聚烯烴再生材料對橡膠改性瀝青混合料高溫性能的影響分析

何小留

【摘要：】為研究聚烯烴再生材料在橡膠改性瀝青混合料中的適應性問題，文章采用車轍試驗分析不同類型聚烯烴再生材料對橡膠改性瀝青混合料高溫性能的影響。研究結果表明：聚烯烴再生材料能夠顯著改善橡膠瀝青混合料的高溫性能，且不同類型材料對高溫性能改善效果存在顯著差異;隨試驗溫度的增加，各類型橡膠瀝青混合料動穩定度呈下降趨勢，且聚烯烴再生材料能夠顯著改善溫度增加對高溫性能的劣化作用;隨聚烯烴再生材料摻量增加，PP和KZD-1橡膠改性瀝青混合料的動穩定度指標呈先增加后下降趨勢，AP-8材料的動穩定度指標呈持續增加趨勢，聚烯烴再生材料與橡膠瀝青混合料存在最佳用量范圍;隨輪載的增加，動穩定度指標呈顯著下降趨勢，而摻加聚烯烴再生材料后，輪載增加對高溫車轍的劣化作用得到顯著改善。

【關鍵詞：】道路工程;橡膠改性瀝青混合料;聚烯烴再生材料;高溫性能

U416.03A100323

0 引言

橡膠改性瀝青路面技術作為交通運輸部科技推廣與示范應用成果之一，在我國得到了廣泛的推廣應用，這不僅使廢舊橡膠材料得到了循環利用，而且對環境保護也具有重要意義。開展對聚烯烴再生材料在橡膠改性瀝青及瀝青混合料中的應用研究具有一定的前瞻性，聚烯烴材料具有良好的高溫敏感性及抗疲勞特性，使其在橡膠改性瀝青混合料中得到應用，對延長瀝青路面使用壽命具有重要意義。我國針對橡膠粉改性瀝青的應用開展了相應的研究，得出了不少研究成果。董大偉等利用橡膠粉和活化橡膠粉分別制備了高黏改性瀝青，并分析了膠粉摻量、樹脂類型等對高黏改性瀝青性能影響，為橡膠粉的再生利用提供了新的研究方向[1]。鄭敏楠從微觀手段方面分析了橡膠改性瀝青的研究應用現狀，較為全面地闡述了從微觀結構入手可更全面地了解橡膠粉與瀝青的融合關系，與傳統評價方法相比，具有顯著的優勢[2]。李智文利用三軸蠕變試驗和低溫小梁彎曲試驗分析了鹽-凍循環作用下橡膠改性瀝青混合料的高溫性能和低溫性能，指出溫拌改性瀝青混合料各項性能均優于熱伴瀝青混合料[3]。張曉亮等研究了橡膠粉和TOR摻量變化對改性瀝青基本性能影響規律，通過對AC-13/ARAC-13的路用性能進行對比分析，提出橡膠粉與TOR最佳摻量范圍，及橡膠改性瀝青適用于間斷級配瀝青混合料[4]。

綜上所述，橡膠改性瀝青作為節能減排、綠色低碳的推廣應用產品之一，在我國得到了良好的推廣應用，但關于聚烯烴再生材料即“白色垃圾”對橡膠改性瀝青路用性能影響研究涉及較少。本文通過分析不同類型聚烯烴再生材料對橡膠改性瀝青混合料高溫性能的影響規律，初步探討聚烯烴再生材料在該方面的適應性，為其推廣應用提供技術支持。

1 原材料及級配設計

1.1 原材料

結合廣西某高速公路建設應用情況，集料選擇石灰巖，礦粉為石灰巖磨制，瀝青選擇成品橡膠改性瀝青，聚烯烴再生材料選擇3種（分別由兩個公司提供，PP塑料和AP-8為蘇州拓博琳科技有限公司產品，KZD-1為深圳市科中大交通建材有限公司產品）。上述材料的相關試驗結果如表1～3所示。

1.2 級配設計

橡膠改性瀝青混合料采用間斷級配，選擇上面層ARHM-13型級配進行研究（見表4），最佳油石比下的馬歇爾試驗參數結果如表5所示。各類聚烯烴再生材料均采用外摻法，摻量（占瀝青混合料總質量千分比）為3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰。

