废塑料-橡胶粉复合改性沥青制备方案的优选及性能研究

公　路　与　汽　运　总第１５５期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１Ｏ３　废塑料一橡胶粉复合改性沥青制备方案的　优选及性能研究　周礼，凌天清，陈丽　（重庆交通大学，重庆４０００７４）　摘要：通过室内试验，以Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ壳牌７Ｏ　沥青为母体沥青，利用３Ｏ目废胎胶粉与废塑料　（废聚丙烯颗粒）对其进行复合改性；采用正交试验法优选废塑料一橡胶粉复合改性沥青结合料的　制备方案，得到其优选制备方案为胶粉掺量２Ｏ％、废聚丙烯掺量２．５　、在１９０℃下拌和１　ｈ。　关键词：公路；废塑料一橡胶粉；改性沥青；改性机理　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标志码：Ａ　文章编号：ｌ６７１—２６６８（２０１３）Ｏ２一Ｏ１０３－－０４　道路石油沥青由于自身原因及外界因素影响，　以使沥青混合料的粘度增大，高温稳定性增加，但不　造成其高温易软化、低温变脆、易老化、耐疲劳性能　能使沥青混合料的弹性增加，加热后易离析。橡胶　欠佳。通过添加废塑料、橡胶粉对普通道路沥青进　粉属于高分子聚合物，具有较强的弹性和韧性，经过　行复合改性，分别用针入度、软化点、低温延度来控　硫化处理的原生胶形成三维网状结构。　制粘滞性、温度敏感性、塑性和老化性能，可有效控　废塑料和橡胶粉同时加入沥青中后，橡胶粉的　制路面产生早期破坏，保证路面有效利用，提高路面　分子先吸收沥青中的轻质组分发生作用，胶粉颗粒　性能的同时减少养护费用，不仅可变废为宝，还可减　逐渐软化，形成一定的网络结构，并且体积膨胀。此　少环境中的白色垃圾。　过程主要为物理反应，并伴有一定的化学反应。废　最早用于实体工程的聚合物改性沥青是采用　塑料在加热过程中不断融化，吸收沥青中的轻质组　ＰＥ＋ＳＢＳ复合改性沥青铺设的首都机场路、机场东　分并逐渐溶胀，原来的聚丙烯链伸展开形成网状结　跑道和八达岭高速公路，这些试验路段均效果良好。　构。网格间的相互作用约束沥青质点之间的位移，　该文拟用废塑料（ＰＰ）＋橡胶粉复合改性沥青，对不　限制沥青胶体的流动性，从而提高沥青的粘度和抗　同因素进行分析，探究其作用机理及性能。　变形能力。　１　废塑胶粉复合改性沥青的作用机理　２　原材料的选择　塑料属于热塑性树脂类改性剂，这类改性剂可　基质沥青作为母体原料，其性质与废塑料一橡　版社，２００１．　对比分析［Ｊ］．内蒙古农业大学学报：自然科学版，　［２］　沈金安．关于沥青混合料配合比设计确定最佳沥青用　２００８，２９（３）．　量的问题［Ｊ］．公路，２００１（ｉｌ）．　［８］王辉，刘建伟，曾志威，等．不利施工环境下ｓＭＡ一１３　［３］王敏，张东长．Ｓｕｐｅｒ￣ｌｅｘ改性沥青抗水损害性能试验　设计与施工控制探讨［Ｊ］．公路与汽运，２００９（３）．　研究［Ｊ］．山西建筑，２０１０，３６（１）．　［９］唐前松，唐柳．沥青混合料高温稳定性的车辙试验研究　［４］ＪＴＧ　Ｅ２Ｏ一２０１１，公路工程沥青及沥青混合料试验规　［Ｊ］．公路与汽运，２００４（６）．　程Ｉｓ］．　［１Ｏ］张东长，谭巍．Ｓｕｐｅｒｆｌｅｘ改性沥青在混凝土路面薄层　［５］　沙庆林．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［Ｍ］．　罩面中的应用研究［Ｊ］．公路交通技术，２０１１（２）．　北京：人民交通出版社，２００１．　［１１］　王敏．ＳＵＰＥＲＦＬＥＸ改性沥青及混合料性能研究　［６］彭浩，杨涛，鲜铭明，等．环境及荷载变化条件下的沥青　［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２０１０．　混合料车辙试验研究［Ｊ］．交通标准化，２０１２（３）．　［７］任瑞，崔剑，吴淑杰．沥青混合料高温稳定性评价指标　收稿日期：２０１２—１１—２５　公　路　与　汽　运　总第１５５期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　１０５　表３废塑料一橡胶粉复合改性沥青正交试验结果　由表４可知：不同的评价指标，各因素的极差值　不相同，根据试验数据确定各因素的主次关系。一　般来说，级差越大表示该列因素的数值在试验范围　内的变化会导致试验指标在数值上发生很大的变　化，极差值大的因素也就是主要因素。各因素对指　标的影响大小次序如图３所示。　３．