■彭哲聰

（武夷山市交通事業(yè)發(fā)展中心，武夷山 354300）

我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展迅速，截至2022 年底，全國(guó)公路通車(chē)總里程達(dá)535 萬(wàn)km[1]，公路交通呈現(xiàn)出大荷載、高流量等特點(diǎn)。 因此，對(duì)公路瀝青路面的路用性能有了更高的要求，需要瀝青路面具備更好的高溫抗車(chē)轍、低溫抗開(kāi)裂等路用性能，以延長(zhǎng)瀝青路面服役壽命，減少養(yǎng)護(hù)成本，保證車(chē)輛的行車(chē)安全，而采用改性瀝青是最為有效的方法之一。 塑料工業(yè)作為我國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)之一，其消耗量大，產(chǎn)量大，每年都有大量塑料遭到廢棄。 目前我國(guó)主要采用填埋和焚燒2 種方法對(duì)廢舊塑料進(jìn)行處理，這2 種方法不僅更容易造成土地和地下水污染，同時(shí)也會(huì)因?yàn)榉贌龝r(shí)產(chǎn)生的有毒氣體對(duì)環(huán)境造成極大的危害[2]。 對(duì)廢棄塑料進(jìn)行回收再利用，是解決廢舊塑料環(huán)境污染問(wèn)題重要途徑之一。 由于塑料中的某些組分能夠顯著提高瀝青的彈性， 有效改善瀝青的性能，且廢舊塑料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，將其制備成瀝青改性劑能有效降低成本，從而取代價(jià)格昂貴的傳統(tǒng)高性能改性劑，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用前景。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

試驗(yàn)基質(zhì)瀝青選用了福建省常用70# 道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 70# 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 廢舊塑料

廢舊塑料具有很多種類(lèi)， 常見(jiàn)的廢舊塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯—醋酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯等。 聚乙烯、聚丙烯產(chǎn)量大，易獲取，且加工溫度與瀝青生產(chǎn)相近，均能有效改善瀝青性能[3]，因此本研究所用廢舊塑料類(lèi)型選擇聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。因這2 種廢舊塑料大分子鏈的結(jié)構(gòu)特性與瀝青有較大差異，采用濕法將廢舊塑料和瀝青混合制備的改性瀝青容易產(chǎn)生離析，造成改性瀝青性能不均，表面產(chǎn)生結(jié)皮[4-5]。 因此需將PP、PE 分別在不同溫度下進(jìn)行高溫裂化， 破壞其大分子結(jié)構(gòu)，而后加入穩(wěn)定劑后待降溫冷卻進(jìn)行粉碎造粒，再按一定比例進(jìn)行混合，即可得到廢舊塑料改性劑。

1.3 SBS 改性劑

為驗(yàn)證該種廢舊塑料改性劑的改性效果，將制備SBS 改性瀝青與該種廢舊塑料改性瀝青進(jìn)行對(duì)比分析。本文試驗(yàn)所用SBS 改性劑為中國(guó)石化生產(chǎn)的YH-791H 型SBS 改性劑。

2 試驗(yàn)方案

2.1 改性瀝青制備

將廢舊塑料改性劑加到基質(zhì)瀝青中以濕法制備廢舊塑料改性瀝青，摻加比例為瀝青質(zhì)量的4.5%、5.5%、6.5%，制備過(guò)程如下：將基質(zhì)瀝青放入烘箱中在135℃的溫度下加熱25 min， 再將廢舊塑料按照不同摻量加入瀝青高速剪切儀，在175℃、轉(zhuǎn)速1000 r/min的條件下高速剪切約20 min，最后再放入烘箱中在75℃的條件下溶脹25 min，待二者充分融合即制備完成廢舊塑料改性瀝青。