2 聚烯烴再生材料類型對高溫性能的影響分析

目前，高等級公路中的車轍病害較為常見，以失穩型車轍為主，我國規范標準以60 ℃條件下動穩定度指標表征瀝青混合料抗車轍能力。本文依據規范要求，采用上述設計級配對不同試驗溫度（60 ℃、70 ℃）下各類聚烯烴再生材料進行高溫性能分析（摻量為3.5‰），試驗結果如圖1～3所示。

由圖1可知：

（1）摻加聚烯烴再生材料后橡膠瀝青混合料的高溫性能均得到顯著改善，不同類型聚烯烴再生材料對高溫性能的改善效果不同。動穩定度值排序為：AP-8>KZD-1>PP>未摻加，與未摻加再生材料相比，三種材料對動穩定度值改善幅度分別為60.6%、40.7%、25.3%。說明AP-8材料對橡膠瀝青混合料高溫性能的改善效果最佳，PP材料最差。

（2）60 min車轍變形量與動穩定度變化規律相接近，動穩定度值越小，車轍深度值越大。如未摻加聚烯烴再生材料的橡膠瀝青混合料60 min車轍深度達到1.924 mm，AP-8的車轍深度值最小為1.583 mm。以車轍深度指標為分析對象，三種聚烯烴再生材料的改善幅度分別為2.5%、13.0%、17.7%，這與動穩定度指標存在較大的差異。為進一步研究聚烯烴再生材料對不同溫度下動穩定度影響，開展了70 ℃下車轍試驗，結果如圖2、圖3所示。

（3）隨試驗溫度增加，各類型瀝青混合料動穩定度值均呈下降狀態，高溫性能下降，但不同聚烯烴再生材料的瀝青混合料高溫性能變化幅度存在顯著差異。其中，AP-8改性瀝青混合料動穩定度值下降幅度最小，未摻加的動穩定度值下降幅度最大，動穩定度值變化幅度規律為：未摻加>PP>KZD-1>AP-8，動穩定度損失率分別為：38.5%、25.9%、20.3%、10.3%（與60 ℃相比）。說明摻加聚烯烴再生材料顯著改善了溫度增加對瀝青混合料高溫性能的劣化作用。

（4）試驗溫度增加，各類型瀝青混合料的60 min車轍深度也相應增加，不同聚烯烴再生材料瀝青混合料車轍深度變化幅度規律為：未摻加>KZD-1>AP-8>PP，車轍深度增加幅度分別為20.4%、13.3%、12.6%、7.3%（與60 ℃相比）。這與動穩定度指標變化規律不同，如KZD-1和AP-8的動穩定度指標相差約10%，而60 min車轍深度指標卻相接近;PP再生材料的車轍深度僅比60 ℃時增加了7.3%，與車轍指標的25.9%存在較大差別。說明60 min車轍深度指標可選作瀝青混合料高溫性能的輔助評價指標，需要與規范中動穩定度指標或其他評價手段相結合來綜合評價其高溫性能。

3 聚烯烴再生材料摻量對高溫性能的影響分析

為研究聚烯烴再生材料與礦料、瀝青的融合程度，以及超過推薦摻量后對瀝青混合料高溫性能的影響，本文通過宏觀試驗進行分析。動穩定度指標采用規范標準試驗條件，試驗結果如圖4所示。

由圖4可以看出：

（1）聚烯烴再生材料摻量變化對橡膠瀝青混合料高溫性能存在顯著影響。隨摻量增加，PP和KZD-1材料動穩定度指標呈先增加后下降趨勢;而AP-8材料，隨摻量增加呈持續增加趨勢變化。說明不同類型聚烯烴再生材料與橡膠瀝青混合料存在最佳融合范圍，這與各材料的熔融溫度、聚烯烴含量和分子鏈狀態均存在密切關系。

