废塑料改性沥青的研究进展

苏凯，徐斌，于晓晓

（1.上海城投集团研究总院，上海 200031；2.上海交通大学化学与化工学院，上海 200240）

将废塑料用于道路沥青的改性，既能明显提高路面的质量，又减缓了废塑料的污染，是废塑料“变废为宝”的一种可持续发展方式[1]。因近期废塑料污染海洋事件发酵[2]，以及我国禁止进口废旧塑料政策的出台，废旧塑料成为全球关注的环境问题与社会问题[3]，使废塑料在改性沥青领域的应用成为研究热点[4-5]。

国内外对废塑料改性沥青已进行大量研究，这些研究大都以单一高质量的回收塑料改性沥青展开，与实际废塑料回收产业链不相符，研究成果很难具有代表性。废塑料改性沥青普遍存在的相分离现象，也使研究数据重复性差。废塑料的组成和性质及其回收方式的复杂性影响了废塑料改性沥青（WPMA）的加工与道路工程应用。总的来说，人们在废塑料的高温性能方面已达成共识，而低温和疲劳性能仍存争议、热储存离析和废塑料的混杂问题仍期待解决[1,4-6]。在实际应用过程中，WPMA 的推广还需与已大量应用的SBS改性沥青、胶粉改性沥青等竞争，从全价值链、最佳化的视角进行全寿命周期评估。

废塑料的混杂及其改性沥青热储存离析的问题导致改性沥青性能变异大，影响了改性沥青路面质量的连续性。为避免这些问题，目前常采用二级以上的高质量聚烯烃回收料制备抗车辙剂，采用干法直投的生产工艺来解决储存离析，但这同时也降低了使用废塑料的环保特点以及带来施工过程中的监管难题[1]。因此，从废塑料回收利用的角度认清废塑料改性沥青的结构与性能关系，阐明废塑料的化学组成和结构、加工时的结构演化和路用性能的关系，对推动废塑料在道路工程中的合理应用具有重要意义。

通过综述废塑料改性沥青的研究进展，从废塑料的回收现状、化学组分和基本性质出发，阐述了其在沥青道路工程应用时，不同废塑料的分散过程和增强作用，评述了WPMA 混合料性能及其优化方法，并进一步总结和展望了其未来发展方向。

1 废塑料的来源和性质

1.1 废塑料回收利用的紧迫性和对策

随着塑料制品消费量不断增大，废弃塑料也不断增多。目前废弃塑料主要为塑料薄膜、塑料丝及编织品、泡沫塑料、塑料包装箱及容器、管道、日用塑料制品、塑料袋和农用地膜等[3,7-10]。此外随着人民生活水平提高，建筑行业和家电、汽车行业产生的废塑料也日益剧增。据了解，全球废塑料产量达3×108t，但回收利用率不足20%[3]。这些废塑料的存在形式各种各样，包括生活垃圾、工业垃圾以及海洋、河流和湖泊中的废弃物等，这些塑料不会生物降解，只会慢慢崩解、分解成小碎片甚至微粒，很难从海洋中清除。如果这些微粒被鱼类吸收，它们最终会进入人类的食物链，但公众普遍对塑料微粒的健康危害不甚了解[2]。

我国在垃圾治理政策上的重大变化，引发了全球对废塑料治理的广泛关注。2016年中国接收了全球56%的塑料垃圾，但从2018年起，政府禁止进口包括生活源废塑料在内的“洋垃圾”[3]。此举导致中国香港、英国和美国等地的废弃物大量堆置，令世界开始重新审视生活垃圾的归宿。解决废塑料的途径通常有减量化、多次利用和回收等方法：

一是从源头上减量、减类和长寿命化设计或使用生物降解塑料；

二是采用回收再生的方法，提高回收分拣技术，拓展再利用方向；

三是将难以处理的塑料固体废弃物采用填埋、焚烧的方法进行处理。

因国情不同，各国有异，美国以填埋为主，但占地大。欧洲、日本则以焚烧为主，虽然焚烧进行热能回收是废旧塑料回收利用的主要方法之一[2,3]，但焚烧会释放出有害气体，污染大气。我国每年沥青混合料的用量达4×108t，如果能将废旧塑料应用于沥青混合料的生产中，将为废旧塑料的大规模有效利用开辟未来可期的绿色发展方向。

