廢舊聚烯烴類高模量瀝青混合料改性劑適用性研究

廣州航海學院 航務工程學院，廣東 廣州 510725

1 前言

隨著我國經濟的不斷發展，聚烯烴類材料被廣泛應用于工業產品和食品包裝、房屋裝修和建筑建設中。由于聚烯烴類廢棄塑料在我國造成了嚴重的“白色垃圾”污染，影響了人們的正常生活和環境質量。鑒于PE 烯烴類材料通常的特性，有研究人員將其應用于石油瀝青的改性研究。通過大量實驗及測試，PE 烯烴類材料可以改善普通瀝青路面的剛性，從而大大減少瀝青路面通常容易發生的車轍變形［1］。但該類材料也有缺點，其改性過的瀝青的低溫性能大大降低并十分容易發生開裂等破壞。國內外的很多學者將聚烯烴類材料與SBS 和橡膠材料進行了復合改性，雖然取得了一些效果［2-3］，但由于復合改性工藝復雜且改性成本過高，限制了廢舊聚烯烴材料在改性瀝青中的廣泛應用。由于聚烯烴類材料是通過高分子發生聚合反應而產生的，其極性與普通瀝青存在差異。國內有研究嘗試把聚烯烴類材料進行接枝化處理，再將其與其它材料相融，取得了較為理想的效果。

近代以來根據使用情況，法國公路科技工作者首先提出了高模量瀝青混合料的創意，其目的是為了減輕瀝青路面的表面車轍和提高基層瀝青混合料的剛性［4］。經過若干年的使用和總結，法國提出可將高模量瀝青混合料的種類劃為兩類：高模量瀝青混凝土上中下面層、高模量瀝青混凝土基礎層。經過長時間的應用積累，法國還對這兩類材料提出了規范和標準。由于法國高模量瀝青混合料良好的路用性能，歐盟國家的公路科技人員逐漸接受和吸納這項技術。比如，比利時的Claude，DeBacker 等科技人員在高速公路上鋪設了符合法國高模量瀝青混合料標準的公路試驗段。

高模量瀝青混合料理念傳入我國較晚，但在技術上給我們指引了方向［5-7］。江蘇交科院組織專家將法國規范譯成了中文。國內的專家和學者努力嘗試使用符合法國標準的高模量瀝青混合料來鋪設瀝青路面，并將高模量瀝青混合料的設計、施工等相關研究提上了日程［8-11］。

近年來，我國政府對資源回收利用的支持力度不斷加大，在我國廣東、山東和江蘇等省市出現了專門回收廢舊聚烯烴類材料的專業市場，正努力地將其進行廢舊再利用。近年來，以深圳市科中大交通建材有限公司為首的瀝青混合料改性劑生產商不斷涌現。本研究采用廢舊聚烯烴類材料為原料制備性能優良的高模量瀝青及其混合料，將此類材料變廢為寶，為此類廢舊資源的有效利用提供更佳的途徑的同時提高瀝青路面的綜合路用性能。

2 關鍵問題及研究方案

圖1 本研究采取的技術路線

本研究擬解決的關鍵問題：

（1）珠三角地區廢舊聚烯烴材料的性能分析、分類及處理方法；

（2）瀝青混合料聚烯改性劑在珠三角地區的適用性研究。具體內容及實施方案：

（1）調查國內外廢舊聚烯烴材料綜合處理的方式和方法，分析國內外相關瀝青路面材料的研究及其應用概況

（2）針對珠三角地區的氣候特征，結合科中大瀝青混合料聚烯烴改性劑在我國其他地區應用情況、參考該產品的廣東省地方標準，在試驗室對使用該產品的瀝青混合料性能進行綜合評價。

（3）針對珠三角地區的氣候特征，在有代表性的路面上使用科中大瀝青混合料改性，研究其在珠三角地區適應性，總結實施經驗。

本研究采取的技術路線（如圖1）。

（1）廣泛調研國內外瀝青混合料改性劑的研發和使用現狀。

（2）調查、分析珠三角地區的廢舊聚烯烴材料現狀、處理方式、處理效果，對環境的次生影響。具體到材料的種類、參與的人員結構、成規模程度、處理方法有無對環境影響、處理后產品的應用方法等，分析研究更優方案。