（2）各類聚烯烴再生材料與橡膠瀝青混合料存在適應最佳用量范圍。ARHM-13瀝青混合料的高溫性能顯示，PP材料最佳用量約為3.7‰，KZD-1材料最佳用量約為4.0‰，AP-8的動穩定度最大值在4.5‰（但不一定是最佳用量，需要進一步增加摻量驗證）。研究顯示三種材料的熔融溫度相差約30 ℃，聚烯烴再生材料熔融溫度越低，與礦料攪拌融合過程中更容易溶解、均勻分散粘附在礦料表面，形成良好的粘結界面，對瀝青混合料高溫性能改善越顯著。而熔融溫度顯著增加后，在相同攪拌時間下與礦料的溶解、分散均受到相應限制，超過一定用量后，容易在礦料表面形成集結顆粒，劣化礦料與瀝青的粘結作用，進而影響其路用性能。

4 加壓荷載對高溫性能的影響分析

聚烯烴再生橡膠改性瀝青混合料一般用于瀝青路面上面層，直接承受車輛荷載作用，且重載路面易出現車轍現象也是常見問題之一。本文通過改變輪壓荷載（0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa）研究三種改性瀝青混合料高溫性能影響規律（試驗溫度60 ℃），其中PP、KZD-1和AP-8的摻量分別為3.7‰、4.0‰、4.5‰（占瀝青混合料質量千分比），試驗結果如圖5所示。

由圖5可知：

（1）隨試驗荷載的增加，動穩定度值均呈下降趨勢，但四種改性瀝青混合料的變化幅度存在較大差異，摻加聚烯烴后，輪載增加對高溫車轍的劣化作用顯著得到改善。四種改性瀝青混合料的動穩定度值劣化程度變化規律為：未摻加>PP>KZD-1>AP-8，輪載為0.9 MPa時，動穩定度值劣化變化幅度分別為48.2%、36.9%、27.3%、15.8%（與0.7 MPa相比）。說明未摻加聚烯烴再生材料的橡膠瀝青混合料受荷載劣化影響最顯著，AP-8受荷載影響最小，對橡膠瀝青混合料的高溫性能改善效果最佳。

（2）隨輪載增加，未摻加和PP改性橡膠瀝青混合料的動穩定度值變化幅度進一步持續增加，而KZD-1和AP-8的動穩定度值變化幅度趨于穩定。對于未摻加的橡膠改性瀝青混合料，輪載0.8 MPa和0.9 MPa時，動穩定度分別下降了21.8%和33.7%（與0.7 MPa相比），而AP-8的動穩定度分別下降了9.9%和6.6%。

5 結語

（1）聚烯烴再生材料能夠顯著改善橡膠瀝青混合料的高溫性能，且不同類型材料對高溫性能的改善效果存在差異。隨試驗溫度增加，各類型橡膠瀝青混合料動穩定度呈下降趨勢變化，且聚烯烴再生材料能夠顯著改善溫度增加對高溫性能的劣化作用，三種聚烯烴材料的改善效果規律為：AP-8>KZD-1>PP。

（2）隨聚烯烴再生材料摻量增加，PP和KZD-1橡膠改性瀝青混合料的動穩定度指標呈先增加后下降趨勢，AP-8材料的動穩定度指標呈持續增加趨勢變化，聚烯烴再生材料與橡膠瀝青混合料存在最佳用量范圍。

（3）隨著輪載的增加，動穩定度指標呈顯著下降趨勢，而摻加聚烯烴再生材料后，輪載增加對高溫車轍的劣化顯著得到改善，三種聚烯烴再生材料的改善效果規律為：AP-8>KZD-1>PP。

參考文獻：

[1]董大偉，凌天清，江 寬，等.廢輪胎橡膠粉在高黏改性瀝青中的應用性研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2020，39（1）：78-84，91.

[2]鄭敏楠.關于廢輪胎膠粉粒改性瀝青膠結材料的微觀分析方法研究綜述[J].合成材料老化與應用，202 50（3）：155-157.

[3]李智文.鹽-凍融循環作用下廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青混合料性能研究[J].中外公路，202 41（3）：327-332.

[4]張曉亮，陳華鑫，張 奔，等.TOR改性廢舊小轎車輪胎橡膠瀝青混合料路用性能研究[J].硅酸鹽通報，2018，37（7）：2 241-2 247.