1.2 沥青改性用废塑料的来源及分类

废旧塑料改性沥青的使用效果受塑料种类、共混程度、添加助剂和回收、加工工艺的影响[11-14]。塑料由树脂和助剂组成，不同的树脂具有不同分子链结构，同一树脂也有分子量大小、分布和聚集态结构方面的差异。塑料的加工方法和回收工艺也会促使其进一步变化，因而回收而来的废旧塑料组成繁杂、性质多变。因此研究废塑料改性沥青不等同于研究单一塑料改性沥青，必须了解各种不同塑料的组成、来源及各个变因对沥青性能影响的基本规律。

塑料的结构包括链结构和聚集态结构。链结构包括近程结构和远程结构，近程结构包括化学结构单元、构型，远程结构包括构象、分子量及其分布，聚集态结构包括结晶、非晶等[15]。这些结构影响了改性沥青的相结构和性能。以最常用于沥青改性的聚乙烯（PE）塑料为例，分子量与分子量分布不同的PE 与沥青的相容性明显不同，一般认为高熔体流动性（分子量较低）的PE 与沥青相容性更好，分子量越低、分子量分布越宽的PE 改性沥青临界开裂温度越低。高密度聚乙烯（HDPE）结晶度更高，导致其与沥青相容性降低，但因HDPE 结晶度高，更容易提高改性沥青混合料的模量[16-19]。塑料中的常用助剂包括防老剂、填充料、着色剂、阻燃剂和无机填料等，除无机填料含量较高时会影响改性沥青制备过程的分散以及稳定性之外，其它助剂的含量少，对沥青性能影响不大。

塑料根据其力学性质和耐热温度等可分为通用塑料、工程塑料，根据交联情况可分为热塑性和热固性，除此外还有塑料与纤维等构成的复合材料。常见的塑料基本信息如表1所示。

用于沥青改性的塑料以通用塑料为主，主要原因是改性沥青加工一般低于200 ℃，与通用塑料加工的温度窗口接近。通用塑料中又以聚烯烃塑料为主，包括PE、聚丙烯（PP）等主要品种，其产量约占塑料总量的1/3。从沥青路面本身抗车辙需求来说，PE、PP 都具有匹配的加工温度和优良的抗车辙性能，是抗车辙剂的主要成分，相对PE，PP 的结晶程度高、模量更高，更有利于改善沥青的高温性能，但PP 的熔点更高，容易造成分散困难[4]。

工程塑料的加工温度较高，难于在沥青中熔融。但随着PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯，工程塑料）瓶料用量急增和污染随处可见，废PET 在沥青混合料中的研究也显著增多，将PET 直接干法添加，或进行水解、酯交换等改性，降低其熔融温度，可改善其改性沥青的效果[20-22]。热固性塑料因含有化学交联键，其在沥青中不熔融。可采用降解的方法，比如大量热固性交联的PE 塑料可裂解为PE 蜡，既改善了与沥青的相容性，又提高了改性沥青的流动性[17]。因此，工程塑料和热固性塑料较少用于沥青改性，但作为固废处理的手段，可尝试少量用作沥青混合料的集料。

表1 塑料的基本信息

还有一类最常见的混杂塑料，含多种无法分拣开的塑料，其本身力学强度较差，不宜再次用作塑料制品，用作改性沥青具有较高的循环经济价值。该类混杂塑料主要有三个来源：一是本身就以复合膜或复合材料构成，回收时难以分开，如许多PE/PA 复合薄膜、汽车油箱等；二是废塑料、废纸、建材和废旧汽车等回收加工行业挑拣剩余的混杂塑料；三则是生活垃圾中的废旧塑料[21]。混杂塑料的改性沥青性质相对单一PE 要差，但从废塑料的全价值链、最佳化的视角来看，混杂废塑料在道路改性沥青的价值最高，一是避免了回收塑料成本高昂的分类处理问题，二是为混杂废塑料的高值化利用找到了途径，促进其循环利用。

