RPE/RPP/SP復合改性劑（PGSM-01）對AC-13瀝青混合料性能影響

張文才

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

目前國內(nèi)外對廢舊聚合物（主要指廢舊塑料）改性瀝青及瀝青混合料方面的研究較多，大都集中在對其改性機理、性能、儲存穩(wěn)定性方面。成墾[1]應(yīng)用不同標號瀝青作為基質(zhì)瀝青，用廢舊RPE、廢舊RPP、裂化廢舊塑料及廢舊RPE、RPP混雜料4種改性劑對瀝青進行改性研究，得出：相比較而言，裂化廢舊塑料改性劑的綜合性能較高。白玉鳳等人[2]通過對不同含量廢舊塑料改性瀝青及改性瀝青混合料的三大指標及高溫車轍試驗、凍融劈裂試驗、低溫彎曲試驗研究發(fā)現(xiàn)：廢舊塑料改性劑可以提高改性瀝青混合料的各項路用性能，但隨著改性劑含量的增加，改性效果逐漸降低，得出改性瀝青中廢舊塑料改性劑最佳含量為5.5%左右（以瀝青質(zhì)量計）。對廢舊塑料改性瀝青混合料高溫性能國內(nèi)外研究人員均認為具有積極作用，對于低溫性能方面的改善存在不同的觀點，大部分研究認為廢舊塑料對改性瀝青混合料的低溫性能存在負面影響[3]。

劉宇杰[4]對于硫磺改性瀝青進行了工程應(yīng)用方面的研究，主要對硫磺材料選擇、添加工藝方案、溫控技術(shù)指標、運輸及攤鋪碾壓等瀝青混合料的路用性能進行了系統(tǒng)研究，得出硫磺改性瀝青技術(shù)具有綠色、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，具有很好的市場發(fā)展前景。吳靜秋[5]應(yīng)用99.7%純度的硫磺改性劑對70號A級道路石油瀝青混合料進行改性研究，通過馬歇爾試驗方法，研究了不同含量的硫磺改性劑對改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、抗水損性能、疲勞性能影響研究，分析測試表明：硫磺改性劑對瀝青混合料的高溫性能和疲勞性能有明顯效果，但對于低溫性能、抗水損性能有負面影響，綜合對比考慮，建議最佳硫磺改性劑添加量為20%～30%。趙永樂等人[6]認為焦化硫膏是一種較難處置和利用的材料，但硫含量越高的硫膏在改性瀝青及改性瀝青混合料中可作為重要的改性劑使用。同時，因焦化硫膏中一般都含有苯、多環(huán)芳烴、萘、茚、芴、菲等有害物質(zhì)，因此如果作為瀝青改性劑應(yīng)用，就要降低其含量。

雖然廢舊塑料及焦化硫膏各自均對瀝青及瀝青混合料的性能有積極的改性效果，但是文獻未見廢舊塑料與焦化硫膏共混改性后制備一種新型瀝青改性劑，本論文的目的就是利用現(xiàn)有擠出造粒技術(shù)，由二者作為主體原材料制得改性劑并研究其改性瀝青機理，為了便于與現(xiàn)有改性劑有所區(qū)別，本文所制改性劑命名為PGSM-01。

1 原材料

殼牌AH-90瀝青主要技術(shù)指標：針入度（25℃，5 s，0.1 mm）89、軟化點46 ℃、15 ℃延度120 cm：殼牌新粵（佛山）瀝青有限公司；集料（石灰?guī)r、礦粉）：山西喜躍發(fā)道路建設(shè)養(yǎng)護有限公司；硫膏（SP）：太原第二熱電廠脫硫工段，主要成分及其含量見表1；IN（H2S抑制劑）、DOP：濟南欣昊昌化工有限公司；MAPE（PE接枝馬來酸酐）：尚溪（上海）化工助劑有限公司；RPE（再生聚乙烯）：東莞市中閩新材料科技有限公司；RPP（再生聚丙烯）：萊州梓羽進出口有限公司。RPE、RPP主要性能見表2。

表1 SP主要成分及其含量

表2 RPE、RPP主要性能

2 PGSM-01制備

PGSM-01配方為RPE（70份）、RPP（30份）、S（30份）、IN（2份）、MAPE（1份）。制備工藝為：a）常溫下按配方將原料加入高混機中；b）混合均勻后原料進入上料機；c）從上料機進入主機料倉；d）通過喂料系統(tǒng)進入主機；e）通過雙螺桿機擠出造粒；f）在一定溫度及壓強下，擠出條狀產(chǎn)品，然后進入水槽進行水浴冷切；g）冷卻固化后進入吹干機吹干；h）進入切粒機造粒。

3 試驗方法

選用AC-13級配（未去粉、礦料級配見表3），油石比按4.4%，并按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》制得試件并進行相關(guān)測試。

表3 礦料級配表

4 結(jié)果與討論

4.1 濕拌合時間對動穩(wěn)定度影響

考慮到PGSM-01中部分硫含量對黏度的影響，PGSM-01添加量按瀝青混合料質(zhì)量的9%計，比較不同濕拌合時間對PGSM-01改性瀝青混合料高溫性能的影響。

