的研究。
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