廢舊LDPE改性瀝青SMA-13路用性能研究*

徐 福 ，楊春貴，詹成根

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶401336)

目前，一方面，我國城市和農(nóng)村每天都產(chǎn)生大量的廢舊塑料，形成“白色污染”并造成資源浪費的問題。另一方面，石油價格快速上漲，瀝青及各種聚合物改性劑價格高漲，使路面投資增加，同時，瀝青路面普遍存在耐久性差、高溫穩(wěn)定性差、使用壽命短的問題［1］。廢舊塑料改性瀝青的大量應(yīng)用將減少“白色污染”，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，變廢為寶，同時減少路面車轍，延長路面使用壽命，節(jié)約工程投資，具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益［2-4］。在環(huán)境保護(hù)和資源問題十分突出，以建設(shè)資源節(jié)約環(huán)境友好型社會作為國策的今天，開發(fā)廢舊塑料改性瀝青技術(shù)具有一定意義。采用廢舊塑料中數(shù)量最大的品種低密度聚乙烯(LDPE)來制備改性瀝青(圖1)，LDPE試樣為紅色，由回收服裝包裝袋直接塑化造粒得到，造粒過程中未摻入新料?，F(xiàn)對改性瀝青進(jìn)行性能測試，研究其對瀝青路用性能的影響。

1 改性瀝青的制備及性能

采用高速剪切混合乳化機制備LDPE改性瀝青，剪切速率為5 000～8 000 r/min。先將基質(zhì)瀝青在110℃下脫水30 min，升溫到175℃，加入LDPE，剪切30 min制成LDPE改性瀝青［5，6］。LDPE改性瀝青性能列于表1。

圖1 廢舊LDPE

表1 SK-70基質(zhì)瀝青和LDPE改性瀝青性能比較

表1測試數(shù)據(jù)表明，6%的LDPE提高了瀝青的軟化點，降低了瀝青的針入度及延度，使瀝青老化后質(zhì)量損失減少，針入度比提高。根據(jù)瀝青指標(biāo)與混合料性能的相關(guān)性，可認(rèn)為LDPE能夠改善瀝青混合料的高溫性能和耐老化性能，但一定程度地降低了瀝青混合料的低溫性能。因此，LDPE改性瀝青適用于夏季氣溫較高、高溫歷時較長且冬季溫暖的地區(qū)。

2 SMA13性能研究

SMA是一種由集料骨架和填充在骨料內(nèi)的瀝青瑪蹄脂所組成的斷級配瀝青混合料，粗集料含量多、細(xì)集料含量少、礦粉和瀝青含量高是SMA混合料的特點，較多的粗集料相互嵌擠構(gòu)成了混合料的骨架，使混合料具有優(yōu)良的高溫抗變形能力;富含瀝青及礦粉并有適量纖維的瀝青瑪蹄脂填充于粗集料骨架中，賦予混合料良好的抗裂性、密水性和耐久性。

2.1 原材料

(1)集料與填料。采用的粗集料為輝綠巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，填料采用石灰石磨細(xì)礦粉。各種集料及填料的密度見表2。

表2 集料和填料的密度

(2)纖維。應(yīng)用于瀝青混合料的纖維主要有三類:礦物纖維、木質(zhì)纖維和合成有機纖維。這三類纖維在瀝青中都是不溶的，在瀝青中是以分散相存在，對瀝青組分的化學(xué)性質(zhì)無影響，其作用相當(dāng)于原瀝青中的瀝青質(zhì)。研究選擇聚酯纖維進(jìn)行性能試驗研究。就聚酯纖維，通過一些試驗，對其性能進(jìn)行了測試。在170～180℃溫度下，制備纖維瀝青，采用SK-70瀝青，按瀝青質(zhì)量的4.9%摻加纖維，制備纖維瀝青，進(jìn)行15℃延度，175℃粘度，25℃粘韌性試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 纖維瀝青試驗結(jié)果

從表3可以看出:由于纖維的加入，影響了瀝青的均勻性，延度有所減小，粘度大幅度增大。

2.2 SMA-13的級配確定

根據(jù)集料篩分結(jié)果，結(jié)合使用經(jīng)驗，初擬滿足規(guī)范要求的3種級配，合成級配見表4。

表4 合成級配

根據(jù)經(jīng)驗選用油石比為6.2%，采用馬歇爾試驗方法對SMA13的3種級配的混合料體積參數(shù)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表5。

