黄守卿

【摘要：】为研究聚乙烯（PE）材料与脱硫橡胶粉的融合性及其对脱硫橡胶改性沥青性能的影响规律，文章采用常规试验方法分析了PE掺量变化、剪切时间变化和相关试验参数变化對脱硫橡胶改性沥青各项性能的影响。结果表明：随PE掺量的增加，针入度、延度指标均呈下降趋势，软化点呈增加趋势，掺量越大对各项性能指标影响越显著，提高了脱硫橡胶改性沥青的高温性能，劣化了低温延伸性能;随剪切时间的增加，针入度呈下降趋势，软化点呈增加趋势，延度呈先增加后下降趋势，当剪切时间超过75 min后，软化点和延度指标变化幅度显著;随试验温度的增加，PE脱硫橡胶改性沥青的黏度均呈下降趋势，温度与黏度呈指数关系，且与基质沥青和SBS改性沥青相比，PE脱硫橡胶改性沥青的粘弹性能最佳。

【关键词：】道路工程;橡胶改性沥青;PE改性剂;基本性能

U416.03A150463

0 引言

废旧轮胎的再生利用是世界各国的重点研究领域之一。废旧轮胎合理处治后参与道路工程基础设施应用作为我国重要的可持续推广的应用成果，不仅能够解决黑色污染问题，还能解决常规路面铺筑结构的缺陷，如提高沥青路面抗疲劳性能、高温稳定性能及降低行车噪声问题等。董大伟等研究了橡胶粉对高黏沥青性能影响，分析了胶粉类型、聚烯烃改性剂和其他树脂掺量制备高黏沥青的性能变化，提出制备高黏改性沥青的最佳配比[1]。张争奇等研究了脱硫胶粉和普通胶粉沥青的区别，采用微观红外光谱、粘弹性试验及其他常规试验对比分析两种沥青之间的性能变化规律，并指出脱硫胶粉与普通胶粉的应用范围[2]。王海朋等研究了胶粉类型对橡胶沥青基本性能影响，分析了不同类型橡胶沥青的微观结构，利用胶粉在沥青结构中分散程度表征胶粉改性沥青储存稳定性[3]。王笑风等分析了硫化胶粉、脱硫胶粉、SBS改性剂等复合改性沥青的基本性能变化，指出硫化橡胶粉具有较强的敏感性，掺量变化对沥青性能影响显著，推荐采用SBS复合硫化橡胶改性沥青，其高温稳定性和储存稳定性最佳[4]。

综上所述，对于聚乙烯（PE）复合脱硫橡胶改性沥青及沥青混合料的研究较少，本文以常用基质沥青为基础，分析PE脱硫橡胶粉改性沥青的基本性能及粘弹性能，为实体工程中推广应用提供技术指导。

1 试验材料

研究选择基质沥青为壳牌70#、SBS（I-C）改性沥青，聚乙烯选择国内某公司生产的低密度聚乙烯（PE）产品，橡胶粉选择采用常温物理方法脱硫后的胶粉。试验结果见表1～4。

2 试验方案

本文选择壳牌70#基质沥青开展相关研究，复合改性沥青制备及基本性能试验方案如下。

（1）PE脱硫橡胶改性沥青制备。直接选取成品基质沥青，恒温140 ℃加热至流淌状态，采用高速剪切机进行PE改性剂与基质沥青的混合（每次加工样品约2 kg），PE掺量分别为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%（占基质沥青质量的百分数），逐步加热至175 ℃，搅拌速率为5 000 r/min，搅拌约30 min至PE完全溶解、搅拌均匀;然后添加脱硫橡胶粉（掺量为18%，占改性沥青的质量百分数），高速剪切约40～50 min，剪切完毕后置于165 ℃烘箱中60 min，冷却后供后续试验用。

（2）优化选择试验方法。我国常用于评价沥青基本性能指标的参数为针入度、软化点和延度，本文在此基础上开展粘弹性能试验，分析PE脱硫橡胶改性沥青的弹性恢复能力，依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）[5]中方法进行各项性能分析。

3 PE掺量对脱硫橡胶改性沥青性能的影响

沥青作为胶结材料，对沥青混合料的高温性能、低温性能等具有显著影响，其软化点指标表征高温性能，延度指标表征低温延展性能，针入度指标表征沥青的稠度、软硬等性能。本文采用25 ℃针入度、5 ℃延度和软化点指标进行相关分析，结果见图1～3。

由图1～3可知：

（1）PE对脱硫橡胶改性沥青的高温性能、低温性能均具有显著影响。随PE掺量的增加，针入度、延度均呈下降趋势，软化点呈增加趋势，掺量越大对上述性能指标影响越显著。说明PE材料提高了改性沥青的高温性能，随PE掺量增加，增加了沥青的稠度和硬度，针入度值逐渐下降，PE掺量为2.5%时，针入度指标下降了约29.7%（与未添加PE材料相比）。

（2）软化点指标显著增加，提高了10%～20%，PE材料的添加能够进一步提高脱硫橡胶改性沥青的高温性能，弥补其高温性能不足的缺陷。但PE材料降低了脱硫橡胶改性沥青的低温延展性能，延度指标显著下降，在掺量1.0%～2.0%时，延度指标变化幅度稳定，下降23.6%～29.0%，在掺量为2.5%时，其下降了52.6%。说明PE掺量超过2.0%时对延度指标劣化程度显著增加。

