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(xué)院 航務(wù)工程學(xué)院，廣東 廣州 510725

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，聚烯烴類材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品和食品包裝、房屋裝修和建筑建設(shè)中。由于聚烯烴類廢棄塑料在我國(guó)造成了嚴(yán)重的“白色垃圾”污染，影響了人們的正常生活和環(huán)境質(zhì)量。鑒于PE 烯烴類材料通常的特性，有研究人員將其應(yīng)用于石油瀝青的改性研究。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)及測(cè)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(fā)生的車轍變形［1］。但該類材料也有缺點(diǎn)，其改性過(guò)的瀝青的低溫性能大大降低并十分容易發(fā)生開(kāi)裂等破壞。國(guó)內(nèi)外的很多學(xué)者將聚烯烴類材料與SBS 和橡膠材料進(jìn)行了復(fù)合改性，雖然取得了一些效果［2-3］，但由于復(fù)合改性工藝復(fù)雜且改性成本過(guò)高，限制了廢舊聚烯烴材料在改性瀝青中的廣泛應(yīng)用。由于聚烯烴類材料是通過(guò)高分子發(fā)生聚合反應(yīng)而產(chǎn)生的，其極性與普通瀝青存在差異。國(guó)內(nèi)有研究嘗試把聚烯烴類材料進(jìn)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(lái)根據(jù)使用情況，法國(guó)公路科技工作者首先提出了高模量瀝青混合料的創(chuàng)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(jīng)過(guò)若干年的使用和總結(jié)，法國(guó)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(chǔ)層。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用積累，法國(guó)還對(duì)這兩類材料提出了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。由于法國(guó)高模量瀝青混合料良好的路用性能，歐盟國(guó)家的公路科技人員逐漸接受和吸納這項(xiàng)技術(shù)。比如，比利時(shí)的Claude，DeBacker 等科技人員在高速公路上鋪設(shè)了符合法國(guó)高模量瀝青混合料標(biāo)準(zhǔn)的公路試驗(yàn)段。

高模量瀝青混合料理念傳入我國(guó)較晚，但在技術(shù)上給我們指引了方向［5-7］。江蘇交科院組織專家將法國(guó)規(guī)范譯成了中文。國(guó)內(nèi)的專家和學(xué)者努力嘗試使用符合法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的高模量瀝青混合料來(lái)鋪設(shè)瀝青路面，并將高模量瀝青混合料的設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)研究提上了日程［8-11］。

近年來(lái)，我國(guó)政府對(duì)資源回收利用的支持力度不斷加大，在我國(guó)廣東、山東和江蘇等省市出現(xiàn)了專門回收廢舊聚烯烴類材料的專業(yè)市場(chǎng)，正努力地將其進(jìn)行廢舊再利用。近年來(lái)，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(chǎn)商不斷涌現(xiàn)。本研究采用廢舊聚烯烴類材料為原料制備性能優(yōu)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(shí)提高瀝青路面的綜合路用性能。

2 關(guān)鍵問(wèn)題及研究方案

圖1 本研究采取的技術(shù)路線

本研究擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：

（1）珠三角地區(qū)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(qū)的適用性研究。具體內(nèi)容及實(shí)施方案：

（1）調(diào)查國(guó)內(nèi)外廢舊聚烯烴材料綜合處理的方式和方法，分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)瀝青路面材料的研究及其應(yīng)用概況

（2）針對(duì)珠三角地區(qū)的氣候特征，結(jié)合科中大瀝青混合料聚烯烴改性劑在我國(guó)其他地區(qū)應(yīng)用情況、參考該產(chǎn)品的廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)室對(duì)使用該產(chǎn)品的瀝青混合料性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（3）針對(duì)珠三角地區(qū)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(qū)適應(yīng)性，總結(jié)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

本研究采取的技術(shù)路線（如圖1）。

（1）廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外瀝青混合料改性劑的研發(fā)和使用現(xiàn)狀。

（2）調(diào)查、分析珠三角地區(qū)的廢舊聚烯烴材料現(xiàn)狀、處理方式、處理效果，對(duì)環(huán)境的次生影響。具體到材料的種類、參與的人員結(jié)構(gòu)、成規(guī)模程度、處理方法有無(wú)對(duì)環(huán)境影響、處理后產(chǎn)品的應(yīng)用方法等，分析研究更優(yōu)方案。

