聚烯烴再生材料對(duì)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(yīng)性問題，文章采用車轍試驗(yàn)分析不同類型聚烯烴再生材料對(duì)橡膠改性瀝青混合料高溫性能的影響。研究結(jié)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(duì)高溫性能改善效果存在顯著差異;隨試驗(yàn)溫度的增加，各類型橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)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(duì)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈先增加后下降趨勢，AP-8材料的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈持續(xù)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈顯著下降趨勢，而摻加聚烯烴再生材料后，輪載增加對(duì)高溫車轍的劣化作用得到顯著改善。

【關(guān)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(shù)作為交通運(yùn)輸部科技推廣與示范應(yīng)用成果之一，在我國得到了廣泛的推廣應(yīng)用，這不僅使廢舊橡膠材料得到了循環(huán)利用，而且對(duì)環(huán)境保護(hù)也具有重要意義。開展對(duì)聚烯烴再生材料在橡膠改性瀝青及瀝青混合料中的應(yīng)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(yīng)用，對(duì)延長瀝青路面使用壽命具有重要意義。我國針對(duì)橡膠粉改性瀝青的應(yīng)用開展了相應(yīng)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(duì)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(yīng)用現(xiàn)狀，較為全面地闡述了從微觀結(jié)構(gòu)入手可更全面地了解橡膠粉與瀝青的融合關(guān)系，與傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比，具有顯著的優(yōu)勢[2]。李智文利用三軸蠕變?cè)囼?yàn)和低溫小梁彎曲試驗(yàn)分析了鹽-凍循環(huán)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(xiàng)性能均優(yōu)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(duì)改性瀝青基本性能影響規(guī)律，通過對(duì)AC-13/ARAC-13的路用性能進(jìn)行對(duì)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(jí)配瀝青混合料[4]。

綜上所述，橡膠改性瀝青作為節(jié)能減排、綠色低碳的推廣應(yīng)用產(chǎn)品之一，在我國得到了良好的推廣應(yīng)用，但關(guān)于聚烯烴再生材料即“白色垃圾”對(duì)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(duì)橡膠改性瀝青混合料高溫性能的影響規(guī)律，初步探討聚烯烴再生材料在該方面的適應(yīng)性，為其推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 原材料及級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 原材料

結(jié)合廣西某高速公路建設(shè)應(yīng)用情況，集料選擇石灰?guī)r，礦粉為石灰?guī)r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(gè)公司提供，PP塑料和AP-8為蘇州拓博琳科技有限公司產(chǎn)品，KZD-1為深圳市科中大交通建材有限公司產(chǎn)品）。上述材料的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表1～3所示。

1.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

橡膠改性瀝青混合料采用間斷級(jí)配，選擇上面層ARHM-13型級(jí)配進(jìn)行研究（見表4），最佳油石比下的馬歇爾試驗(yàn)參數(shù)結(jié)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(zhì)量千分比）為3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰。

2 聚烯烴再生材料類型對(duì)高溫性能的影響分析

目前，高等級(jí)公路中的車轍病害較為常見，以失穩(wěn)型車轍為主，我國規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以60 ℃條件下動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)表征瀝青混合料抗車轍能力。本文依據(jù)規(guī)范要求，采用上述設(shè)計(jì)級(jí)配對(duì)不同試驗(yàn)溫度（60 ℃、70 ℃）下各類聚烯烴再生材料進(jìn)行高溫性能分析（摻量為3.5‰），試驗(yàn)結(jié)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(duì)高溫性能的改善效果不同。動(dòng)穩(wěn)定度值排序?yàn)椋篈P-8>KZD-1>PP>未摻加，與未摻加再生材料相比，三種材料對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度值改善幅度分別為60.6%、40.7%、25.3%。說明AP-8材料對(duì)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(dòng)穩(wěn)定度變化規(guī)律相接近，動(dòng)穩(wěn)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(dá)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(biāo)為分析對(duì)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)存在較大的差異。為進(jìn)一步研究聚烯烴再生材料對(duì)不同溫度下動(dòng)穩(wěn)定度影響，開展了70 ℃下車轍試驗(yàn)，結(jié)果如圖2、圖3所示。

（3）隨試驗(yàn)溫度增加，各類型瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度值均呈下降狀態(tài)，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(dòng)穩(wěn)定度值下降幅度最小，未摻加的動(dòng)穩(wěn)定度值下降幅度最大，動(dòng)穩(wěn)定度值變化幅度規(guī)律為：未摻加>PP>KZD-1>AP-8，動(dòng)穩(wěn)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(duì)瀝青混合料高溫性能的劣化作用。

（4）試驗(yàn)溫度增加，各類型瀝青混合料的60 min車轍深度也相應(yīng)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(guī)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)變化規(guī)律不同，如KZD-1和AP-8的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)相差約10%，而60 min車轍深度指標(biāo)卻相接近;PP再生材料的車轍深度僅比60 ℃時(shí)增加了7.3%，與車轍指標(biāo)的25.9%存在較大差別。說明60 min車轍深度指標(biāo)可選作瀝青混合料高溫性能的輔助評(píng)價(jià)指標(biāo)，需要與規(guī)范中動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)或其他評(píng)價(jià)手段相結(jié)合來綜合評(píng)價(jià)其高溫性能。

3 聚烯烴再生材料摻量對(duì)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(duì)瀝青混合料高溫性能的影響，本文通過宏觀試驗(yàn)進(jìn)行分析。動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)采用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件，試驗(yàn)結(jié)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(duì)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈先增加后下降趨勢;而AP-8材料，隨摻量增加呈持續(xù)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(tài)均存在密切關(guān)系。

（2）各類聚烯烴再生材料與橡膠瀝青混合料存在適應(yīng)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(dòng)穩(wěn)定度最大值在4.5‰（但不一定是最佳用量，需要進(jìn)一步增加摻量驗(yàn)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(jié)界面，對(duì)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(shí)間下與礦料的溶解、分散均受到相應(yīng)限制，超過一定用量后，容易在礦料表面形成集結(jié)顆粒，劣化礦料與瀝青的粘結(jié)作用，進(jìn)而影響其路用性能。

4 加壓荷載對(duì)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(xiàn)車轍現(xiàn)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(guī)律（試驗(yàn)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(zhì)量千分比），試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知：

（1）隨試驗(yàn)荷載的增加，動(dòng)穩(wěn)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(duì)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(dòng)穩(wěn)定度值劣化程度變化規(guī)律為：未摻加>PP>KZD-1>AP-8，輪載為0.9 MPa時(shí)，動(dòng)穩(wěn)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(duì)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(dòng)穩(wěn)定度值變化幅度進(jìn)一步持續(xù)增加，而KZD-1和AP-8的動(dòng)穩(wěn)定度值變化幅度趨于穩(wěn)定。對(duì)于未摻加的橡膠改性瀝青混合料，輪載0.8 MPa和0.9 MPa時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度分別下降了21.8%和33.7%（與0.7 MPa相比），而AP-8的動(dòng)穩(wěn)定度分別下降了9.9%和6.6%。

5 結(jié)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(duì)高溫性能的改善效果存在差異。隨試驗(yàn)溫度增加，各類型橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)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(duì)高溫性能的劣化作用，三種聚烯烴材料的改善效果規(guī)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈先增加后下降趨勢，AP-8材料的動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈持續(xù)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(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)呈顯著下降趨勢，而摻加聚烯烴再生材料后，輪載增加對(duì)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(guī)律為：AP-8>KZD-1>PP。

參考文獻(xiàn)：

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

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