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    聚烯烃再生材料对橡胶改性沥青混合料高温性能的影响分析

    时间：2022-12-27 13:41:03来源：百花范文网本文已影响人

    何小留

    【摘要：】为研究聚烯烃再生材料在橡胶改性沥青混合料中的适应性问题，文章采用车辙试验分析不同类型聚烯烃再生材料对橡胶改性沥青混合料高温性能的影响。研究结果表明：聚烯烃再生材料能够显著改善橡胶沥青混合料的高温性能，且不同类型材料对高温性能改善效果存在显著差异;随试验温度的增加，各类型橡胶沥青混合料动稳定度呈下降趋势，且聚烯烃再生材料能够显著改善温度增加对高温性能的劣化作用;随聚烯烃再生材料掺量增加，PP和KZD-1橡胶改性沥青混合料的动稳定度指标呈先增加后下降趋势，AP-8材料的动稳定度指标呈持续增加趋势，聚烯烃再生材料与橡胶沥青混合料存在最佳用量范围;随轮载的增加，动稳定度指标呈显著下降趋势，而掺加聚烯烃再生材料后，轮载增加对高温车辙的劣化作用得到显著改善。

    【关键词：】道路工程;橡胶改性沥青混合料;聚烯烃再生材料;高温性能

    U416.03A100323

    0 引言

    橡胶改性沥青路面技术作为交通运输部科技推广与示范应用成果之一，在我国得到了广泛的推广应用，这不仅使废旧橡胶材料得到了循环利用，而且对环境保护也具有重要意义。开展对聚烯烃再生材料在橡胶改性沥青及沥青混合料中的应用研究具有一定的前瞻性，聚烯烃材料具有良好的高温敏感性及抗疲劳特性，使其在橡胶改性沥青混合料中得到应用，对延长沥青路面使用寿命具有重要意义。我国针对橡胶粉改性沥青的应用开展了相应的研究，得出了不少研究成果。董大伟等利用橡胶粉和活化橡胶粉分别制备了高黏改性沥青，并分析了胶粉掺量、树脂类型等对高黏改性沥青性能影响，为橡胶粉的再生利用提供了新的研究方向[1]。郑敏楠从微观手段方面分析了橡胶改性沥青的研究应用現状，较为全面地阐述了从微观结构入手可更全面地了解橡胶粉与沥青的融合关系，与传统评价方法相比，具有显著的优势[2]。李智文利用三轴蠕变试验和低温小梁弯曲试验分析了盐-冻循环作用下橡胶改性沥青混合料的高温性能和低温性能，指出温拌改性沥青混合料各项性能均优于热伴沥青混合料[3]。张晓亮等研究了橡胶粉和TOR掺量变化对改性沥青基本性能影响规律，通过对AC-13/ARAC-13的路用性能进行对比分析，提出橡胶粉与TOR最佳掺量范围，及橡胶改性沥青适用于间断级配沥青混合料[4]。

    综上所述，橡胶改性沥青作为节能减排、绿色低碳的推广应用产品之一，在我国得到了良好的推广应用，但关于聚烯烃再生材料即“白色垃圾”对橡胶改性沥青路用性能影响研究涉及较少。本文通过分析不同类型聚烯烃再生材料对橡胶改性沥青混合料高温性能的影响规律，初步探讨聚烯烃再生材料在该方面的适应性，为其推广应用提供技术支持。

    1 原材料及级配设计

    1.1 原材料

    结合广西某高速公路建设应用情况，集料选择石灰岩，矿粉为石灰岩磨制，沥青选择成品橡胶改性沥青，聚烯烃再生材料选择3种（分别由两个公司提供，PP塑料和AP-8为苏州拓博琳科技有限公司产品，KZD-1为深圳市科中大交通建材有限公司产品）。上述材料的相关试验结果如表1～3所示。

    1.2 级配设计

    橡胶改性沥青混合料采用间断级配，选择上面层ARHM-13型级配进行研究（见表4），最佳油石比下的马歇尔试验参数结果如表5所示。各类聚烯烃再生材料均采用外掺法，掺量（占沥青混合料总质量千分比）为3.0‰、3.5‰、4.0‰、4.5‰。