塑料在加工、使用、回收和再利用过程中受到光、热、氧气等因素的综合影响，其结构和性能发生较为复杂的变化。为了研究回收废塑料改性沥青的性能，首先要充分考虑它们的组成和性质的特点。国内外对塑料老化规律的研究，大部分基于人工可控的加速老化条件下，探讨某种或几种因素对材料性能的影响。而塑料在实际使用过程中，受到紫外线、温度和湿度等因素的综合作用，在回收时还会受到清洗、破碎、加工过程的作用，其结构和性能的变化情况较复杂，关于这方面的报道较少。袁聪慧等对市售典型的回收聚烯烃塑料的结构和性能进行深入研究，发现回收程度对沥青的高温性能影响较大，一般因PE老化过程中有微交联现象，改性沥青的高温性能更优，PP 则在使用过程中易降解，再生程度较高的PP 改性沥青高温性能下降，这为进一步研究回收塑料改性沥青提供理论依据，能够根据回收塑料的性能进行优化选择，使不同的回收塑料得到合理利用，真正实现回收塑料的环保价值[23]。

1.3 废旧塑料的回收再生方法

不同塑料制品的形状、种类和含量比例不同，回收再生方法也有所不同。有的直接破碎使用，有的则需要分类清洗等。德国等发达国家则更多使用自动化分拣装置实现自动分类、连续破碎、造粒等流程[1,23]。目前我国废塑料的回收主要经过人工筛检分类后，经过破碎、清洗、造粒、改性等流程，变成可以再次利用的再生料。以LDPE 薄膜回收再生为例，其再生工艺流程主要有粉碎、干燥和造粒三道工序。本色好的LDPE再生颗粒料，称为一级料，一般可应用于常规制品生产；本色差、性能稍弱的二级料应用于吹黑膜和垃圾袋生产工序；剩余的是混杂程度高、价格更低的三级料。除了熔融造粒之外，废旧塑料也可直接粉碎成毫米尺寸的颗粒，比如PS、PVC等材料。或直接投放到沥青混合料拌和过程中进行干法改性。

基于废塑料回收利用现状，从循环经济价值链最佳角度出发，沥青改性用废旧塑料的选用原则是：以“废”为主，价廉的“旧”塑料为辅，这样才具有废塑料改性沥青的环保意义[1]。

2 废塑料改性沥青的分类

2.1 按照制备工艺分类

根据废塑料改性沥青混合料制备工艺不同，WPMA 主要有干法、湿法和干湿法结合三种工艺。

湿法工艺是指将废塑料与沥青在高温下预混和分散，制备改性沥青，然后与集料等拌和制备WPMA 混合料的工艺。该工艺起源于20世纪80年代，最早为奥地利的Novophalt 胶体磨技术，我国早期改性沥青技术的推广和应用也是基于此技术。湿法工艺的塑料改性沥青热储存稳定性差，这严重阻碍了其发展，致使至今仍未大量推广[24-30]。但是，因湿法工艺分散效果更好，其改性效果优于干法工艺[31-32]。

干法工艺是指在沥青混合料拌和阶段，将废塑料颗粒加入到热集料中，再喷入基质沥青混合，直接制备WPMA 混合料的工艺。干法工艺起源于20世纪80年代，是路面抗车辙修复工程的良好选择，21世纪初从法国引进PR 类高模量抗车辙剂技术，又因我国重载交通导致路面车辙病害频发，该技术在我国获得快速发展，并已形成交通部和地方标准[33-35]。但干法工艺应用中存在塑料分散不均匀、混合溶胀不充分、与沥青石料结合不好易松散，混合料发干等现象；此外，因回收塑料形状各异，熔融特性不同造成分散不均一。同时还存在质量监管难，时有偷工减料现象，也减缓了该技术的标准化推广。

为提高干法工艺效果，一方面可通过提高塑料的熔体流动速率、减小塑料颗粒尺寸的方法[36]，在生产过程中常采用提高油石比、增加拌和温度和时间，并在拌和后增加焖料工艺等手段。高油石比有利于提高沥青与废塑料的相互作用，促进废塑料的结构转变，改善体积性质、抗老化、耐疲劳性能，但也会增加筑路成本。焖料可以延长沥青和废塑料的作用时间，促进两者的融合，使得各相间结合效果更好。有报道称先加入沥青再加入塑料，更有利于混合料性能的提升[36]。

