張文才

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)廢舊聚合物（主要指廢舊塑料）改性瀝青及瀝青混合料方面的研究較多，大都集中在對(duì)其改性機(jī)理、性能、儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面。成墾[1]應(yīng)用不同標(biāo)號(hào)瀝青作為基質(zhì)瀝青，用廢舊RPE、廢舊RPP、裂化廢舊塑料及廢舊RPE、RPP混雜料4種改性劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性研究，得出：相比較而言，裂化廢舊塑料改性劑的綜合性能較高。白玉鳳等人[2]通過(guò)對(duì)不同含量廢舊塑料改性瀝青及改性瀝青混合料的三大指標(biāo)及高溫車(chē)轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：廢舊塑料改性劑可以提高改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能，但隨著改性劑含量的增加，改性效果逐漸降低，得出改性瀝青中廢舊塑料改性劑最佳含量為5.5%左右（以瀝青質(zhì)量計(jì)）。對(duì)廢舊塑料改性瀝青混合料高溫性能?chē)?guó)內(nèi)外研究人員均認(rèn)為具有積極作用，對(duì)于低溫性能方面的改善存在不同的觀點(diǎn)，大部分研究認(rèn)為廢舊塑料對(duì)改性瀝青混合料的低溫性能存在負(fù)面影響[3]。

劉宇杰[4]對(duì)于硫磺改性瀝青進(jìn)行了工程應(yīng)用方面的研究，主要對(duì)硫磺材料選擇、添加工藝方案、溫控技術(shù)指標(biāo)、運(yùn)輸及攤鋪碾壓等瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得出硫磺改性瀝青技術(shù)具有綠色、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的市場(chǎng)發(fā)展前景。吳靜秋[5]應(yīng)用99.7%純度的硫磺改性劑對(duì)70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青混合料進(jìn)行改性研究，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)方法，研究了不同含量的硫磺改性劑對(duì)改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損性能、疲勞性能影響研究，分析測(cè)試表明：硫磺改性劑對(duì)瀝青混合料的高溫性能和疲勞性能有明顯效果，但對(duì)于低溫性能、抗水損性能有負(fù)面影響，綜合對(duì)比考慮，建議最佳硫磺改性劑添加量為20%～30%。趙永樂(lè)等人[6]認(rèn)為焦化硫膏是一種較難處置和利用的材料，但硫含量越高的硫膏在改性瀝青及改性瀝青混合料中可作為重要的改性劑使用。同時(shí)，因焦化硫膏中一般都含有苯、多環(huán)芳烴、萘、茚、芴、菲等有害物質(zhì)，因此如果作為瀝青改性劑應(yīng)用，就要降低其含量。

雖然廢舊塑料及焦化硫膏各自均對(duì)瀝青及瀝青混合料的性能有積極的改性效果，但是文獻(xiàn)未見(jiàn)廢舊塑料與焦化硫膏共混改性后制備一種新型瀝青改性劑，本論文的目的就是利用現(xiàn)有擠出造粒技術(shù)，由二者作為主體原材料制得改性劑并研究其改性瀝青機(jī)理，為了便于與現(xiàn)有改性劑有所區(qū)別，本文所制改性劑命名為PGSM-01。

1 原材料

殼牌AH-90瀝青主要技術(shù)指標(biāo)：針入度（25℃，5 s，0.1 mm）89、軟化點(diǎn)46 ℃、15 ℃延度120 cm：殼牌新粵（佛山）瀝青有限公司；集料（石灰?guī)r、礦粉）：山西喜躍發(fā)道路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司；硫膏（SP）：太原第二熱電廠脫硫工段，主要成分及其含量見(jiàn)表1；IN（H2S抑制劑）、DOP：濟(jì)南欣昊昌化工有限公司；MAPE（PE接枝馬來(lái)酸酐）：尚溪（上海）化工助劑有限公司；RPE（再生聚乙烯）：東莞市中閩新材料科技有限公司；RPP（再生聚丙烯）：萊州梓羽進(jìn)出口有限公司。RPE、RPP主要性能見(jiàn)表2。

