基本信息
- 項目名稱：
- 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
- 簡介：
- 本項目從環(huán)保及廢舊資源再利用的角度出發(fā)，借助電鏡、旋轉(zhuǎn)粘度計等技術(shù)手段研究不同因素對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)，同時依據(jù)模型可以方便的對膠粉改性瀝青的性能進行預(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)，可促進廢橡膠的資源化利用。
- 詳細介紹：
- 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，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。針對這一現(xiàn)狀，本作品對膠粉在瀝青中作用行為進行分析，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，促進廢橡膠的資源化利用提供理論依據(jù)。以經(jīng)機械粉碎后的廢胎膠粉及常用的基質(zhì)瀝青為基本材料，通過對處理時間、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，并通過旋轉(zhuǎn)粘度計，電鏡顯微觀察等技術(shù)手段，分析實驗前后膠粉的物化特性以及表面特征變化，并通過膠粉改性瀝青黏度、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。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 廢舊輪胎再利用，對解決環(huán)境污染和資源再利用都有所貢獻，但是在實際工程操作中，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。針對這一現(xiàn)狀，本項目通過對多種因素的控制，在不同條件下制取CRMA，并通過旋轉(zhuǎn)粘度計，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、先進性及獨特之處
- 本項目針對膠粉物化及表面特性，膠粉與瀝青的相互作用，進行了大量實驗，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，并運用于指導(dǎo)實踐。本項目的開展，使得針對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)用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目對膠粉與瀝青的物化作用以及微細觀效應(yīng)進行研究分析，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理的研究，為后續(xù)的研究奠定一定的基礎(chǔ)，同時依據(jù)模型可以方便的對膠粉改性瀝青的性能進行預(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全球性問題，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，對微細觀特性方面的認識仍不夠系統(tǒng)深入。本文在不同條件下制備CRMA，并進行旋轉(zhuǎn)粘度測試，分析了膠粉粒徑、膠粉摻量、處理溫度、處理時間以及微波條件對CRMA粘度的影響，采用電子顯微照相技術(shù)觀測膠粉的微觀狀態(tài)變化，進行了膠粉溶脹特性探討。同時，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，本文特別針對膠粉與輕溶劑相互作用進行了研究，為膠粉改性瀝青的實際應(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膠粉改性瀝青粘度影響的預(yù)估模型。并結(jié)合對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)科技作品競賽特等獎。 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)科技作品競賽一等獎。 3、本作品的相關(guān)研究成果撰寫的論文“Research on Comprehensive Utilization of Waste Rubber and Aged Asphalt”已于2010年11月發(fā)表于機械工程與綠色制造湖南國際會議，并已EI檢索。（檢索號：20110213557671） 4、本作品的相關(guān)研究成果撰寫的論文“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際會議，并將于2011年7月在昆明進行學(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)下獨立完成，其所獲獎勵均屬實。
參考文獻
- 當(dāng)前對于膠粉改性瀝青的多數(shù)研究仍偏重于性能方面，在進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)論仍存在爭議；有些開展了膠粉在瀝青中溶脹、擴散行為的研究，但沒有涉及預(yù)估模型，對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)測等方面仍缺少相關(guān)的理論依據(jù)。 主要參考文獻詳見研究論文。
同類課題研究水平概述
- 近年來，隨著CRMA（膠粉改性瀝青）的推廣應(yīng)用，國內(nèi)外研究者逐漸認識到膠粉與瀝青的物化行為以及微細觀作用的重要性，并已經(jīng)逐步開始了這方面的研究。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，同時指出如果溫度太高或時間太長橡膠就會發(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CRMA的影響。Bradle采用高壓凝膠滲透色譜探討了膠粉對瀝青的交互作用和顆粒效應(yīng)。Wang通過掃描電鏡觀測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HP-GPC試驗，研究橡膠瀝青、純?yōu)r青以及3%SBS改性瀝青長期老化后的老化行為。Shen采用HP-GPC評價膠粉瀝青老化特性。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較少。崔海濱研究了膠粉粒徑對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瀝青組分變化的影響。肖鵬、康愛紅、尹繼明、程國香、呂麟華等分別采取不同方式進行了膠粉活化，并分析了膠粉活化對CRMA性能的影響。張小英從橡膠粉—瀝青體系的相對分子質(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，但多數(shù)仍偏重于性能研究，在進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)論仍存在爭議；有些開展了膠粉在瀝青中溶脹、擴散行為的研究，但沒有涉及預(yù)估模型，對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，亟需從新的角度進一步開展膠粉—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。