干湿复合工艺是在湿法改性沥青与集料中加入塑料颗粒，拌和制备WPMA 混合料的工艺，由国内部分学者研发，以进一步提高混合料的综合性能，避免或弥补干法工艺的不稳定性[37]。该工艺结合干法和湿法两种工艺的优点，具有混合料性能优，可以发挥两种工艺各自优势，达到消耗废塑料和改善路用性能的双重目的，但过高的施工成本限制了推广应用。

综上所述，无论是湿法工艺、干法工艺还是干湿法工艺，如何在改性沥青混合料中有效地形成废塑料改性网络结构是保证良好发挥塑料改性作用的关键点。

2.2 按照种类和含量分类

根据塑料组成特点以及与沥青相容情况，改性沥青用的塑料可分为聚烯烃类、PS、PVC、PET、热固性塑料和复合材料类等。这些塑料改性沥青的作用机理因其在沥青混合料中的分散状态和与沥青、石料相互作用不同而有所不同，作用机理在后文详述。

废塑料在沥青中的掺量是影响WPMA 性能的最主要因素。根据废塑料掺量和施工黏度的不同，WPMA 可分为低掺量（内掺3%以下），常规掺量（内掺3%～6%），高掺量（内掺6%以上）WPMA。低掺量WPMA 加工方便、路面易于压实，并且对低温性能影响不大，有时具有一定的热储存稳定性，是国内外学者的研究热点之一。常规掺量则在混合料中形成增强网络，能明显提高混合料的抗车辙性能，在重载交通或炎热地区应用较多，但容易出现混合料干涩等现象。高掺量的聚烯烃塑料改性沥青通常可用于高模量沥青的制备，而高掺量的混杂塑料、PET 和热固性塑料等改性沥青则主要以处理废物为目的[38-40]。

不同种类废塑料、不同掺量下的塑料改性沥青或混合料性能研究较受关注，并且集中于干法改性，而对于不同掺量下的废塑料-沥青或者废塑料-沥青-集料体系中微观结构构成的研究较少、尚且较浅。

2.3 废橡塑复合改性沥青

废橡塑改性沥青是指废塑料与橡胶复合后改性沥青。因废塑料改性沥青的模量较高，容易造成路面的低温或疲劳开裂，为此常采用添加橡胶的方法来改善低温和疲劳性能，又不降低高温性能。这些塑料主要包括以PE、PP、PVC、EVA 和PET为代表的热塑性聚合物，橡胶包括胶粉、SBS 热塑性弹性体等[41-45]。复配改性可以结合废塑料和橡胶材料的特质，形成优势互补，改善沥青的综合性能，如废橡胶与聚烯烃复合可以提高沥青的储存稳定性[45]，废橡胶与SBS、纤维材料复合可改善沥青高温性能及储存过程中的性能变化。其中，废塑料/SBS 复合改性沥青提高了沥青的耐老化、耐低温和抗车辙性能等，已有较好的工程应用[46]。

3 废塑料改性沥青及混合料的机理

3.1 废塑料改性沥青的机理

高分子改性沥青一般要求高分子与沥青有良好相容性，加工过程中不降解，改性沥青的黏度不影响施工，改性沥青热储存时不离析，改性效果高低温性能兼顾等，其中以高分子与沥青之间的相容性最为重要，它直接影响了改性沥青的性能。相容性决定了废塑料在沥青中的溶胀程度、分散及分布情况，进而改变了WPMA 的高低温性能、黏弹性、储存稳定性能等[24]。废塑料对沥青的改性基本为物理作用，主要包括废塑料被沥青轻质组分溶胀，引起体积增加形成网络增强作用（即网络学说）。溶胀的塑料颗粒间相互接触、构成塑料网络体现增强作用，同时剩余的沥青质、胶质成分相对增加，有助于提高与集料的作用[47-48]。增强作用主要体现在提高沥青的黏聚力和高温强度，至于低温柔韧性方面，因废塑料低温下模量高于沥青的模量，导致改性沥青低温模量升高，难以起到增韧作用，但可以起到铆接作用，阻止裂纹的扩展[49]。下面以聚乙烯改性沥青为例，进一步描述其改性机理。

