廢舊塑料改性瀝青混合料路用性能研究

白玉鳳，王楠楠

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

塑料制品作為一種新型材料，因其成本低、防水性好、質(zhì)量輕等特點，近些年來在我國的應(yīng)用呈增長趨勢[1]。食品包裝袋、塑料地膜、水杯等產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開塑料，這些產(chǎn)品在使用過后便成為廢棄塑料。隨著人們對環(huán)境保護及資源可持續(xù)利用的愈發(fā)重視，大量的國內(nèi)外研究者對采用廢舊塑料作為瀝青改性劑鋪筑路面的各項性能進行了探索研究。周研等[2]使用熒光顯微鏡觀察了廢舊塑料對改性瀝青高溫穩(wěn)定性能的影響。白啟榮[3]對原樣瀝青和塑料改性瀝青的三大指標(biāo)進行了分析對比，提出廢舊塑料改性瀝青可以提升改性瀝青的高溫性能。李春歌[4]圍繞干法制得的廢舊塑料改性瀝青在混合料中的分散狀態(tài)及干法瀝青混合料的路用性能做了大量的研究，研究成果表明廢舊塑料改性瀝青混合料具有良好的水穩(wěn)定性、低溫抗裂性及高溫穩(wěn)定性。楊錫武[5]用紅外光譜分析了改性前后瀝青的組分成分變化，結(jié)果表明，廢舊塑料可以提升改性瀝青的高溫穩(wěn)定性及存儲穩(wěn)定性。王聲毅等[6]分析對比了廢舊塑料改性瀝青和SBS改性瀝青混合料的各項性能差異，試驗結(jié)果表明廢舊塑料與SBS改性瀝青混合料的路用性能相近，可用于道路施工中的SMA瀝青混合料。

綜上所述，使用廢舊塑料作為瀝青改性劑，可以有效地提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等路用性能。但現(xiàn)有的研究中，廢舊塑料的摻量多憑經(jīng)驗確定，鮮有研究具體給出廢舊塑料的合理摻量。因此本研究通過車轍實驗、凍融劈裂實驗和低溫彎曲實驗對不同廢舊塑料（CRP）摻量對混合料路用性能的影響進行了深入的研究，在考慮路面性能及經(jīng)濟效益的同時，確定最佳的廢舊塑料（CRP）摻量，以指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

1 試驗材料

1.1 基質(zhì)瀝青

本研究中使用的瀝青為韓國SK-70號基質(zhì)瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)定進行操作[7]，對所用基質(zhì)瀝青的主要性能進行試驗檢測，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青性能測試結(jié)果

1.2 CRP改性劑

采用目前常用的濕法工藝制備CRP改性瀝青及混合料，具體步驟是將SK-70號基質(zhì)瀝青加熱至170℃，將計算好摻量的CRP改性劑慢慢加至基質(zhì)瀝青中，使用攪拌儀進行攪拌，使CRP在基質(zhì)瀝青中均勻分散。再使用高速剪切機以3 000轉(zhuǎn)/min在180℃下攪拌制得CRP改性瀝青。本研究中使用的CRP摻量為 4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%、7.0%、7.5%、8.0%。

1.3 集料配合比設(shè)計

圖1 AC-13設(shè)計級配曲線圖

本研究中使用的集料為石灰?guī)r，級配為AC-13如圖1所示。根據(jù)馬歇爾設(shè)計方法確定的普通瀝青混合料和CRP改性瀝青混合料的油石比為4.4%和4.2%。與普通瀝青混合料相比，CRP改性瀝青混合料對最佳油石比的影響不大。

2 CRP改性瀝青性能研究

采用常用的瀝青性能評價指標(biāo)對不同CRP摻量下改性瀝青的性能進行評價，即針入度、軟化點、延度和黏度，這些指標(biāo)是目前常用的瀝青性能評價指標(biāo)。不同摻量的改性瀝青性能指標(biāo)測試結(jié)果見圖2所示。

圖2 不同CRP摻量改性瀝青性能試驗結(jié)果對比

隨著改性瀝青中CRP改性劑摻量的增加，改性瀝青的針入度增加，軟化點降低，且隨著CRP摻量的增加，改性瀝青針入度和軟化點的變化幅度降低，這表明CRP改性劑的添加可以增強改性瀝青的高溫穩(wěn)定性。但隨著CRP摻量的增加，改性瀝青的低溫延度顯著降低，但低溫延度指標(biāo)能否評價改性瀝青的低溫性能及與瀝青混合料低溫性能的相關(guān)性還存在爭議，有待進一步研究。此外，當(dāng)CRP摻量超過5.5%時，改性瀝青的黏度超過規(guī)范要求，為了不對施工和易性造成過大的影響，在施工中有必要控制改性瀝青中CRP改性劑的摻量。