根據(jù)相關(guān)研究，選用的該種SBS 改性劑最佳摻量為4.5%，因此將4.5%的瀝青質(zhì)量比例的SBS 改性劑加到基質(zhì)瀝青中制備得到SBS 改性瀝青，制備過(guò)程具體如下：將基質(zhì)瀝青放入烘箱中在135℃的溫度下加熱25 min，再將SBS 改性劑按照4.5%的摻量加入瀝青高速剪切儀在180℃、 轉(zhuǎn)速5000 r/min 的條件下高速剪切約40 min，最后再放入烘箱中在75℃的條件下溶脹160 min，即制備完成SBS 改性瀝青。

2 種改性瀝青的檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。

根據(jù)表2 瀝青技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析可知，SBS 改性劑和廢舊塑料改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青的改性效果明顯。 改性劑摻量相同時(shí)，廢舊塑料改性瀝青的針入度較SBS 改性瀝青無(wú)明顯差別，延度略高于SBS 改性瀝青，軟化點(diǎn)略低于SBS 改性瀝青。 當(dāng)廢舊塑料改性劑摻量達(dá)到6.5%后， 其三大指標(biāo)參數(shù)與SBS 改性瀝青差別不大。

但廢舊塑料改性瀝青即使經(jīng)過(guò)處理，其貯存穩(wěn)定性仍較差，當(dāng)摻量達(dá)到6.5%時(shí)，其貯存穩(wěn)定性已與離析指標(biāo)限定值相同。 因此廢舊塑料改性瀝青采用高改性劑摻量時(shí)需要重點(diǎn)改善其貯存穩(wěn)定性。 同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需加強(qiáng)對(duì)廢舊塑料改性瀝青穩(wěn)定性的監(jiān)控，既要防止因離析造成的性能不均對(duì)瀝青路面的施工均質(zhì)化產(chǎn)生影響，又要防止在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過(guò)程中因離析造成設(shè)備的堵塞從而影響生產(chǎn)與施工。

2.2 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

瀝青混合料級(jí)配采用AC-13 型級(jí)配，級(jí)配設(shè)計(jì)如下： 通過(guò)篩孔16、13.2、9.5、4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075 mm 的質(zhì)量百分率分別為100%、98.0%、72.1%、46.0%、31.4%、20.5%、12.5%、9.7%、7.6%、6.0%。 結(jié)果可知，70# 基質(zhì)瀝青混合料最佳油石比為5.3%， 廢舊塑料改性瀝青混合料和SBS 改性瀝青混合料最佳油石比為5.5%。

3 廢舊塑料改性瀝青混合料路用性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

車(chē)轍是瀝青路面最常見(jiàn)的病害之一，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在抗車(chē)轍性能，因此采用車(chē)轍試驗(yàn)測(cè)量瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，以評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗變形能力。每種類(lèi)型瀝青混合料制備2 個(gè)混合料車(chē)轍板，尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，共計(jì)10 塊車(chē)轍板。 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）4.5%SBS 改性瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性，其動(dòng)穩(wěn)定度增長(zhǎng)明顯，相較70#基質(zhì)瀝青混合料增長(zhǎng)了308.2%，廢舊塑料改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性稍次于SBS 改性瀝青混合料，和70#基質(zhì)瀝青混合料相比，4.5%、5.5%、6.5%廢舊塑料改性瀝青動(dòng)穩(wěn)定度分別增長(zhǎng)了206.2%、232.7%和297.7%， 當(dāng)摻量達(dá)到6.5%后廢舊塑料改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性已與SBS 改性瀝青相近。 （2）隨著該種舊塑料改性劑摻量的提升，廢舊塑料改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性也逐步提升，這是因?yàn)閺U舊塑料模量較高，有效增強(qiáng)了抗車(chē)轍性能。 當(dāng)廢舊塑料改性劑摻量達(dá)到6.5%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度得到顯著提升，與SBS 改性瀝青混合料基本相同。 這可能是因?yàn)殡S著廢舊塑料改性劑摻量的提升，達(dá)到拐點(diǎn)后PE 逐漸形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，黏度增大，模量進(jìn)一步提高，增強(qiáng)了瀝青混合料抵抗外荷的能力。

