瀝青混凝土摻入廢棄塑料袋對車轍的影響

楊 輝 伍衡山 廖一平 胡 杰

(1.南華大學土木工程學院，湖南 衡陽 421001；2.湖南工學院建筑工程與藝術(shù)設(shè)計學院，湖南 衡陽 421002；3.中交一公局第二工程有限公司，浙江 杭州 310000)

伴隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展我國公路也在不斷發(fā)展，車輛的渠化行駛，車流量不斷上升、重載汽車數(shù)量不斷增多、超載汽車不斷出現(xiàn)。目前我國新建公路和道路中瀝青路面居多，但是建成后運行的公路與道路中瀝青路面出現(xiàn)開裂、車轍、坑槽等現(xiàn)象。在各種路面損害中車轍問題所占比例尤為嚴重，它不僅對行車的舒適性有影響，而且對交通安全有著直接的影響。

塑料袋給人們的生活帶來了方便，廢棄塑料袋是人們在日常生活所產(chǎn)生的一種“白色”垃圾。但一時的方便，卻帶來長久的危害。廢棄塑料袋對環(huán)境造成嚴重影響，回收利用廢棄塑料袋刻不容緩[1]。廢棄塑料袋的主要成分：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龍等，本文利用廢棄塑料袋成分中的高聚物的優(yōu)點在瀝青混凝土添加對其高溫抗車轍有一定的影響，高溫基質(zhì)瀝青與廢棄的塑料袋相融。這不僅解決了塑料袋白色污染問題，同時提高了瀝青混凝土的抗車轍能力，起到了經(jīng)濟和環(huán)保的雙重效益。

溫度對瀝青混凝土特別敏感，摻入廢棄的塑料袋對其在高溫下流變性降低，抗剪切能力提高。利用廢棄塑料袋中成分類似于水泥混凝土中加“筋”，提高瀝青混凝土路面的抗車轍能力。有利于提高路面的使用性，降低維修和養(yǎng)護費用，延長路面的使用壽命。

1 廢棄塑料袋與瀝青

廢棄塑料袋的主要成分：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龍等。大部分均為聚合物，聚合物熔融溫度為60 ℃～200 ℃。瀝青的熔融溫度105 ℃～220 ℃，在瀝青混凝土中基質(zhì)瀝青熔融溫度基本上控制在165 ℃～175 ℃?；|(zhì)瀝青是具有粘、彈、塑性，溫度升溫時則軟化呈流體。在瀝青基質(zhì)加熱到170 ℃時把剪碎廢棄與熱瀝青混合并攪拌，利用兩者共同的熔融溫度區(qū)間相互到達熔融的狀況。通過攪拌使廢棄塑料袋均勻的散步在基質(zhì)瀝青中，廢棄塑料袋在170 ℃下大部分融化具有一定的流動性，有小部分未熔融散布在基質(zhì)瀝青中。在添加廢棄塑料中未融化廢棄塑料袋部分可以填充瀝青混凝土礦料之間的間隙。

2 廢棄塑料袋在瀝青混凝土中的作用

廢棄塑料袋是由多種高分子聚合物復合而成的材質(zhì)，在瀝青混凝土中添加廢棄塑料袋有利于提高瀝青混凝土的抗車轍能力。1)增黏作用：在高溫條件下瀝青與廢棄塑料袋攪拌，摻入的廢棄塑料袋在高溫瀝青中有一部分熔化，這熔化的一部分黏附在集料與礦料表面，增加瀝青與礦料的黏附能力[2]。2)加筋作用：廢棄塑料袋的加入提高了瀝青混合料之間的相互作用力，增強了瀝青混凝土承受荷載的能力[3]。瀝青與廢棄塑料袋有共熔的溫度區(qū)間，但是在瀝青與廢棄塑料袋攪拌時的溫度廢棄塑料有一部分聚合物未達到熔融。這一部分聚合物在攪拌的過程中被拉成塑料纖維，從而在瀝青混凝土中建立了一個塑料纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)起到加筋的作用。3)嵌擠作用：廢棄塑料袋中在加熱攪拌的過程中有一部分未熔化也不能被拉成纖維的物質(zhì)在瀝青混凝土中起到填充空隙的作用，降低空隙率增大瀝青混凝土密度，提高瀝青混凝土的承載荷載。4)變形恢復作用：利用廢棄塑料中的高聚物在正常中具有一定的塑彈性，當摻入廢棄塑料瀝青混凝土發(fā)生車轍后相對普通瀝青混凝土更容易發(fā)生回彈。

3 實驗及結(jié)果分析

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》各項原材料符合規(guī)范要求設(shè)計產(chǎn)生AC-16配合比例。參照普通瀝青配合比中添加碎廢棄袋的量分別為：0.2%,0.4%,0.6%。進行馬歇爾實驗，普通瀝青混凝土攪拌溫度為150 ℃,添加廢棄塑料袋瀝青混凝土攪拌溫度為165 ℃[4]。瀝青是一種典型的彈性物質(zhì)，各項性能指標會隨溫度變化而變化[5]。因此在同一溫度、同一配合比、摻入同一量基質(zhì)瀝青和加入廢棄塑料廢棄塑料袋的瀝青進行實驗對比。

