废旧聚烯烃类高模量沥青混合料改性剂适用性研究

广州航海学院 航务工程学院，广东 广州 510725

1 前言

随着我国经济的不断发展，聚烯烃类材料被广泛应用于工业产品和食品包装、房屋装修和建筑建设中。由于聚烯烃类废弃塑料在我国造成了严重的“白色垃圾”污染，影响了人们的正常生活和环境质量。鉴于PE 烯烃类材料通常的特性，有研究人员将其应用于石油沥青的改性研究。通过大量实验及测试，PE 烯烃类材料可以改善普通沥青路面的刚性，从而大大减少沥青路面通常容易发生的车辙变形［1］。但该类材料也有缺点，其改性过的沥青的低温性能大大降低并十分容易发生开裂等破坏。国内外的很多学者将聚烯烃类材料与SBS 和橡胶材料进行了复合改性，虽然取得了一些效果［2-3］，但由于复合改性工艺复杂且改性成本过高，限制了废旧聚烯烃材料在改性沥青中的广泛应用。由于聚烯烃类材料是通过高分子发生聚合反应而产生的，其极性与普通沥青存在差异。国内有研究尝试把聚烯烃类材料进行接枝化处理，再将其与其它材料相融，取得了较为理想的效果。

近代以来根据使用情况，法国公路科技工作者首先提出了高模量沥青混合料的创意，其目的是为了减轻沥青路面的表面车辙和提高基层沥青混合料的刚性［4］。经过若干年的使用和总结，法国提出可将高模量沥青混合料的种类划为两类：高模量沥青混凝土上中下面层、高模量沥青混凝土基础层。经过长时间的应用积累，法国还对这两类材料提出了规范和标准。由于法国高模量沥青混合料良好的路用性能，欧盟国家的公路科技人员逐渐接受和吸纳这项技术。比如，比利时的Claude，DeBacker 等科技人员在高速公路上铺设了符合法国高模量沥青混合料标准的公路试验段。

高模量沥青混合料理念传入我国较晚，但在技术上给我们指引了方向［5-7］。江苏交科院组织专家将法国规范译成了中文。国内的专家和学者努力尝试使用符合法国标准的高模量沥青混合料来铺设沥青路面，并将高模量沥青混合料的设计、施工等相关研究提上了日程［8-11］。

近年来，我国政府对资源回收利用的支持力度不断加大，在我国广东、山东和江苏等省市出现了专门回收废旧聚烯烃类材料的专业市场，正努力地将其进行废旧再利用。近年来，以深圳市科中大交通建材有限公司为首的沥青混合料改性剂生产商不断涌现。本研究采用废旧聚烯烃类材料为原料制备性能优良的高模量沥青及其混合料，将此类材料变废为宝，为此类废旧资源的有效利用提供更佳的途径的同时提高沥青路面的综合路用性能。

2 关键问题及研究方案

图1 本研究采取的技术路线

本研究拟解决的关键问题：

（1）珠三角地区废旧聚烯烃材料的性能分析、分类及处理方法；

（2）沥青混合料聚烯改性剂在珠三角地区的适用性研究。具体内容及实施方案：

（1）调查国内外废旧聚烯烃材料综合处理的方式和方法，分析国内外相关沥青路面材料的研究及其应用概况

（2）针对珠三角地区的气候特征，结合科中大沥青混合料聚烯烃改性剂在我国其他地区应用情况、参考该产品的广东省地方标准，在试验室对使用该产品的沥青混合料性能进行综合评价。

（3）针对珠三角地区的气候特征，在有代表性的路面上使用科中大沥青混合料改性，研究其在珠三角地区适应性，总结实施经验。

本研究采取的技术路线（如图1）。

（1）广泛调研国内外沥青混合料改性剂的研发和使用现状。

（2）调查、分析珠三角地区的废旧聚烯烃材料现状、处理方式、处理效果，对环境的次生影响。具体到材料的种类、参与的人员结构、成规模程度、处理方法有无对环境影响、处理后产品的应用方法等，分析研究更优方案。