    2 聚烯烃再生材料类型对高温性能的影响分析

    目前，高等级公路中的车辙病害较为常见，以失稳型车辙为主，我国规范标准以60 ℃条件下动稳定度指标表征沥青混合料抗车辙能力。本文依据规范要求，采用上述设计级配对不同试验温度（60 ℃、70 ℃）下各类聚烯烃再生材料进行高温性能分析（掺量为3.5‰），试验结果如图1～3所示。

    由图1可知：

    （1）掺加聚烯烃再生材料后橡胶沥青混合料的高温性能均得到显著改善，不同类型聚烯烃再生材料对高温性能的改善效果不同。动稳定度值排序为：AP-8>KZD-1>PP>未掺加，与未掺加再生材料相比，三种材料对动稳定度值改善幅度分别为60.6%、40.7%、25.3%。说明AP-8材料对橡胶沥青混合料高温性能的改善效果最佳，PP材料最差。

    （2）60 min车辙变形量与动稳定度变化规律相接近，动稳定度值越小，车辙深度值越大。如未掺加聚烯烃再生材料的橡胶沥青混合料60 min车辙深度达到1.924 mm，AP-8的车辙深度值最小为1.583 mm。以车辙深度指标为分析对象，三种聚烯烃再生材料的改善幅度分别为2.5%、13.0%、17.7%，这与动稳定度指标存在较大的差异。为进一步研究聚烯烃再生材料对不同温度下动稳定度影响，开展了70 ℃下车辙试验，结果如图2、图3所示。

    （3）随试验温度增加，各类型沥青混合料动稳定度值均呈下降状态，高温性能下降，但不同聚烯烃再生材料的沥青混合料高温性能变化幅度存在显著差异。其中，AP-8改性沥青混合料动稳定度值下降幅度最小，未掺加的动稳定度值下降幅度最大，动稳定度值变化幅度规律为：未掺加>PP>KZD-1>AP-8，动稳定度损失率分别为：38.5%、25.9%、20.3%、10.3%（与60 ℃相比）。说明掺加聚烯烃再生材料显著改善了温度增加对沥青混合料高温性能的劣化作用。

    （4）试验温度增加，各类型沥青混合料的60 min车辙深度也相应增加，不同聚烯烃再生材料沥青混合料车辙深度变化幅度规律为：未掺加>KZD-1>AP-8>PP，车辙深度增加幅度分别为20.4%、13.3%、12.6%、7.3%（与60 ℃相比）。这与动稳定度指标变化规律不同，如KZD-1和AP-8的动稳定度指标相差约10%，而60 min车辙深度指标却相接近;PP再生材料的车辙深度仅比60 ℃时增加了7.3%，与车辙指标的25.9%存在较大差别。说明60 min车辙深度指标可选作沥青混合料高温性能的辅助评价指标，需要与规范中动稳定度指标或其他评价手段相结合来综合评价其高温性能。

    3 聚烯烃再生材料掺量对高温性能的影响分析

    为研究聚烯烃再生材料与矿料、沥青的融合程度，以及超过推荐掺量后对沥青混合料高温性能的影响，本文通过宏观试验进行分析。动稳定度指标采用规范标准试验条件，试验结果如图4所示。

    由图4可以看出：

    （1）聚烯烃再生材料掺量变化对橡胶沥青混合料高温性能存在显著影响。随掺量增加，PP和KZD-1材料动稳定度指标呈先增加后下降趋势;而AP-8材料，随掺量增加呈持续增加趋势变化。說明不同类型聚烯烃再生材料与橡胶沥青混合料存在最佳融合范围，这与各材料的熔融温度、聚烯烃含量和分子链状态均存在密切关系。