3.1 摻入廢棄塑料袋和基質(zhì)瀝青馬歇爾穩(wěn)定度對比

對摻入0.2%,0.4%,0.6%的廢棄塑料袋的瀝青混凝土馬歇爾穩(wěn)定度從圖1數(shù)據(jù)中可以看出，當加入0.2%的廢棄塑料袋穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青穩(wěn)定度相對增加不大，加入0.4%和0.6%穩(wěn)定度比基質(zhì)瀝青穩(wěn)定明顯提高。

3.2 流值對比

加入0.2%,0.4%,0.6%的廢棄塑料袋的瀝青混凝土馬歇爾實驗流值從圖2可以得出結(jié)論：基質(zhì)瀝青混凝土<0.2%廢棄塑料袋瀝青混凝土<0.4%廢棄塑料袋瀝青混凝土<0.6%廢棄塑料袋瀝青混凝土，隨著廢棄塑料的加入的量不斷加大瀝青混凝土其流值不斷增大。說明瀝青混凝土中的自由瀝青流塑性降低，增加了瀝青的黏度和自由瀝青被廢棄塑料袋纖維網(wǎng)“牽制”。

3.3 空隙率對比

實驗采用水中重法得出數(shù)據(jù)計算空隙，隨著空隙率減小伴隨流值減小和毛體積增大，分析原因廢棄塑料袋在摻入瀝青中有一部分未達到熔融的溫度條件，這一部分未達到熔融溫度的物質(zhì)在瀝青混凝土中起到充填的作用。由圖3可知這一部分填充物質(zhì)降低了瀝青混凝土的空隙率提高了瀝青混凝土的密度，有利于瀝青混凝土抗車轍能力，降低了空隙中的水動水壓力對瀝青混凝土的破壞。

4 瀝青混合料車轍試驗

在夏季50 ℃～70 ℃下經(jīng)常產(chǎn)生車轍，因此車轍試驗采用60 ℃下恒溫進行，試模采用300 mm×300 mm×50 mm。每一組3個試件，車轍試驗儀采用恒溫并且在恒溫室內(nèi)對每組三塊試件進行保溫，試件保溫時間為6 h。當車轍試驗時其行走方向與試件碾壓方向一致，試驗1 h并記錄數(shù)據(jù)。

圖4試驗數(shù)據(jù)表明隨著廢棄塑料袋加入量的增大車轍動穩(wěn)定度也不斷在增大，圖4中數(shù)據(jù)可以看出0.4%～0.6%段動穩(wěn)定度增加更快。在瀝青混凝土中廢棄塑料袋的加入提高其抗車轍能力，有利于路面的使用性能[6]。

利用車轍儀車轍深度傳感儀測出瀝青混凝土車轍后的回彈數(shù)據(jù)，車轍進行完后瀝青混凝土均有回彈。基質(zhì)瀝青是一種黏彈性物質(zhì)，而廢棄塑料袋里的高聚物本身也具有黏彈性，并且在瀝青混凝土中起到加筋作用。圖5中回彈數(shù)：普通瀝青混凝土<瀝青混凝土+0.2%<瀝青混凝土+0.4%<瀝青混凝土+0.6%。

5 結(jié)語

在瀝青混凝土中摻入一定數(shù)量的廢棄塑料袋通過瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗和瀝青混合料車轍試驗得出：穩(wěn)定度、流值、空隙率、最大理論密度、動穩(wěn)定度、回彈量可以得出以下結(jié)論[7，8]:

1)隨著廢棄塑料袋的加入瀝青混凝土的抗車轍能力不斷提高，與普通瀝青混凝土的抗車轍能力相比有明顯的增大。

2)從車轍動穩(wěn)定度和回彈量可以廢棄塑料袋的摻入一部分起到“加筋”作用，基質(zhì)瀝青本身是具有黏彈性，同時廢棄塑料袋也是具有黏彈性。兩者有共同的熔融區(qū)間，當恢復正常溫度時摻入廢棄塑料袋瀝青混凝土黏彈性增強，故在高溫的條件下發(fā)生車轍后摻入廢棄塑料袋瀝青混凝土比普通瀝青混凝土的永久變形相對偏小。

3)摻入廢棄塑料袋瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比較車輛在路面行駛更加舒適和安全，道路渠化交通的條件下發(fā)生車轍破壞更少。

4)廢棄塑料袋本身是日常生活中的一種垃圾，當廢棄塑料袋采用填埋在土里極難腐爛，這不僅處理難而且對環(huán)境造成破壞。當廢棄塑料袋在瀝青混凝土中時不但解決了廢棄塑料袋處理難和對環(huán)境破壞問題，更是節(jié)約資源對其進行二次利用產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益，符合當前“環(huán)境友好”“可持續(xù)發(fā)展”社會。