基于PP 裂解蠟的溫拌瀝青混合料性能研究

王志美 李傳強(qiáng) 史紹松

（1、重慶通力高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，重慶401120 2、重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400074 3、重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶400074）

在瀝青路面建設(shè)中，我國(guó)常采用熱拌瀝青混合料（HMA）技術(shù)。但是在瀝青混合料的熱拌過(guò)程中，溫度一般高達(dá)170℃～180℃，過(guò)高的溫度不僅帶來(lái)了較高的施工難度，也釋放出大量的有害氣體，對(duì)作業(yè)人員和環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重危害[1]。如何降低瀝青混合料施工溫度并保證路用性能一時(shí)成為道路技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題，溫拌瀝青混合料（WMA）技術(shù)由此誕生。WMA 施工溫度較熱拌技術(shù)低20℃～30℃[2]，同時(shí)也能提高路面使用性能[3]。此外，我國(guó)是塑料大國(guó)，每年廢塑料的產(chǎn)量巨大并且難以降解，給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重污染[4]。通過(guò)廢舊塑料資源化技術(shù)可以得到低碳有機(jī)化合物，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢塑料的再利用[5]。作為該技術(shù)產(chǎn)物之一的石蠟，由于具有潤(rùn)滑降粘的作用，可以改性瀝青制成混合料，降低拌和溫度，提高路用性能，達(dá)到一定的溫拌效果[6]。

本文采用熱裂解制備的廢舊聚丙烯裂解蠟（以下簡(jiǎn)稱PPW）制備溫拌改性瀝青混合料SMA-13（油石比為6%），通過(guò)水穩(wěn)定性試驗(yàn)和車轍試驗(yàn)探究不同摻量下的PPW 對(duì)改性瀝青混合料路用性能的影響，為溫拌技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

（1）廢舊聚丙烯裂解蠟（PPW）。通過(guò)熱裂解法在390℃溫度下生產(chǎn)廢舊聚丙烯裂解蠟，主要成分為烷烴和烯烴，性能滿足相關(guān)規(guī)范。

（2）瀝青。采用的瀝青為殼牌AH-70 號(hào)基質(zhì)瀝青，性能滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）要求，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 AH-70 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

（3）集料。采用的粗集料采集于自然界的玄武巖，細(xì)集料為碎石制砂機(jī)加工而成，礦粉為玄武巖礦粉。

（4）礦料級(jí)配。瀝青混合料采用的級(jí)配為SMA-13，技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 SMA-13 級(jí)配表

1.2 試驗(yàn)方案

（1）按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20 -2011）要求，通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和低溫凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

（2）按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20 -2011）要求,通過(guò)輪碾壓法制作SMA-13 車轍板，測(cè)試其高溫抗車轍能力。

（3）按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20 -2011）要求，通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)，測(cè)試其低溫抗裂能力。

2 溫拌改性瀝青混合料路用性能

通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定了混合料最佳油石比為6%，各組聚丙烯裂解蠟摻量分別為6%、8%、10%，分別測(cè)試混合料的水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性。

2.1 水穩(wěn)定性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）的要求，通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和低溫凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

2.1.1 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)

SMA-13 型瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度和48h 恒溫（60℃）水槽殘留穩(wěn)定度結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果圖

通過(guò)圖1 可以看出，隨著廢塑料裂解蠟摻量的增加，穩(wěn)定度明顯提高，各摻量瀝青混合料的穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青混合料，且隨著改性劑摻量增加，穩(wěn)定度緩慢提升，說(shuō)明改性劑對(duì)混合料的抗車轍能力有利好作用。

通過(guò)48h 浸水馬歇爾穩(wěn)定度的數(shù)據(jù)以及穩(wěn)定度的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式1 可以得出不同摻量下PPW 改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度%，各組混合料殘留穩(wěn)定度均高于基質(zhì)瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度，且滿足規(guī)范要求的80%以上。說(shuō)明廢舊塑料裂解蠟的加入對(duì)殘留穩(wěn)定度有改善效果。

2.1.2 凍融劈裂試驗(yàn)

SMA-13 型瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果圖

由圖2 得出的抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)以及公式2 可以得出抗拉強(qiáng)度比。四種瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度比均超過(guò)規(guī)范要求的80%，PPW 改性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度相較于基質(zhì)瀝青混合料有所提高，說(shuō)明廢塑料裂解蠟的加入對(duì)混合料的抗拉強(qiáng)度有改善作用。

2.2 高溫穩(wěn)定性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）的要求，參考前面試驗(yàn)結(jié)果采用最佳摻量，即10%PPW 改性瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)。通過(guò)觀察動(dòng)穩(wěn)定度以及車轍深度來(lái)驗(yàn)證改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

由表5 可以看出：10%PPW 改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求，且改性效果明顯，性能遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明PPW能夠改善瀝青混合料的高溫性能。同時(shí)，10%PPW 改性瀝青混合料不同溫度和時(shí)間下的試驗(yàn)車轍深度都大于基質(zhì)瀝青混合料，說(shuō)明同等試驗(yàn)條件下，10PPW 改性瀝青混合料抗變形能力強(qiáng)，高溫性能好。

2.3 低溫抗裂性

按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）的要求，參考前面試驗(yàn)結(jié)果采用最佳摻量，即10%PPW 改性瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)。通過(guò)觀察破壞彎拉應(yīng)變來(lái)驗(yàn)證改性瀝青混合料的低溫抗裂性。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由表6 可知，由于PPW 的加入，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度有所提高。抗彎拉強(qiáng)度反映了瀝青混合料的低溫彎曲性能，抗彎拉強(qiáng)度值越大，表明瀝青混合料的抗破壞能力越強(qiáng)，低溫環(huán)境中，抵抗溫度收縮的能力越強(qiáng)。同時(shí)，瀝青混合料的破壞彎拉應(yīng)變也有一定程度的提高，說(shuō)明PPW 能夠改善瀝青混合料的低溫性能，增強(qiáng)路面抵抗低溫開(kāi)裂的能力。

3 結(jié)論

3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了添加PPW可以提高SMA 瀝青混合料的水穩(wěn)定性，延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命。其中，10%摻量下的PPW 改性瀝青混合料改善效果最好。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了10%摻量的PPW 可以提高瀝青混合料的抗變形能力，改善高溫穩(wěn)定性。

3.3 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了10%摻量的PPW 能夠改善瀝青混合料的低溫性能，但是改善程度較低。