（3）结合当前最新沥青路面行业发展方向及在修、拟修标准方向，在室内做试验、分析研究。如长寿命高模量相关技术标准等。

（4）将沥青混合料聚烯烃应用在建的实体工程上，现场检测各项数据，验证废旧聚烯烃材料在珠三角地区的适用性。

3 试验数据及分析

3.1 动态模量指标检测

采用70 号基质沥青，按4.6%油石比生产AC-20C 沥青混合料，添加0.3%（混合料质量）的PE 类聚烯烃改性剂（以下简称KZD-I），制备成型混合料圆柱型试件，按照规程使用MTS设备进行动态模量试验，在一定条件下高模量混合料可达到17335MPa，而普通沥青混合料的动态模量为9045MPa，SBS 改性沥青混合料的动态模量为11223MPa。根据法国标准，通常高模量混合料的动态模量要求值为大于等于14000MPa。试验发现，基质沥青及SBS 改性沥青不能满足高模量混合料的相关指标要求。具体数据指标见表1。

表1 各种材料动态模量检测结果

3.2 高模量沥青混合料路用性能指标检测

在标准试验条件下，混合料聚烯烃改性剂KZD-I 所生产沥青混合料的其他指标检测结果如表2。

表2 KZD 型高模量混合料检测结果

从上表可以看出，在符合高模量指标要求的情况下，同等条件其他指标检测结果同样高于国家行业标准要求。

3.3 高模量沥青混合料超高温性能检测

PE 聚烯烃改性剂制备的沥青混合料在超高温度（70℃）下其车辙动稳定度值可达4800次/mm。混合料具体检测值统计结果如表3。

表3 PE 类聚烯烃改性剂70℃下车辙动稳定度

4 经济性及使用案例

在原料生产中可以实现白色垃圾回收利用，减少污染；在搅拌生产环节省下了固定设备投资维护及有效节能减排。

（1）沥青混合料聚烯烃改性剂应用已达 10 年以上，与传统SBS 等改性沥青材料相比，使用了聚烯烃改性剂的沥青路面，其抗高温、耐低温、抗水损等性能均有显著提高，路面使用寿命也大幅延长，经专家鉴定，该技术处于国际先进水平。

（2）工艺上，沥青混合料聚烯烃改性剂的工艺方法更简单，省去了应用SBS 等传统改性剂制作改性沥青所需的专用改性设备、运输设备，同时节省人力、财力、物力，即省去了“沥青改性工厂”。

（3）沥青混合料聚烯烃改性剂在拌和站直接投入拌和锅生产出高性能的混合料，削减了传统的改性材料需要对沥青单独改性的过程，避免了改性沥青存储过程中的分层离析、老化和大量能耗。

（4）原料上，沥青混合料聚烯烃改性剂采用了超过50%的再回收聚烯烃类废旧材料，使“白色污染”无害化处理，是彻底解决、治理“白色污染”的优选方法。

（5）随着我国经济的发展，作为高等级路面的沥青路面铺装里程已超过 50 万公里，沥青混合料聚烯烃改性剂的应用可以全面提高路面质量，实用性强，作用显著。

（6）路用性能好、路面寿命长、环保作用显著，减少了重复修建道路带来的大量废弃物、污染排放，保护了人类生存环境，符合可持续发展。

5 结论

沥青混合料聚烯烃改性剂应用后，沥青路面路用性能成倍提升、寿命延长，给国家、地方、公路投资、公路建设等单位带来较高的经济效益；综合直接材料成本低于使用传统SBS 传统改性剂；沥青混合料聚烯烃改性剂的应用，对石材、沥青等无特殊要求，可为相关单位节约较多的原材料采购成本。因此，该类产品综合性价比处于改性行业领先地位。后期需要加快沥青混合料聚烯烃改性剂技术标准体系的建立，以促进我省高性能沥青混合料生产，实现高性沥青路面建设的规范化、标准化、规模化。