聚乙烯改性沥青的机理认为，将聚乙烯加入到沥青中后，在高温和强剪切的作用下，聚乙烯以粒状或者微丝状分散在沥青中，形成部分网络结构，这种网络间的强烈的相互作用约束了沥青，限制了沥青胶体的流动性，增强了抵抗外力的能力，因而提高了改性沥青体系的黏度和高温变形能力，增加了其抵抗外荷的能力。但是，这种网络结构的形成有一拐点，达到这一拐点后改性沥青黏度迅速提高。这一拐点受塑料链结构、分子量和沥青的成分影响。对于PE 改性沥青，其含量达到一定程度（一般 ＞ 4%）时才有效果。如果PE 含量较低，PE 以独立的微粒分散于沥青中。但是低含量的PE 改性沥青也具有明显的高温改性效果，这说明网络结构的形成并不是提高高温性能的唯一原因，此时，主要是PE 的塑性、粒度、分散均匀性、表面吸附以及沥青组成等因素的综合作用[6]。

相对于PE 改性沥青，PS、PVC 改性沥青研究较少，主要借鉴PE 改性沥青机理。而对于PS和PVC 等极性较大的塑料，与沥青中的芳香分和胶质相互作用强，溶胀效果差，改性沥青的性能提升不显著，且热储存时容易发生下沉[25-27]。EVA 与沥青中的饱和分和芳香分都有较好的相互作用，改性沥青的效果较好[28,29]。对于混杂塑料改性沥青时，首先要考察混杂塑料中不同树脂成分对沥青性能的影响差异。废塑料来源广泛，不同组分与沥青相容性不同，易引发改性沥青储存离析问题。废塑料品质难控制，使WPMA 及其混合料性能不稳定，带来性能变异性等问题。而对于PET、热固性塑料和复合材料类，因其在沥青中分散困难，其改性沥青机理研究还较少。

对于干法塑料改性沥青机理研究主要借助湿法改性沥青机理，集中在废塑料颗粒在沥青混合料中的分布情况上，目前的深入研究还很少，基本处于描述阶段。研究表明，干法工艺中废塑料颗粒在沥青混合料中的分散和分布发生在拌和、运输、摊铺及碾压等筑路的全过程中。受制于体系复杂且无专门研究方法，具体的干法机理尚不明晰，可借鉴湿法中废塑料改性机理进一步研究。

3.2 废塑料改性沥青混合料机理

虽然塑料种类众多、成分各异，但在改性沥青效果上均发现：塑料提高沥青混合料马歇尔稳定度、抗车辙动稳定度和劈裂强度；黏附性变好，冻融劈裂强度提高。这些作用可以借鉴纤维增强沥青混合料的抗裂原理加以解释，主要包括稳定胶浆、界面增强和桥接增强等[50]。根据不同塑料与沥青的相互作用及在混合料中的存在状态，可将塑料改性沥青混合料机理分为类沥青作用、改性剂、类纤维增强和粗细集料等4 个类别进行表述。

a）类沥青的黏连作用。融化的塑料成分通过矿粉与沥青一起形成胶浆裹附在石料表面，在石料与沥青、石料与石料之间形成一个搭桥的作用，产生较大的黏结力，提高了沥青混合料的黏结强度。通用塑料中PS、PVC 等因在沥青中溶胀较小，本身又具有黏结性，主要通过类沥青黏连发挥作用[26,27]。

b）类改性剂的黏连和网络增强作用。通用塑料中的PE、PP 等在沥青溶胀作用下，体积膨胀易在沥青混合料中形成网构搭桥增强混合料的强度，本身也同沥青一起通过矿粉形成胶浆发挥黏结和增稠作用。较高的溶胀作用虽然有利于形成网络，但是因吸收了沥青中轻质组分，一方面也减少了混合料裹覆性，加之这类塑料低于其熔点后黏性减弱，混合料容易干涩和发散；但另一方面，黏附性较好的胶质和沥青质相对增加，沥青混合料的耐水性能增加[33]。

c）类纤维的增强作用。PET 与沥青相容性较差，也难以熔融（熔点达260 ℃），但因结晶度小和玻璃化转变温度低，在混合料拌和过程中石料的撞击和作用下可能分散呈纤维状，起到类似纤维增强混凝土的作用，亦可认为PE、PP 有类纤维增强沥青混合料的作用[51-52]。

d）粗细集料作用。热固性塑料、难以熔融的工程塑料和复合材料等，当加入沥青混合料中，形状基本不发生改变，可认为充当集料作用[20,53]。

不同塑料对沥青混合料有不同改性沥青机理，但也要注意到塑料改性沥青时，因塑料吸收沥青成分，减少了沥青的有效裹覆，会带来混合料发涩、黏性变差等现象，带来低温收缩和疲劳开裂风险增加。