（3）結(jié)合當(dāng)前最新瀝青路面行業(yè)發(fā)展方向及在修、擬修標(biāo)準(zhǔn)方向，在室內(nèi)做試驗(yàn)、分析研究。如長(zhǎng)壽命高模量相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

（4）將瀝青混合料聚烯烴應(yīng)用在建的實(shí)體工程上，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證廢舊聚烯烴材料在珠三角地區(qū)的適用性。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

3.1 動(dòng)態(tài)模量指標(biāo)檢測(cè)

采用70 號(hào)基質(zhì)瀝青，按4.6%油石比生產(chǎn)AC-20C 瀝青混合料，添加0.3%（混合料質(zhì)量）的PE 類聚烯烴改性劑（以下簡(jiǎn)稱KZD-I），制備成型混合料圓柱型試件，按照規(guī)程使用MTS設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，在一定條件下高模量混合料可達(dá)到17335MPa，而普通瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量為9045MPa，SBS 改性瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量為11223MPa。根據(jù)法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，通常高模量混合料的動(dòng)態(tài)模量要求值為大于等于14000MPa。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)瀝青及SBS 改性瀝青不能滿足高模量混合料的相關(guān)指標(biāo)要求。具體數(shù)據(jù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各種材料動(dòng)態(tài)模量檢測(cè)結(jié)果

3.2 高模量瀝青混合料路用性能指標(biāo)檢測(cè)

在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，混合料聚烯烴改性劑KZD-I 所生產(chǎn)瀝青混合料的其他指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表2。

表2 KZD 型高模量混合料檢測(cè)結(jié)果

從上表可以看出，在符合高模量指標(biāo)要求的情況下，同等條件其他指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果同樣高于國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 高模量瀝青混合料超高溫性能檢測(cè)

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(dòng)穩(wěn)定度值可達(dá)4800次/mm。混合料具體檢測(cè)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3。

表3 PE 類聚烯烴改性劑70℃下車轍動(dòng)穩(wěn)定度

4 經(jīng)濟(jì)性及使用案例

在原料生產(chǎn)中可以實(shí)現(xiàn)白色垃圾回收利用，減少污染；在攪拌生產(chǎn)環(huán)節(jié)省下了固定設(shè)備投資維護(hù)及有效節(jié)能減排。

（1）瀝青混合料聚烯烴改性劑應(yīng)用已達(dá) 10 年以上，與傳統(tǒng)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(zhǎng)，經(jīng)專家鑒定，該技術(shù)處于國(guó)際先進(jìn)水平。

（2）工藝上，瀝青混合料聚烯烴改性劑的工藝方法更簡(jiǎn)單，省去了應(yīng)用SBS 等傳統(tǒng)改性劑制作改性瀝青所需的專用改性設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備，同時(shí)節(jié)省人力、財(cái)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(chǎn)出高性能的混合料，削減了傳統(tǒng)的改性材料需要對(duì)瀝青單獨(dú)改性的過(guò)程，避免了改性瀝青存儲(chǔ)過(guò)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(guò)50%的再回收聚烯烴類廢舊材料，使“白色污染”無(wú)害化處理，是徹底解決、治理“白色污染”的優(yōu)選方法。

（5）隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，作為高等級(jí)路面的瀝青路面鋪裝里程已超過(guò) 50 萬(wàn)公里，瀝青混合料聚烯烴改性劑的應(yīng)用可以全面提高路面質(zhì)量，實(shí)用性強(qiáng)，作用顯著。

（6）路用性能好、路面壽命長(zhǎng)、環(huán)保作用顯著，減少了重復(fù)修建道路帶來(lái)的大量廢棄物、污染排放，保護(hù)了人類生存環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

瀝青混合料聚烯烴改性劑應(yīng)用后，瀝青路面路用性能成倍提升、壽命延長(zhǎng)，給國(guó)家、地方、公路投資、公路建設(shè)等單位帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益；綜合直接材料成本低于使用傳統(tǒng)SBS 傳統(tǒng)改性劑；瀝青混合料聚烯烴改性劑的應(yīng)用，對(duì)石材、瀝青等無(wú)特殊要求，可為相關(guān)單位節(jié)約較多的原材料采購(gòu)成本。因此，該類產(chǎn)品綜合性價(jià)比處于改性行業(yè)領(lǐng)先地位。后期需要加快瀝青混合料聚烯烴改性劑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，以促進(jìn)我省高性能瀝青混合料生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高性瀝青路面建設(shè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化。