５正交试验结果分析　（１）各因素影响粘度的顺序为Ａ＞Ｃ＞Ｂ＞Ｄ；　影响针入度的顺序为Ａ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｂ；影响软化点的　顺序为Ａ＞Ｃ＞Ｂ＞Ｄ；影响弹性恢复的顺序为Ａ＞　Ｃ＞Ｂ＞Ｄ。综合分析，对于废塑料一橡胶粉复合改　性沥青性能而言，橡胶粉掺量起着决定性的作用。　从内因来看，橡胶粉掺量对各指标的影响远远大于　表４废塑料一橡胶粉复合改性沥青正交试验结果直观分析　废塑料掺量；从外因来看，拌和时间对各指标的影响　２０　，即Ａ。为橡胶粉最佳掺量。　略大于拌和温度。总体而言，原材料性质等内因的综　合作用比拌和时间和拌和温度等外因的综合作用大。　（２）根据规范要求，橡胶沥青１８０℃旋转粘度　遥　｛Ｉ｛ｊｊ　不宜过大。试验中，随着胶粉掺量的增加，在２Ｏ　稻　掺量及以上时，１８０℃旋转粘度不断增加且都满足　规范要求。考虑到过高掺量会使橡胶沥青粘度过大　１８０℃旋转粘度针人度　软化点　弹性恢复　影响正常施工，且浪费资源，确定橡胶粉的掺量为　图３废塑料一橡胶粉复合改性沥青各因素极差值比较　ｌ０６　（３）根据相关规范，橡胶沥青１８０℃旋转粘度　不宜过大、也不能过小。从表５来看，废塑料掺量为　２　、２．５％时，橡胶沥青的１８０℃旋转粘度平均值均　符合要求，但２％掺量时的最小粘度过低，仅１．１６５　Ｐａ・Ｓ。综合考虑，确定废塑料掺量为２．５　，即废　塑料掺量选择Ｂ　。　表ｓ废塑料不同掺量时橡胶沥青的粘度　聚丙烯　１８０℃旋转粘度／（Ｐａ・ｓ）　掺ｔ／％　平均值　最大值　最小值　（４）Ｃ、Ｄ因素对废塑料一橡胶粉复合改性沥青　性能影响的规律性不够明显。为此，通过补充试验，　以１８０℃旋转粘度为评价指标，取２Ｏ　掺量的胶粉　和２．５％掺量的废塑料确定复合改性沥青的拌和时　间和拌和温度（如表６和图４所示）。　表６不同拌和温度及时间下复合改性　沥青粘度的变化规律　从表６、图４可以看出：拌和至９０　ｍｉｎ时，橡胶　沥青的粘度明显下降，说明胶粉已出现严重脱硫，使　橡胶固体颗粒大大减少。为获得良好的橡胶沥青性　能，既要使胶粉充分溶胀，又要让橡胶粉和沥青之间　发生物质交换，不能使胶粉过分脱硫。同时，粘度是　橡胶沥青重要的技术性能指标，与沥青混合料的动　稳定度有很好的相关关系，从粘度测试结果来看，最　终反应温度为１９０℃，反应时间为６０　ｍｉｎ。因此，　确定最佳拌和时间和温度分别为Ｃ。、Ｄ　。　综上所述，废塑料一橡胶粉复合改性沥青的最　第２期　２Ｏ１３年３月　３．Ｏ　一２．５　２．０　１．５　掣１．０　Ｏ．５　Ｏ　反应时『司／ｒａｉｎ　图４　不同反应时间下复合改・洼沥青的粘度　Ｏ　Ｏ　０　佳制备方案为Ａ　Ｂ　Ｃ：Ｄ。。　４　结论　试验研究表明：橡胶粉的不同掺量、拌和时间对　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　∞　沥青改性效果有显著影响，塑料的不同掺量、拌和温　度对沥青的改性效果影响较小。在沥青中掺入　２０　的橡胶粉以及２．５　的废塑料有明显的改性效　ｌ　２　２　ｌ　２　２　１　ｌ　１　果，尤其能提高沥青的弹性恢复、软化点和粘度，进　Ｏ　６鹳　ｕ　　３　４　４跎　　５　７　∞　３　９　而提高沥青的高温、低温和抗老化性能。　中国大部分二级及二级以下公路都是水泥砼路　面，由于货车超载现象严重，路面质量受到不同程度　的破坏，对行车安全性、舒适性和道路环境都造成影　响　废塑料一橡胶粉复合改性沥青在提高路面使用　寿命、减少路面厚度、防止路面反射裂缝和疲劳破坏　及路面减噪等方面体现出其独特优势，这些优势将　使其在这类路面的改造中得到运用。　当前中国经济社会发展已进入新的阶段，节约　资源与保护环境已引起广泛重视。响应“低碳生活”　的号召，将废轮胎、废塑料加工成粉或颗粒，不仅可　达到固体废弃物“一站式”无害化处理和利用，还可　进一步改善公路工程质量，延长路面的使用寿命。　参考文献：　［１］沈金安．发展改性沥青提高路面质量ＥＪ］．中外公路，　２００２，２２（４）．　［２］ＪＴＧ　Ｅ３０—２００５，公路工程水泥及水泥混凝土试验规　程Ｅｓ］．　［３］交通部公路科学研究院．橡胶沥青及混合料设计施工　技术指南［Ｍ－１．北京：人民交通出版社，２００８．　［４］刘振学，黄仁和，田爱民．实验设计与数据处理［Ｍ］．北　京：化学工业出版社，２００５．　［５］凌天清，肖川，武立超．道路工程用橡胶沥青材料性能　优化研究［Ｊ］．西部交通科技，２００９（１２）．　［６］　肖川．橡胶沥青及混合料高温性能与施工工艺研究　［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２０１０．　收稿日期：２０１２～Ｏ２—１Ｏ　Ｈ　ｇ　公　路＆　Ａ　与　汽　Ａ　ｐ　运　．Ｃ　加