表5 SMA13的3種級配的混合料體積參數(shù)檢測表

從表5中的數(shù)據(jù)分析可得，混合料較佳級配為級配3，故選用級配3作為SMA13瀝青混合料的設(shè)計級配。配合比為:10～15 mm∶5～10 mm∶0～5 mm∶礦粉=35∶41∶15∶9。

由表5可以看出，級配3的各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求且較級配1、級配2的綜合性能更加優(yōu)良。

2.3 SMA-13油石比確定

用選定級配3分別選用油石比為5.9%、6.2%、6.5%進(jìn)行混合料性能試驗，纖維用量0.3%(纖維用量為混合料總量的0.3%)。檢測結(jié)果見表6。

表6 不同油石比SMA13混合料馬歇爾試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果分析，選定最佳油石比為6.2%。以析漏損失率和飛散損失率作為檢驗指標(biāo)，進(jìn)行瀝青混合料謝倫堡析漏試驗及肯特堡飛散試驗，檢驗結(jié)果:析漏損失率為0.07%，飛散損失率為4.2%，滿足規(guī)范要求。

2.4 SMA-13路用性能研究

制備SMA-13混合料試件時，改性瀝青為未經(jīng)存放的新改性瀝青，以防材料離析。混合料成型時均按馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度的98%制作。

(1)熱穩(wěn)性能。研究采用60℃、0.7 Mpa輪壓，試驗輪往返碾壓速度為42次/min的試驗條件下瀝青混合料車轍試驗研究了SMA的熱穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明，6%LDPE改性瀝青SK-70的SMA13混合料的動穩(wěn)定度滿足規(guī)范的要求(＞300 0)，約為基質(zhì)瀝青的4倍，說明經(jīng)LDPE改性后，混合料的抗車轍能力大大提高。同時，轍槽深度指標(biāo)也可以得到相同的結(jié)論。

表7 SK70與LDPE改性SK70#的SMA13高、低溫性能對比

(2)低溫性能。以－10℃下小梁低溫彎曲試驗結(jié)果評價改性瀝青SMA13的低溫性能，加載速率為50 mm/min，試件尺寸300×100×50 mm，試驗結(jié)果如表7。試驗結(jié)果表明，LDPE改性瀝青混合料－10℃低溫極限彎曲應(yīng)變達(dá)3 900με，與基質(zhì)瀝青相當(dāng)。因此，LDPE摻入雖然使瀝青的延度減小，但并未明顯降低混合料的低溫性能。

(3)抗水損害性能?？顾畵p害能力對路面鋪裝非常重要，地表水滲入路面內(nèi)部，在行車荷載形成的動水壓力作用下，很可能造成瀝青從集料表面剝落，從而造成路面鋪裝的水損害。為此，除采用浸水馬歇爾試驗外，還采用凍融劈裂試驗方法來檢測SMA13混合料抗水損害的能力。

浸水馬歇爾試驗是通過測試馬歇爾試件在60℃水中浸水48 h前后的馬歇爾穩(wěn)定度比來評價瀝青混合料的抗水損害性能;凍融劈裂試驗是通過測試馬歇爾試件在經(jīng)過一個凍融循環(huán)(試件真空飽水后，在－18℃條件下冷凍16 h，然后放入60℃的恒溫水槽中保溫24 h為一個凍融循環(huán))前后在25℃條件下的劈裂抗拉強度比來評價瀝青混合料的抗水損害性能;兩種試驗的加載速率均為50 mm/min;試驗結(jié)果見表8所示。

表8 SK70與LDPE改性SK70#的SMA13水穩(wěn)定性能對比

由表8可以看出，LDPE改性瀝青SMA13的凍融劈裂抗拉強度比和殘留穩(wěn)定度比試驗結(jié)果與基質(zhì)瀝青SMA13相當(dāng)，滿足規(guī)范要求，證明LDPE不會降低混合料的抗水損害能力。另外，常溫及高溫條件的LDPE改性瀝青SMA-13的劈裂強度及穩(wěn)定度均高于基質(zhì)瀝青，說明LDPE提高了混合料的整體強度。

3 結(jié)論

綜上所述，6%LDPE改性瀝青SK-70的SMA13混合料具有良好的路用性能，LDPE使混合料的高溫性能、常溫強度大大提高，同時不損害混合料的低溫性能及水穩(wěn)定性能，是一種具有推廣應(yīng)用價值的綠色路面材料。

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