韩君 于晓飞 周德洪

摘 要：为提高废旧聚乙烯（PE）改性沥青的路用性能，采用橡胶粉对PE沥青进行复合改性。通过高温性能、弹性恢复、低温性能、温度敏感性等指标，评价PE/橡胶粉复合改性沥青的性能。在橡胶粉含量为15%时，通过改变废旧PE掺量研究废旧PE/橡胶粉复合改性沥青的路用性能，综合考虑并确定最佳废旧PE掺量为5%。试验证明，橡胶粉和废旧PE的复合改性使沥青路面的抗病害能力和使用寿命均得到提高。

关键词：复合改性沥青；废旧PE；橡胶粉；路用性能

中图分类号：U414.7 文献标志码：B

Research on Performance of Asphalt Modified by Waste Polyethylene and Rubber Powder

HAN Jun1，2，YU Xiaofei3，ZHOU Dehong1

（1. Jiangsu Baoli International Investment Co. Ltd.， Jiangyin 214422， Jiangsu， China；

2. School ofCivil Engineering andArchitecture， Zhejiang University， Hangzhou 310013， Zhejiang， China；

3. School of Chemistry and Chemical Engineering， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240， China）

Abstract： In order to improve the pavement performance of waste polyethylene （PE） modified asphalt， rubber powder was brought in for complex modification. The performance of the complex modified asphalt was evaluated by indices of high temperature performance， elastic recovery， low temperature performance and temperature sensibility. With the content of rubber powder being 15%， the pavement performance of the complex modified asphalt was studied by changing the amount of waste PE， and the optimum amount was determined to be 5%. It is proved that the diseaseresistant ability and service time of asphalt pavement modified by the waste PE and rubber powder are improved.

Key words： complex modified asphalt； waste polyethylene； rubber powder； pavement performance

0 引 言

随着中国经济的迅速发展，废旧塑料和废旧橡胶的数量在以超过10%的速度逐年增加，这些废旧材料会给自然环境带来巨大污染；如何综合利用数量巨大的废旧塑料和橡胶高分子材料，缓解环境污染，已成为社会的焦点问题之一。采用废旧橡胶和塑料对沥青进行改性应用于道路工程，不仅可以减少环境中的黑色污染和白色污染，还能够提高沥青的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性和弹性性能，同时复合改性沥青混合料铺筑的路面具有降低路面噪音、减少路面反光、提高路面抗滑性能、降低道路建设成本的效果[15]，有很好的社会效益和发展前景[68]。

为了提高沥青混合料的路用性能，在沥青混合料中添加外掺剂已经成了一种最普遍且有效的方法[910]。本文采用废旧橡胶粉和废PE（聚乙烯）材料作为改性剂对基质沥青进行复合改性，在废旧橡胶粉掺量为15%的条件下，掺入不同质量分数的废PE复合改性沥青，研究PE掺量对路用性能的影响，并确定最佳改性剂掺量。

1 材料及制备

1.1 原材料

本文采用的基质沥青为韩国双龙70#沥青，废橡胶是40～80目的细碎橡胶粉颗粒，废旧PE为废旧鲜奶软包装塑料袋和废旧塑料袋。废旧塑料使用前应先清洗，除去尘土杂物，并于60 ℃下干燥至含水量低于1%，然后将其剪成约为025 cm2的碎片（图1）备用。

1.2 废旧PE/橡胶粉复合改性沥青的制备

用废旧PE碎料和40～80目的橡胶粉对韩国双龙70#基质沥青进行复合改性。首先将基质沥青加热到160 ℃并保持温度恒定，然后加入不同掺量的PE碎料，以800 r·min-1的速度搅拌30 min；再加入15%的胶粉，继续搅拌30 min至分散均匀；初始高速剪切搅拌15 h，最后再普通搅拌30 min，赶走高速剪切中带入沥青中的大量气泡，并灌模测定其性质。具体流程如图2所示。

2 试验结果与讨论

2.1 高温性能

本文将废旧PE材料按不同的掺入量（3%、5%、7%）掺入废旧橡胶粉改性沥青制备废旧PE/橡胶粉改性沥青，并根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 051—2000）规定的方法对废旧PE/橡胶粉改性沥青进行相关试验，评价其性能。采用针入度和当量软化点T800两个指标来评价改性沥青的高温性能，试验结果如图3、4所示。