4 废塑料改性沥青的性能

4.1 高低温性能

不同种类的塑料在沥青中或多或少发生溶胀，溶胀程度较高的聚烯烃类塑料形成类似SBS改性沥青的强连接的网络结构，因其模量更高，导致抗车辙能力优于常规SBS 改性沥青。为提高SBS 改性沥青混合料的抗车辙能力，常添加废塑料基的抗车辙剂，用其复合改性沥青既能提高路面的抗车辙性能和耐老化性能，又能节省工程造价[46]。我国路面因重载交通有较多车辙病害，近些年来塑料作为抗车辙剂，对路面高温时重载路面或上坡、十字交叉路口路面的抗车辙效果明显。

对于塑料改性沥青及其混合料的低温性能至今仍存在争议。对于塑料改性沥青，传统的5 ℃延度和针入度试验、弯曲梁流变（BBR）、直接拉伸（DTT）、弗拉斯脆点和动态机械分析（DMA）试验方法相继被用于评价塑料改性沥青的低温性能，发现其低温性能变差[54]。但从高分子物理角度来讲，因PE 等塑料的玻璃化转变温度低，本身的网络结构又具有加筋增强作用，塑料颗粒在沥青混合料中仍可作为体系的应力集中点，耗散冲击能，起到钝化裂纹的能力[49]，混合料低温破裂能增加，低温性能变好。为进一步改善塑料改性沥青混合料的低温性能，也借鉴塑料工业中橡胶增韧的理念，常采用塑料/橡胶复合路线，改善低温性能[41-45,55]。还ｓ有采用废机油复合的方法来改善低温性能或相容性[56]。

4.2 疲劳性能和耐老化性能

塑料改性沥青的疲劳性能是沥青路面在使用过程中疲劳破坏的一种形式，受沥青的流变性、自愈合和耐老化性影响。改性沥青的疲劳性能通过SHRP 试验中G*sinδ来评价，也有通过LAS扫描来评价[57-58]，因塑料增加了模量和减少了自愈合性能，导致疲劳性能下降。

塑料本身分子链主链饱和耐老化性能优良，因此WPMA 耐老化性能优异。耐老化性能的提高主要是因为：WPMA 的沥青膜厚度及黏度均高于基质沥青，沥青与空气接触的机会被大大降低；废塑料为饱和化学键键合而成的的高分子链，使得废塑料在老化过程中发生可降低抗疲劳和低温抗裂性能的降解反应。WPMA 的耐老化性能研究主要集中在采用热和紫外光模拟的室内试验方式[59-60]。废塑料、沥青在老化过程中发生化学变化，废塑料因吸收软沥青质形成保护性的“仓库”为主。

4.3 加工及环保性能

WPMA 在湿法加工时与SBS 改性沥青相似。但因塑料改性沥青难以稳定的问题，现在废塑料改性沥青大都以干法使用。其混合料的施工温度等工艺类似SBS 改性沥青。但因塑料的熔融流变性质与SBS 不同，容易造成改性沥青混合料黏性不足，会比SBS 改性沥青难压实，并因塑料在压实阶段的结晶收缩等，造成路面出现微裂纹。

WPMA 加工环保性能主要依赖于回收塑料的来源及质量，另外也受防离析稳定化技术种类的影响。除PVC 或含卤素的阻燃剂塑料外，塑料受热较为稳定，改性沥青的环保性能较SBS 改性沥青要好[6]。降低加工温度、缩短加工时间、采用全封闭生产设备或增设尾气处理设备等也可解决改性沥青行业普遍存在的环保问题。