表1 SP主要成分及其含量

表2 RPE、RPP主要性能

2 PGSM-01制備

PGSM-01配方為RPE（70份）、RPP（30份）、S（30份）、IN（2份）、MAPE（1份）。制備工藝為：a）常溫下按配方將原料加入高混機(jī)中；b）混合均勻后原料進(jìn)入上料機(jī)；c）從上料機(jī)進(jìn)入主機(jī)料倉(cāng)；d）通過(guò)喂料系統(tǒng)進(jìn)入主機(jī)；e）通過(guò)雙螺桿機(jī)擠出造粒；f）在一定溫度及壓強(qiáng)下，擠出條狀產(chǎn)品，然后進(jìn)入水槽進(jìn)行水浴冷切；g）冷卻固化后進(jìn)入吹干機(jī)吹干；h）進(jìn)入切粒機(jī)造粒。

3 試驗(yàn)方法

選用AC-13級(jí)配（未去粉、礦料級(jí)配見(jiàn)表3），油石比按4.4%，并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》制得試件并進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。

表3 礦料級(jí)配表

4 結(jié)果與討論

4.1 濕拌合時(shí)間對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度影響

考慮到PGSM-01中部分硫含量對(duì)黏度的影響，PGSM-01添加量按瀝青混合料質(zhì)量的9%計(jì)，比較不同濕拌合時(shí)間對(duì)PGSM-01改性瀝青混合料高溫性能的影響。

濕拌合時(shí)間不僅影響拌合樓生產(chǎn)效率、工期進(jìn)度，同時(shí)對(duì)瀝青混料的性能也產(chǎn)生一定的影響，尤其較長(zhǎng)的濕拌合時(shí)間對(duì)瀝青混合料產(chǎn)生老化作用，進(jìn)而影響到路面使用壽命、維修成本等。如果拌合時(shí)間較短，不利于PGSM-01改性劑充分、均勻地分散在瀝青混合料中。該試驗(yàn)中干拌合時(shí)間30 s是由試驗(yàn)室具體確定的，濕拌合時(shí)間分別取150 s、180 s、210 s、240 s討論對(duì)車(chē)轍性能的影響，其他試驗(yàn)條件采取：拌和溫度（170℃）、成型溫度（160℃～165℃）、車(chē)轍試驗(yàn)溫度（60℃）。

不同拌合時(shí)間對(duì)PGSM-01改性瀝青混合料的車(chē)轍影響見(jiàn)圖1、圖2，結(jié)果表明：濕拌合時(shí)間增加，改性瀝青混合料車(chē)轍變形量逐漸減小，其動(dòng)穩(wěn)定度逐漸增加，其原因在于隨著濕拌合時(shí)間延長(zhǎng)，PGSM-01改性劑更利于與石料起到拉絲、加筋、裹附作用，同時(shí)對(duì)瀝青的作用更加明顯，從微觀結(jié)構(gòu)猜測(cè)與瀝青之間所形成的氫鍵等作用力進(jìn)一步增強(qiáng)有關(guān)。但從圖1、圖2看到在180～210 s之間45 min、60 min改性瀝青混合料變形量差距不大，同時(shí)在該拌合時(shí)間條件下動(dòng)穩(wěn)定度已滿(mǎn)足施工要求，考慮到較長(zhǎng)時(shí)間加熱對(duì)瀝青混合料老化及能源消耗等因素，PGSM-01改性瀝青混合料的拌合時(shí)間確定為180 s。

圖1 不同拌合時(shí)間車(chē)轍試驗(yàn)變形量

圖2 不同拌合時(shí)間車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

4.2 拌合溫度對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度影響

討論不同拌合溫度對(duì)PGSM-01改性瀝青混合料的高溫性能影響，試驗(yàn)采用條件如下：

a）拌和時(shí)間 干拌90 s，濕拌180 s；

b）成型溫度 160℃～165℃；

c）車(chē)轍試驗(yàn)溫度 60℃。

拌合溫度對(duì)PGSM-01改性瀝青混合料影響較大，溫度太低不利于改性劑充分與石料、瀝青之間相互作用，起不到應(yīng)有的作用；溫度太高，最明顯的影響有老化、產(chǎn)量降低、成本增加等負(fù)面影響。為了分析溫度對(duì)PGSM-01改性瀝青混合料性能影響，該次試驗(yàn)所采取溫度為：160℃、170℃、180℃、190℃。