    （2）各类聚烯烃再生材料与橡胶沥青混合料存在适应最佳用量范围。ARHM-13沥青混合料的高温性能显示，PP材料最佳用量约为3.7‰，KZD-1材料最佳用量约为4.0‰，AP-8的动稳定度最大值在4.5‰（但不一定是最佳用量，需要进一步增加掺量验证）。研究显示三种材料的熔融温度相差约30 ℃，聚烯烃再生材料熔融温度越低，与矿料搅拌融合过程中更容易溶解、均匀分散粘附在矿料表面，形成良好的粘结界面，对沥青混合料高温性能改善越显著。而熔融温度显著增加后，在相同搅拌时间下与矿料的溶解、分散均受到相应限制，超过一定用量后，容易在矿料表面形成集结颗粒，劣化矿料与沥青的粘结作用，进而影响其路用性能。

    4 加压荷载对高温性能的影响分析

    聚烯烃再生橡胶改性沥青混合料一般用于沥青路面上面层，直接承受车辆荷载作用，且重载路面易出现车辙现象也是常见问题之一。本文通过改变轮压荷载（0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa）研究三种改性沥青混合料高温性能影响规律（试验温度60 ℃），其中PP、KZD-1和AP-8的掺量分别为3.7‰、4.0‰、4.5‰（占沥青混合料质量千分比），试验结果如图5所示。

    由图5可知：

    （1）随试验荷载的增加，动稳定度值均呈下降趋势，但四种改性沥青混合料的变化幅度存在较大差异，掺加聚烯烃后，轮载增加对高温车辙的劣化作用显著得到改善。四种改性沥青混合料的动稳定度值劣化程度变化规律为：未掺加>PP>KZD-1>AP-8，轮载为0.9 MPa时，动稳定度值劣化变化幅度分别为48.2%、36.9%、27.3%、15.8%（与0.7 MPa相比）。说明未掺加聚烯烃再生材料的橡胶沥青混合料受荷载劣化影响最显著，AP-8受荷载影响最小，对橡胶沥青混合料的高温性能改善效果最佳。

    （2）随轮载增加，未掺加和PP改性橡胶沥青混合料的动稳定度值变化幅度进一步持续增加，而KZD-1和AP-8的动稳定度值变化幅度趋于稳定。对于未掺加的橡胶改性沥青混合料，轮载0.8 MPa和0.9 MPa时，动稳定度分别下降了21.8%和33.7%（与0.7 MPa相比），而AP-8的动稳定度分别下降了9.9%和6.6%。

    5 结语

    （1）聚烯烃再生材料能够显著改善橡胶沥青混合料的高温性能，且不同类型材料对高温性能的改善效果存在差异。随试验温度增加，各类型橡胶沥青混合料动稳定度呈下降趋势变化，且聚烯烃再生材料能够显著改善温度增加对高温性能的劣化作用，三种聚烯烃材料的改善效果规律为：AP-8>KZD-1>PP。

    （2）随聚烯烃再生材料掺量增加，PP和KZD-1橡胶改性沥青混合料的动稳定度指标呈先增加后下降趋势，AP-8材料的动稳定度指标呈持续增加趋势变化，聚烯烃再生材料与橡胶沥青混合料存在最佳用量范围。

    （3）随着轮载的增加，动稳定度指标呈显著下降趋势，而掺加聚烯烃再生材料后，轮载增加对高温车辙的劣化显著得到改善，三种聚烯烃再生材料的改善效果规律为：AP-8>KZD-1>PP。

    参考文献：

    [1]董大伟，凌天清，江 宽，等.废轮胎橡胶粉在高黏改性沥青中的应用性研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2020，39（1）：78-84，91.

    [2]郑敏楠.关于废轮胎胶粉粒改性沥青胶结材料的微观分析方法研究综述[J].合成材料老化与应用，202 50（3）：155-157.

    [3]李智文.盐-冻融循环作用下废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料性能研究[J].中外公路，202 41（3）：327-332.

    [4]张晓亮，陈华鑫，张 奔，等.TOR改性废旧小轿车轮胎橡胶沥青混合料路用性能研究[J].硅酸盐通报，2018，37（7）：2 241-2 247.

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