4.4 热储存稳定性能

WPMA 热储存稳定性包括储存离析和热氧老化引起性能变化两方面。在热储存离析方面，由于废塑料与沥青间结合力较弱，密度较小的废塑料在浮力作用下易上浮，而密度较大的废塑料则发生下沉。以PE 改性沥青的储存稳定性为例，经强力分散后的PE 以细微颗粒形态弥散于沥青中，布朗热动力引起PE 颗粒无规则运动，颗粒间发生无数次相互碰撞；在表面能的作用下，一定概率的有效碰撞使颗粒结合，颗粒直径不断增长。PE 塑料微粒密度小于沥青，受浮力作用凝聚在上层且离析程度随塑料用量增加[61]。

改善WPMA 储存稳定性的方法主要有三类：第一类是塑料接枝改性，改变与沥青的相容性；第二类是降低废塑料的尺寸；第三类是与其他材料复合改变密度等。仅靠单一途径难以妥善解决沉降问题，如减小废塑料尺寸或接枝相容会提高成本等。一方面通过接枝方法，如接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯、MAH，加蒙脱土纳米粒子降低塑料颗粒表面能，减少颗粒间的有效碰撞[62-68]。Hesp 等通过化学反应使PE 微粒外包丁二烯-丙烯腈，用“空间位阻稳定层”屏蔽分子间引力，阻止改性剂再结合[65]。高光涛等用LDPE 与SBS力化学共混，掺加反应剂使SBS 与沥青间形成化学键，制得稳定的PE 复合改性沥青[67]。利用“等密度法”，将炭黑、白炭黑与PE 共混提高稳定性,后期还可将蒙脱土及废橡胶制成复合材料，提高稳定性[68]。这些尝试虽提高了稳定性，但没有得到真正商业化应用。

改性沥青储存过程中会发生沥青和塑料的热氧降解，为防止离析，都加以搅拌，EN13399 和ASTMD7173-11 都指定了该评价方法，但这样会带来沥青的老化。因塑料比不饱和橡胶有更好的耐热氧老化性能，老化过程中的性能衰减相比SBS 改性沥青要小[62]。

5 废塑料改性沥青混合料的性能

废塑料改变了沥青的流变性能和混合料的黏结行为，下面从混合料的设计、高低温性能、疲劳性能等几方面对废塑料改性沥青及其混合料性能进行评述。

5.1 混合料的设计

因塑料在沥青混合料加工过程中有较好的变形追随能力，混合料一般无需特殊设计，只需对沥青含量适当调整。WPMA 混合料相结构与其级配、油石比以及废塑料等参数密切相关，一般因塑料吸收沥青溶胀，黏结的轻质组分减少，温度降低到熔点后更多的表现出类似纤维作用，因此油石比需要适量增加。对于WPMA 油石比，当用于密级配（AC）时，一般要高于基质沥青和SBS 改性沥青，但油石比可采用范围变宽。当用于沥青玛蹄脂碎石（SMA）时，可不使用纤维，WPMA 仍具有较好的胶浆稳定性，相同油石比下，经济性更好。对于多孔大孔隙开级配（OGFC），WPMA 因其混合料模量较高，韧性不足，抗飞散能力不足。但对于OGFC 混合料，聚烯烃改性沥青具有较好的耐油蚀性能[69-70]。

对于废塑料改性沥青的使用和设计，因其具有显著提高沥青混合料模量的特点，也可借鉴近期正式发布的国家标准GB/T 36143—2018《道路用高模量抗疲劳沥青混合料》[71]。该“高模量抗疲劳沥青混合料”的概念来源于法国高模量沥青混合料，其混合料模量高、抗疲劳性能好、易压实、施工均匀性好、表面密实不渗水，可提高路面的抗车辙、抗推移性能，延长维修间隔，节约养护费用。

5.2 高低温性能

塑料能在沥青混合料中溶胀搭接成网络结构，明显提高沥青混合料的马歇尔稳定度、高温模量和抗车辙性能，但目前对塑料改性沥青混合料低温性能的评价还众说纷纭。与SBS 改性沥青混合料相比，塑料改性沥青混合料的高温性能更优，而低温性能更弱。