由此可知，采用PE与脱硫胶粉复合后，对改性沥青的高温性能具有显著改善作用，增加了改性沥青的稠度;但对低温性能具有一定的劣化作用，尤其是超过最佳掺量时，对低温延度指标影响严重。综合分析，确定PE材料掺加用量为2.0%。

4 剪切时间对PE脱硫橡胶改性沥青性能的影响

复合改性沥青的加工工艺对沥青的性能也存在一定的影响，尤其是加工时间与沥青的储存稳定性等存在显著联系。本文分析不同剪切时间（45 min、60 min、75 min、90 min）下PE脱硫橡胶改性沥青的基本性能变化，结果见图4～6。

由图4～6可知：

（1）剪切时间对PE脱硫橡胶改性沥青的基本性能存在显著影响，随剪切时间的增加，针入度呈下降趋势，软化点呈增加趋势，延度呈先增加后下降趋势。3种指标的变化情况不尽相同，说明剪切时间变化对沥青各项性能存在不同的影响规律。

（2）针入度指标下降、软化点指标增加，说明随剪切时间增加，沥青的稠度增加，提高了沥青的高温性能。如剪切时间为75 min、90 min时的针入度指标分别下降了4.5%和6.4%，软化点指标增加了6.2%和7.0%;剪切时间超过75 min后，软化点增加幅度显著下降。结合延度指标变化趋势（延度指标在75 min范围内存在最大值），确定PE脱硫橡胶改性沥青剪切时间为75 min。

5 PE脱硫橡胶改性沥青粘弹性能分析

粘弹性能表征复合改性沥青的弹性恢復能力，与路面的疲劳性能存在密切关联，弹性恢复能力越强，其受力作用后产生的永久变形越小，复合改性沥青的性能越优良。采用上述确定的工艺参数对PE脱硫橡胶改性沥青进行粘弹性试验，结果见图7～8。

由图7～8可知：

（1）随试验温度的增加，3种沥青的黏度均呈下降趋势，利用温度与黏度关系拟合，发现二者呈指数关系变化，且相关系数均达到0.9以上，说明温度变化对沥青黏度存在直接影响。其中，SBS改性沥青黏度最大、PE脱硫橡胶改性沥青黏度居中，基质沥青黏度最小，随温度的增加，3种沥青之间的黏度差值越小。PE材料的添加，并未促使复合改性沥青黏度高于SBS改性沥青，说明PE脱硫橡胶复合改性沥青具备良好的施工和易性，满足规范要求。

（2）3种沥青弹性恢复变化规律如下：PE脱硫橡胶改性沥青>SBS改性沥青>基质沥青，这与黏性指标变化趋势相一致。PE脱硫橡胶改性沥青的粘弹性能最佳，具备良好的抗疲劳性能，抵抗车辆荷载的抗变形能力最佳，这与PE材料的性质密切相关。PE材料属于热塑性树脂，具备良好的高温稳定性和耐柔性，与脱硫胶粉混合后能够形成空间网络结构，与沥青不再单一物理存在，橡胶粉裂解后，分子量减小，与部分PE分子结构形成链接，共同作用于沥青分子结构中。

6 结语

（1）随PE掺量增加，针入度、延度指标均呈下降趋势，软化点呈增加趋势，掺量越大对各项性能指标影响越显著。说明PE材料提高了脱硫橡胶改性沥青的高温性能，劣化了低温延伸性能。综合分析，确定PE材料掺加用量为2.0%。

（2）随剪切时间的增加，针入度呈下降趋势，软化点呈增加趋势，延度呈先增加后下降趋势，当剪切时间超过75 min后，软化点和延度指标变化幅度显著。由此，可确定PE脱硫橡胶改性沥青剪切时间为75 min。

（3）随试验温度的增加，PE脱硫橡胶改性沥青的黏度均呈下降趋势，温度与黏度呈指数关系，且PE脱硫橡胶改性沥青的粘弹性能最佳，与SBS改性沥青相比，具备良好的施工和易性。

参考文献：

[1]田 桐. 高速公路改扩建工程中路基拼接施工技术的探讨[J]. 黑龙江交通科技，202 44（2）：16-17.

[2]万 瑞，张峻伟，张 婷. 路基路面拼接施工技术在高速公路改扩建中的应用[J]. 公路，202 66（2）：351-357.

[3]赵 楠. 公路改扩建工程低填浅挖和路基拼接施工技术研究[J]. 安阳工学院学报，2020，19（6）：84-87.

[4]柯长泽. 高速公路路基加宽工程施工技术的应用研究[J]. 黑龙江交通科技，2020，43（5）：54-55.

[5]李 满. 快速路改造工程设计中路基加宽拼接处理的研究[J]. 工程技术研究，2019，4（10）：23-24.

[6]谈 彤. 公路改扩建技术在甘孜州干线公路中的应用研究[D].西安：长安大学，2019.

[7]吕洪涛. 高速公路改扩建工程路基路面拼宽处理技术分析[J]. 中国新技术新产品，2019（6）：118-119.