（3）結合當前最新瀝青路面行業發展方向及在修、擬修標準方向，在室內做試驗、分析研究。如長壽命高模量相關技術標準等。

（4）將瀝青混合料聚烯烴應用在建的實體工程上，現場檢測各項數據，驗證廢舊聚烯烴材料在珠三角地區的適用性。

3 試驗數據及分析

3.1 動態模量指標檢測

采用70 號基質瀝青，按4.6%油石比生產AC-20C 瀝青混合料，添加0.3%（混合料質量）的PE 類聚烯烴改性劑（以下簡稱KZD-I），制備成型混合料圓柱型試件，按照規程使用MTS設備進行動態模量試驗，在一定條件下高模量混合料可達到17335MPa，而普通瀝青混合料的動態模量為9045MPa，SBS 改性瀝青混合料的動態模量為11223MPa。根據法國標準，通常高模量混合料的動態模量要求值為大于等于14000MPa。試驗發現，基質瀝青及SBS 改性瀝青不能滿足高模量混合料的相關指標要求。具體數據指標見表1。

表1 各種材料動態模量檢測結果

3.2 高模量瀝青混合料路用性能指標檢測

在標準試驗條件下，混合料聚烯烴改性劑KZD-I 所生產瀝青混合料的其他指標檢測結果如表2。

表2 KZD 型高模量混合料檢測結果

從上表可以看出，在符合高模量指標要求的情況下，同等條件其他指標檢測結果同樣高于國家行業標準要求。

3.3 高模量瀝青混合料超高溫性能檢測

PE 聚烯烴改性劑制備的瀝青混合料在超高溫度（70℃）下其車轍動穩定度值可達4800次/mm。混合料具體檢測值統計結果如表3。

表3 PE 類聚烯烴改性劑70℃下車轍動穩定度

4 經濟性及使用案例

在原料生產中可以實現白色垃圾回收利用，減少污染；在攪拌生產環節省下了固定設備投資維護及有效節能減排。

（1）瀝青混合料聚烯烴改性劑應用已達 10 年以上，與傳統SBS 等改性瀝青材料相比，使用了聚烯烴改性劑的瀝青路面，其抗高溫、耐低溫、抗水損等性能均有顯著提高，路面使用壽命也大幅延長，經專家鑒定，該技術處于國際先進水平。

（2）工藝上，瀝青混合料聚烯烴改性劑的工藝方法更簡單，省去了應用SBS 等傳統改性劑制作改性瀝青所需的專用改性設備、運輸設備，同時節省人力、財力、物力，即省去了“瀝青改性工廠”。

（3）瀝青混合料聚烯烴改性劑在拌和站直接投入拌和鍋生產出高性能的混合料，削減了傳統的改性材料需要對瀝青單獨改性的過程，避免了改性瀝青存儲過程中的分層離析、老化和大量能耗。

（4）原料上，瀝青混合料聚烯烴改性劑采用了超過50%的再回收聚烯烴類廢舊材料，使“白色污染”無害化處理，是徹底解決、治理“白色污染”的優選方法。

（5）隨著我國經濟的發展，作為高等級路面的瀝青路面鋪裝里程已超過 50 萬公里，瀝青混合料聚烯烴改性劑的應用可以全面提高路面質量，實用性強，作用顯著。

（6）路用性能好、路面壽命長、環保作用顯著，減少了重復修建道路帶來的大量廢棄物、污染排放，保護了人類生存環境，符合可持續發展。

5 結論

瀝青混合料聚烯烴改性劑應用后，瀝青路面路用性能成倍提升、壽命延長，給國家、地方、公路投資、公路建設等單位帶來較高的經濟效益；綜合直接材料成本低于使用傳統SBS 傳統改性劑；瀝青混合料聚烯烴改性劑的應用，對石材、瀝青等無特殊要求，可為相關單位節約較多的原材料采購成本。因此，該類產品綜合性價比處于改性行業領先地位。后期需要加快瀝青混合料聚烯烴改性劑技術標準體系的建立，以促進我省高性能瀝青混合料生產，實現高性瀝青路面建設的規范化、標準化、規模化。