基于PP 裂解蜡的温拌沥青混合料性能研究

2020-11-30王志美李传强史绍松

科学技术创新 2020年34期

王志美李传强史绍松

（1、重庆通力高速公路养护工程有限公司，重庆401120 2、重庆交通大学材料科学与工程学院，重庆400074 3、重庆交通大学土木工程学院，重庆400074）

在沥青路面建设中，我国常采用热拌沥青混合料（HMA）技术。但是在沥青混合料的热拌过程中，温度一般高达170℃～180℃，过高的温度不仅带来了较高的施工难度，也释放出大量的有害气体，对作业人员和环境带来严重危害[1]。如何降低沥青混合料施工温度并保证路用性能一时成为道路技术人员关注的重点问题，温拌沥青混合料（WMA）技术由此诞生。WMA 施工温度较热拌技术低20℃～30℃[2]，同时也能提高路面使用性能[3]。此外，我国是塑料大国，每年废塑料的产量巨大并且难以降解，给环境带来了严重污染[4]。通过废旧塑料资源化技术可以得到低碳有机化合物，实现对废塑料的再利用[5]。作为该技术产物之一的石蜡，由于具有润滑降粘的作用，可以改性沥青制成混合料，降低拌和温度，提高路用性能，达到一定的温拌效果[6]。

本文采用热裂解制备的废旧聚丙烯裂解蜡（以下简称PPW）制备温拌改性沥青混合料SMA-13（油石比为6%），通过水稳定性试验和车辙试验探究不同掺量下的PPW 对改性沥青混合料路用性能的影响，为温拌技术的发展提供参考。

1 试验材料及试验方案

1.1 试验材料

（1）废旧聚丙烯裂解蜡（PPW）。通过热裂解法在390℃温度下生产废旧聚丙烯裂解蜡，主要成分为烷烃和烯烃，性能满足相关规范。

（2）沥青。采用的沥青为壳牌AH-70 号基质沥青，性能满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求，具体参数见表1。

表1 AH-70 基质沥青主要技术指标及检测结果

（3）集料。采用的粗集料采集于自然界的玄武岩，细集料为碎石制砂机加工而成，矿粉为玄武岩矿粉。

（4）矿料级配。沥青混合料采用的级配为SMA-13，技术指标见表2。

表2 SMA-13 级配表

1.2 试验方案

（1）按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20 -2011）要求，通过浸水马歇尔试验和低温冻融劈裂试验来验证本实验改性沥青混合料的水稳定性。

（2）按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20 -2011）要求,通过轮碾压法制作SMA-13 车辙板，测试其高温抗车辙能力。

（3）按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20 -2011）要求，通过低温弯曲试验，测试其低温抗裂能力。

2 温拌改性沥青混合料路用性能

通过马歇尔试验确定了混合料最佳油石比为6%，各组聚丙烯裂解蜡掺量分别为6%、8%、10%，分别测试混合料的水稳定性和高温稳定性。

2.1 水稳定性

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的要求，通过浸水马歇尔试验和低温冻融劈裂试验来验证本实验改性沥青混合料的水稳定性。

2.1.1 残留稳定度试验

SMA-13 型沥青混合料的浸水马歇尔稳定度和48h 恒温（60℃）水槽残留稳定度结果见图1。

图1 残留稳定度试验结果图

通过图1 可以看出，随着废塑料裂解蜡掺量的增加，稳定度明显提高，各掺量沥青混合料的稳定度远高于基质沥青混合料，且随着改性剂掺量增加，稳定度缓慢提升，说明改性剂对混合料的抗车辙能力有利好作用。

通过48h 浸水马歇尔稳定度的数据以及稳定度的数据，根据公式1 可以得出不同掺量下PPW 改性沥青混合料的残留稳定度%，各组混合料残留稳定度均高于基质沥青混合料的残留稳定度，且满足规范要求的80%以上。说明废旧塑料裂解蜡的加入对残留稳定度有改善效果。

2.1.2 冻融劈裂试验

SMA-13 型沥青混合料的冻融劈裂试验结果见图2。

图2 冻融劈裂试验结果图

由图2 得出的抗拉强度数据以及公式2 可以得出抗拉强度比。四种沥青混合料的抗拉强度比均超过规范要求的80%，PPW 改性沥青混合料的劈裂抗拉强度相较于基质沥青混合料有所提高，说明废塑料裂解蜡的加入对混合料的抗拉强度有改善作用。

2.2 高温稳定性

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的要求，参考前面试验结果采用最佳掺量，即10%PPW 改性沥青混合料进行车辙试验。通过观察动稳定度以及车辙深度来验证改性沥青混合料的高温稳定性。试验结果见表3。

表3 动稳定度试验结果

由表5 可以看出：10%PPW 改性沥青混合料的动稳定度满足规范要求，且改性效果明显，性能远高于基质沥青，说明PPW能够改善沥青混合料的高温性能。同时，10%PPW 改性沥青混合料不同温度和时间下的试验车辙深度都大于基质沥青混合料，说明同等试验条件下，10PPW 改性沥青混合料抗变形能力强，高温性能好。

2.3 低温抗裂性

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的要求，参考前面试验结果采用最佳掺量，即10%PPW 改性沥青混合料进行低温弯曲试验。通过观察破坏弯拉应变来验证改性沥青混合料的低温抗裂性。试验结果见表4。

表4 低温弯曲试验结果

由表6 可知，由于PPW 的加入，沥青混合料的抗弯拉强度有所提高。抗弯拉强度反映了沥青混合料的低温弯曲性能，抗弯拉强度值越大，表明沥青混合料的抗破坏能力越强，低温环境中，抵抗温度收缩的能力越强。同时，沥青混合料的破坏弯拉应变也有一定程度的提高，说明PPW 能够改善沥青混合料的低温性能，增强路面抵抗低温开裂的能力。