从图3、4中可以看出，随着PE掺量的增加，废旧橡胶粉改性沥青的针入度和当量软化点T800都产生了较大的变化。在不同温度下，PE对橡胶粉沥青的针入度影响不同：对于15 ℃和25 ℃的复合改性沥青，随着PE掺量的增加，胶粉沥青的针入度几乎呈线性递减；对于30 ℃的复合改性沥青，随着PE掺量的增加，其针入度由793（01 mm）减至407（01 mm），减小了50%。当PE掺量在0～5%时，胶粉沥青针入度增加速率较快；当掺量大于5%时，胶粉沥青针入度增加速率减缓，这与其当量软化点的升高速率相似。在PE掺量为0～5%时，胶粉沥青的当量软化点由525 ℃增加到62 ℃，增加了18%；当PE掺量大于5%后，胶粉沥青的当量软化点上升速率减缓，在PE掺量为7%时，复合沥青当量软化点为63 ℃，增加速率仅为掺0～5%PE时的20%。随着PE掺量的增加，胶粉沥青的针入度降低，软化点升高，表明聚合物PE的加入的确不同程度地使沥青稠度增加，提高了高温性能。这是因为聚乙烯加入熔融的沥青后，由晶态转变为非晶态，在机械搅拌的作用下，聚乙烯均匀地分布到沥青中，沥青中的蜡分子渗入聚乙烯结构内部，使聚乙烯体积膨胀（即溶胀），原来摺叠规整的聚乙烯链伸展开来，冷却后聚乙烯链重新结晶，并形成网状结构，与橡胶粉溶胀后形成的絮状结构联结在一起，约束了沥青质点之间的位移，限制了沥青胶体的流动，增加了其抵抗外力的能力，从而提高沥青的稠度、高温稳定性和抵抗变形的能力[11]。

图5为复合改性沥青软化点与PE掺量的关系曲线。从图5可以看出：随PE含量的增加，改性沥青的软化点呈线性增加，当PE掺量为3%时，沥青的软化点为65 ℃，较胶粉沥青的575 ℃提高了13%；当PE掺量为5%时，沥青的软化点增至72 ℃，PE掺量为7%时，沥青的软化点为785 ℃。分析认为，这是由于PE在机械作用下分散于沥青中时，由晶态转为非晶态，为了降低表面能会吸附沥青中的饱和分，并在这些轻质组分作用下发生溶胀，通过吸附和溶胀，使沥青的聚集态结构由溶胶型、溶凝胶型向凝胶型结构转化，大大改变沥青的粘弹性质，导致软化点升高，改善了沥青的高温性能。对于单一的橡胶粉改性沥青而言，由于胶粉的加入改变了沥青的结构，使沥青向溶胶型转化，所以粘度降低，软化点增幅较小。

综上分析，橡胶粉改性沥青中掺入废旧PE能够较好地提高复合改性沥青的高温稳定性能。

2.2 低温性能

按照试验规程对复合改性沥青进行延度试验，采用复合沥青延度和当量脆点（T1.2）来评价复合改性沥青的低温性能。试验结果如图6、7所示。

2.3 温度敏感性

本文采用针入度指数PI来评价改性沥青的温度敏感性。用已测得的复合改性沥青针入度值计算的针入度指数PI值结果如图8所示。从图8可以看出，PE掺量在0～5%时，

随PE掺量的增加，PI值由-077增加至034，且呈线性变化，表明PE显著改善了复合改性沥青的温度敏感性。这是由于加入PE后，沥青中的一部分饱和分、芳香分和蜡分子进入到PE分子网络，使沥青组分和胶体结构发生变化，表现为沥青质含量相对增多，PI值增大。然而，当PE的掺量超过5%后，PI值开始降低，这可能是PE的添加量太多导致其与沥青的相容性较差造成的。

2.4 弹性恢复性能

根据相应的试验规程对废旧PE/橡胶粉复合改性沥青进行25 ℃的弹性恢复试验，结果如图9所示。

从图9可以看出：在PE掺量为0～5%时，随PE掺量的增加，PE/橡胶粉复合改性沥青的弹性恢复率基本呈线性增大；PE掺量为5%时，弹性恢复率为68%，并达到最大值，较胶粉沥青的63%提高了近8%，这表明PE的加入使胶粉沥青的弹性恢复能力增强，路面耐久性得到改善，这也与PE的弹性性质是吻合的；当PE掺量较多（大于5%）时，弹性恢复率急剧减小，这表明过多的PE对改性沥青的弹性恢复性能是无益的。

3 结 语

（1）废旧PE与废旧橡胶粉复合改性沥青可提高沥青的高温稳定性、温度敏感性及弹性恢复性能，但是对沥青的低温抗裂性能没有较大改善。

（2）废旧PE的掺量对橡胶粉沥青的各种路用性能影响较大。本文综合考虑复合改性沥青的高低温性能、温度敏感性及弹性恢复性能等，确定在废旧橡胶粉掺量为15%的条件下，废旧PE的最佳掺量为5%。

（3）废旧PE/橡胶粉复合改性沥青不仅提高了基质沥青的路用性能和路面的抗病害能力，延长了道路的使用寿命，还可以有效回收废旧橡胶和塑料，在降低道路工程造价的同时保护自然环境，有着良好的经济效益和社会效益。

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[责任编辑：王玉玲]