3 改性瀝青混合料路用性能試驗研究

3.1 不同摻量改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗研究

瀝青路面的高溫穩(wěn)定性是指在夏季高溫時，混合料在車輪荷載的長期反復(fù)作用下抵抗永久變形的能力。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中“T0719—2011 瀝青混合料車轍試驗”中所規(guī)定的方法，對不同CRP摻量的瀝青混合料的動穩(wěn)定度進行測試，試驗結(jié)果見圖3所示。

試驗結(jié)果表明，經(jīng)CRP改性后的瀝青混合料其高溫穩(wěn)定性遠超規(guī)范要求。隨著CRP摻量的增加，混合料的動穩(wěn)定度也隨之增加。廢舊塑料對瀝青混合料的高溫性能的提升效果顯著，但隨著CRP摻量由6.5%增長到8.0%，高溫穩(wěn)定性提升有限，因此基于性價比的考慮，瀝青混合料中CRP的摻量不宜超過6.5%。

3.2 不同摻量改性瀝青混合料的低溫抗裂性試驗研究

在瀝青各種類型的早期損害中，有將近80%的損害是與路面的水穩(wěn)定性相關(guān)的，瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要依靠瀝青與集料間的相互作用，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中“T0729—2000瀝青混合料凍融劈裂試驗”所規(guī)定的方法，在試驗溫度為25℃和加載速率為50 mm/min的試驗條件下進行瀝青混合料的凍融劈裂強度試驗，以檢驗其水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見圖4所示。

圖4 不同CRP摻量瀝青混合料的凍融劈裂試驗結(jié)果對比

試驗結(jié)果表明，廢舊塑料改性瀝青混合料的劈裂抗拉強度比TSR遠超規(guī)范要求，且隨著廢舊塑料摻量的增加，TSR值也隨之增長，當(dāng)廢舊塑料改性劑摻量達到8.0%時，瀝青混合料的劈裂抗拉強度比達到了88.4%，較之普通瀝青混合料提升了10.3%。這主要是因為添加CRP對瀝青進行改進，提升了改性瀝青的黏度，進而提升了瀝青與集料間的黏附力，從而提升了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.3 不同摻量改性瀝青混合料的低溫抗裂性能試驗研究

通過低溫彎曲試驗對瀝青混合料的低溫性能進行檢測。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）中“T 0715—2011 瀝青混合料彎曲試驗”所規(guī)定的方法，在試驗溫度為-10℃±0.5℃和加載速率為50 mm/min的試驗條件下進行瀝青混合料的低溫彎曲試驗，以檢驗不同CRP摻量下瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗結(jié)果見圖5所示。

圖5 不同CRP摻量瀝青混合料的低溫彎曲試驗結(jié)果對比

試驗結(jié)果表明，CRP摻量在4.0%～5.5%時，瀝青混合料的低溫抗裂性隨著CRP摻量的增加而增加。但隨著CRP摻量的進一步增加，瀝青混合料的低溫抗裂性逐漸減弱。因此，CRP的摻量應(yīng)控制在一個合理的范圍內(nèi)，綜合考慮其他路用性能及改性瀝青相關(guān)性能，本研究建議在實際工程中改性瀝青CRP的最佳摻量應(yīng)控制在5.5%左右。

4 結(jié)語

本文通過室內(nèi)試驗對不同CRP摻量下的瀝青混合料路用性能的影響做出了探究，得到了以下結(jié)論：

a）從不同CRP摻量的改性瀝青的常規(guī)性能三大指標(biāo)和黏度性能指標(biāo)上來看，CRP的添加可以明顯改善改性瀝青的高溫性能。但CRP的摻量增加會使改性瀝青的黏度超過規(guī)范要求，因此有必要控制改性瀝青中CRP改性劑的摻量。

b）CRP的添加可以改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性，但隨著CRP摻量的增加，改善效果逐漸降低，處于經(jīng)濟性的考慮，建議改性瀝青中CRP的最佳摻量應(yīng)在5.5%左右。