塑料改性沥青低温性能的争议归因于混合料的破坏准则不确定，而且沥青混合料对于时间、温度、材料组成、路面结构组合都十分敏感，况且应力场（温度、荷载、结构）、模量场（时间、温度）、材料强度场（石料、沥青、石料-沥青界面）等各个因素又相互影响[1]。混合料抗裂性能的评价方法，包括间接拉伸（IDT）、热应力约束试样（TSRST）、三点弯曲、半圆弯曲（SCB）等试验方法，发现塑料对改性沥青混合料低温性能有提高作用。

5.3 水稳定性能

因塑料吸收沥青轻质组分形成增强网络，加之剩余的沥青质、胶质成分相对增加，提高了沥青的黏聚力和黏附力，增加了抗水性能[31,48]。随着WPMA 的发展，减小废塑料尺寸、降低废塑料对界面的干涉作用，优化界面黏附性和自身黏聚力，也可以达到提高WPMA 混合料耐水性的目的，机理值得深入研究。实验室中的浸水马歇尔试验以及冻融循环试验仅能测定静态作用下试件的耐水性能，而如何测定实际应用中在动态作用下的耐水性能，如高温雨季时车辆碾压，以及老化后材料的耐水性能将是未来的重点。

5.4 疲劳性能

改性沥青混合料的疲劳性能则通过四点弯曲疲劳等方法进行评价。塑料改性沥青及其混合料的疲劳性能研究发现，疲劳性能会比基质沥青下降。通过加入胶粉可提高PE 改性沥青混合料的疲劳性能。近期研究表明，同等老化条件下的塑料改性沥青，混合料的疲劳性能更优，这与塑料改性沥青的耐老化性能更优有关[59,60]。因此，废塑料改性沥青混合料性能的好坏还存在争议。

6 总结与展望

废塑料用作沥青改性剂是目前解决废旧塑料“白色污染”问题最有价值和前景的途径之一，废塑料改性沥青虽具有优异的高温性能，但是废塑料改性沥青技术目前存在热储存稳定性差、低温性能有争议和废塑料混杂导致变异大的问题。我国在借鉴国外WPMA 理论和应用经验的基础上因地制宜，逐步发展适合国情、具有中国特色的WPMA，前景良好，但仍受到作用机理不明确、尚无统一技术规范等因素的限制，还未达到兼具标准化、生态化和功能化的生产应用技术要求。

a）传统废塑料沥青具有突出的高温抗车辙性能，同时提高了耐老化、耐水等性能，但疲劳性能、低温性能仍明显低于SBS 改性沥青，并且提高效果存在争议。

b）塑料改性沥青的效果湿法工艺优于干法工艺，但湿法稳定性问题仍未解决，干法废塑料改性沥青以其简便性也得到大量应用，干法抗车辙剂的使用已形成了行业标准，其机理仍需深入研究。

c）不同塑料改性沥青的机理有所不同，可归为类沥青作用、改性剂、类纤维增强和粗细集料等4 个类别，其中聚烯烃改性沥青的塑料溶胀网络结构改性效果较佳。

d）废塑料来源不稳定，加之塑料在沥青中的离析现象，造成塑料改性沥青质量难控制等问题。废橡塑复合既解决了混杂塑料与废橡胶的热储存稳定问题，又提高了低温性能，是将来发展方向。

对未来WPMA 的建议或展望如下：

a）疲劳性能、低温性能的改善。比如使用更软的基质沥青、与橡胶类进行复合、提高混合料中的沥青用量、耐低温性能好的混合料结构。

b）进行材料-结构-性能一体化设计。结合路面结构设计，促进WPMA 的高性能化。充分利用WPMA 优异的高温性能和耐老化性能，大力推进WPMA 在长寿命路面中面层高模量化应用。

c）加深对WPMA 改性和使用过程中的多尺度结构的演化和路用性能变化的研究，关注WPMA 在未来的回收和高效再利用。推进低品质、杂胶废塑料的使用，推进发展覆盖全废塑料甚至全高分子固废的处理技术。

d）加强对废塑料终极填埋的处理方式的研究。比如工程塑料和复合热固性塑料破碎后少量代替集料，考察环保效果。

e）无论塑料是否用于沥青路面改性，最终还需进行全寿命经济价值评估，与现有SBS 改性沥青、胶粉改性沥青进行长期使用性能和经济性的对比。从全价值链、最佳化的视角进行全寿命周期评估。