濕拌合時間不僅影響拌合樓生產(chǎn)效率、工期進度，同時對瀝青混料的性能也產(chǎn)生一定的影響，尤其較長的濕拌合時間對瀝青混合料產(chǎn)生老化作用，進而影響到路面使用壽命、維修成本等。如果拌合時間較短，不利于PGSM-01改性劑充分、均勻地分散在瀝青混合料中。該試驗中干拌合時間30 s是由試驗室具體確定的，濕拌合時間分別取150 s、180 s、210 s、240 s討論對車轍性能的影響，其他試驗條件采取：拌和溫度（170℃）、成型溫度（160℃～165℃）、車轍試驗溫度（60℃）。

不同拌合時間對PGSM-01改性瀝青混合料的車轍影響見圖1、圖2，結(jié)果表明：濕拌合時間增加，改性瀝青混合料車轍變形量逐漸減小，其動穩(wěn)定度逐漸增加，其原因在于隨著濕拌合時間延長，PGSM-01改性劑更利于與石料起到拉絲、加筋、裹附作用，同時對瀝青的作用更加明顯，從微觀結(jié)構(gòu)猜測與瀝青之間所形成的氫鍵等作用力進一步增強有關(guān)。但從圖1、圖2看到在180～210 s之間45 min、60 min改性瀝青混合料變形量差距不大，同時在該拌合時間條件下動穩(wěn)定度已滿足施工要求，考慮到較長時間加熱對瀝青混合料老化及能源消耗等因素，PGSM-01改性瀝青混合料的拌合時間確定為180 s。

圖1 不同拌合時間車轍試驗變形量

圖2 不同拌合時間車轍試驗結(jié)果

4.2 拌合溫度對動穩(wěn)定度影響

討論不同拌合溫度對PGSM-01改性瀝青混合料的高溫性能影響，試驗采用條件如下：

a）拌和時間 干拌90 s，濕拌180 s；

b）成型溫度 160℃～165℃；

c）車轍試驗溫度 60℃。

拌合溫度對PGSM-01改性瀝青混合料影響較大，溫度太低不利于改性劑充分與石料、瀝青之間相互作用，起不到應(yīng)有的作用；溫度太高，最明顯的影響有老化、產(chǎn)量降低、成本增加等負面影響。為了分析溫度對PGSM-01改性瀝青混合料性能影響，該次試驗所采取溫度為：160℃、170℃、180℃、190℃。

試驗結(jié)果如表4，數(shù)據(jù)表明：拌合溫度為170℃時PGSM-01改性瀝青混合料動穩(wěn)定度達最大值9 000次/mm，整體趨勢隨著拌合溫度增加，動穩(wěn)定度存在最大值，即先增加后減小，其原因在于拌合溫度較低時PGSM-01改性劑不能充分熔融、拉絲對石料起到較好加筋作用；溫度過高時，瀝青老化性能降低，PGSM-01改性劑分子鏈斷裂以及與瀝青之間作用力降低等因素對動穩(wěn)定度產(chǎn)生負面影響。

表4 不同拌和溫度下混合料的車轍試驗結(jié)果

4.3 低溫抗裂性能試驗研究

從表5試驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論：AC-13瀝青混合料在添加PGSM-01改性劑后其彎拉破壞強度提高，而且添加比例在1%～5%之間彎拉破壞強度逐漸增大，隨后開始減小，在5%時達到最大值8.3 MPa。對于彎曲勁度模量隨著PGSM-01改性劑含量的增加而增加，13%PGSM-01含量時是普通瀝青混合料彎曲勁度模量的1.14倍。對于破壞應(yīng)變變化趨勢與彎拉破壞強度一致，在1%～9%隨著PGSM-01改性劑含量增加而增加，在9%處達到最大值，隨后開始降低，但均大于普通瀝青混合料破壞應(yīng)變值，說明PGSM-01改性劑添加后破壞應(yīng)變值提高。

表5 不同摻量PGSM-01低溫小梁彎曲試驗結(jié)果

4.4 浸水馬歇爾試驗

從表6可以看出PGSM-01的加入能夠改善瀝青混合料的穩(wěn)定度，與普通AC-13相比，30 min、48 h浸水馬歇爾試件的穩(wěn)定度均提高，浸水殘留穩(wěn)定度隨PGSM-01改性劑添加量的增加而提高。但兩種參數(shù)均在9%PGSM-01添加量時存在最大值，這說明PGSM-01改性劑對瀝青混合料的水穩(wěn)定性性能有改善和提高，且添加量9%為最佳值。如果僅從浸水馬歇爾試驗結(jié)果來看，PGSM-01改性劑的加入至少不會影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

表6 不同摻量PGSM-01浸水馬歇爾試驗結(jié)果

5 結(jié)論

利用廢舊RPE、RPP、SP原材料，并添加一定量的改性劑，通過雙螺桿機擠出技術(shù)制備瀝青混合料改性劑PGSM-01，通過添加不同比例改性劑對AC-13瀝青混合料性能測試，得出如下結(jié)論：

a）在拌合溫度（170℃）、成型溫度（160℃～165℃）、車轍試驗溫度（60℃）條件下，最佳濕拌合時間大于等于180 s。

b）在拌合時間（干拌90 s、濕拌180 s）、成型溫度（160℃～165℃）、車轍試驗溫度（60℃）條件下，最佳拌合溫度為170℃。

c）通過不同PGSM-01添加量的改性瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗測試，其破壞強度、彎曲勁度模量、破壞應(yīng)變均大于普通AC-13瀝青混合料指標，且存在最佳含量值。

d）通過30 min、48 h條件下浸水馬歇爾試驗穩(wěn)定度測試，可知PGSM-01的加入至少不會影響瀝青混合料的水穩(wěn)定性，且有一定的改善和提高作用。