3.2 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性主要體現(xiàn)在低溫環(huán)境下抵抗收縮變形的能力。 在低溫環(huán)境下溫度下降產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過(guò)了瀝青混合料抵抗收縮變形的能力，就會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，裂縫的出現(xiàn)使得瀝青路面的使用壽命大幅縮短，影響行車(chē)安全，同時(shí)也增加了瀝青路面的維護(hù)成本。 采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)研究改性瀝青混合料的低溫抗裂性。 每種類(lèi)型瀝青混合料制備混合料車(chē)轍板， 切割成尺長(zhǎng)×寬×高＝250 mm×30 mm×35 mm 尺寸的低溫彎曲試驗(yàn)小梁。低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 低溫彎曲小梁試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）相較70#基質(zhì)瀝青混合料，SBS 改性瀝青能顯著提升瀝青混合料的小梁抗彎拉強(qiáng)度，SBS 改性瀝青的抗彎拉強(qiáng)度較70# 基質(zhì)瀝青混合料增加了50.6%。 隨著廢舊塑料改性劑摻量的提升，廢舊塑料改性瀝青混合料小梁的抗彎拉強(qiáng)度分別增加了14.7%、24.1%、19.5%，呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，在5.5%廢舊塑料改性劑摻量時(shí)最強(qiáng)，隨后減弱。 （2）該種廢舊塑料改性瀝青混合料低溫抗裂性在廢舊塑料改性劑摻量達(dá)到拐點(diǎn)后降低可能是因?yàn)榈蜏丨h(huán)境下廢舊塑料黏性減弱，高摻量廢舊塑料受影響較大，從而導(dǎo)致廢舊塑料改性瀝青低溫抗裂改善效果降低。

3.3 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在抗水損害能力，瀝青路面早期病害出現(xiàn)最為主要的原因之一就是水損害。 采用凍融劈裂試驗(yàn)研究改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如圖3 所示。 由試驗(yàn)結(jié)果可知：（1）相較70# 基質(zhì)瀝青混合料，SBS改性瀝青混合料殘留強(qiáng)度比和廢舊塑料改性瀝青混合料殘留強(qiáng)度比均提升，但廢舊塑料改性瀝青混合料水穩(wěn)定性提升程度有限。 （2）該種廢舊塑料改性瀝青混合料水穩(wěn)定性弱于SBS 改性瀝青混合料，這是因?yàn)镻P 和PE 的摻入改變了瀝青體系的吸附特性，與集料之間的黏附性能弱于SBS 改性瀝青，因此經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)后集料之間的黏附性能降低，造成廢舊塑料改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性較弱。

圖3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

（1）該種經(jīng)裂化后制備的廢舊塑料改性劑能有效提升基質(zhì)瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，高摻量廢舊塑料改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度三大基本性能指標(biāo)與最佳摻量下的SBS 改性瀝青相近。但是當(dāng)廢舊塑料改性瀝青中改性劑摻量較高時(shí)貯存穩(wěn)定性較差，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)需要增強(qiáng)其穩(wěn)定性并加強(qiáng)對(duì)貯存穩(wěn)定性的監(jiān)控。 （2）該種廢舊塑料改性劑可顯著提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，瀝青混合料的低溫穩(wěn)定性得到一定程度的提升，但是對(duì)水穩(wěn)定性改善效果有限。 （3）試驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然該種廢舊塑料改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性均隨著廢舊塑料改性劑摻量的增加而提升，但摻量達(dá)到6.5%之后提升效果明顯減弱。 同時(shí)低溫穩(wěn)定性在隨改性劑摻量的增加時(shí)，呈先增加后降低的趨勢(shì)，在5.5%摻量時(shí)達(dá)到峰值。 因此廢舊塑料改性劑在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎選擇其摻量。