試驗(yàn)結(jié)果如表4，數(shù)據(jù)表明：拌合溫度為170℃時(shí)PGSM-01改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)最大值9 000次/mm，整體趨勢(shì)隨著拌合溫度增加，動(dòng)穩(wěn)定度存在最大值，即先增加后減小，其原因在于拌合溫度較低時(shí)PGSM-01改性劑不能充分熔融、拉絲對(duì)石料起到較好加筋作用；溫度過(guò)高時(shí)，瀝青老化性能降低，PGSM-01改性劑分子鏈斷裂以及與瀝青之間作用力降低等因素對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度產(chǎn)生負(fù)面影響。

表4 不同拌和溫度下混合料的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

4.3 低溫抗裂性能試驗(yàn)研究

從表5試驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：AC-13瀝青混合料在添加PGSM-01改性劑后其彎拉破壞強(qiáng)度提高，而且添加比例在1%～5%之間彎拉破壞強(qiáng)度逐漸增大，隨后開(kāi)始減小，在5%時(shí)達(dá)到最大值8.3 MPa。對(duì)于彎曲勁度模量隨著PGSM-01改性劑含量的增加而增加，13%PGSM-01含量時(shí)是普通瀝青混合料彎曲勁度模量的1.14倍。對(duì)于破壞應(yīng)變變化趨勢(shì)與彎拉破壞強(qiáng)度一致，在1%～9%隨著PGSM-01改性劑含量增加而增加，在9%處達(dá)到最大值，隨后開(kāi)始降低，但均大于普通瀝青混合料破壞應(yīng)變值，說(shuō)明PGSM-01改性劑添加后破壞應(yīng)變值提高。

表5 不同摻量PGSM-01低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

4.4 浸水馬歇爾試驗(yàn)

從表6可以看出PGSM-01的加入能夠改善瀝青混合料的穩(wěn)定度，與普通AC-13相比，30 min、48 h浸水馬歇爾試件的穩(wěn)定度均提高，浸水殘留穩(wěn)定度隨PGSM-01改性劑添加量的增加而提高。但兩種參數(shù)均在9%PGSM-01添加量時(shí)存在最大值，這說(shuō)明PGSM-01改性劑對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能有改善和提高，且添加量9%為最佳值。如果僅從浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，PGSM-01改性劑的加入至少不會(huì)影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表6 不同摻量PGSM-01浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

利用廢舊RPE、RPP、SP原材料，并添加一定量的改性劑，通過(guò)雙螺桿機(jī)擠出技術(shù)制備瀝青混合料改性劑PGSM-01，通過(guò)添加不同比例改性劑對(duì)AC-13瀝青混合料性能測(cè)試，得出如下結(jié)論：

a）在拌合溫度（170℃）、成型溫度（160℃～165℃）、車(chē)轍試驗(yàn)溫度（60℃）條件下，最佳濕拌合時(shí)間大于等于180 s。

b）在拌合時(shí)間（干拌90 s、濕拌180 s）、成型溫度（160℃～165℃）、車(chē)轍試驗(yàn)溫度（60℃）條件下，最佳拌合溫度為170℃。

c）通過(guò)不同PGSM-01添加量的改性瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗(yàn)測(cè)試，其破壞強(qiáng)度、彎曲勁度模量、破壞應(yīng)變均大于普通AC-13瀝青混合料指標(biāo)，且存在最佳含量值。

d）通過(guò)30 min、48 h條件下浸水馬歇爾試驗(yàn)穩(wěn)定度測(cè)試，可知PGSM-01的加入至少不會(huì)影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性，且有一定的改善和提高作用。