生活废旧塑料改性沥青混合料的路用性能研究

杨锡武，刘 克，何 泽，赵 波

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

生活废旧塑料改性沥青混合料的路用性能研究

杨锡武，刘 克，何 泽，赵 波

(重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

研究了掺量为6%和8%的原状造粒及裂化生活废旧塑料改性中海油70# 和茂名90# 沥青混合料的马歇尔性能、高温稳定性、水稳定性、抗磨耗能力及疲劳寿命等路用技术性能。结果表明：裂化生活废旧塑料改性沥青混合料的稳定度超过15 kN，提高率超过40%；原状造粒生活废旧塑料和裂化生活废旧塑料改性沥青混合料的TSR>80%，动稳定度DS>3 000次/mm，疲劳寿命和抗磨耗能力均显著高于基质沥青混合料；裂化生活废旧塑料改性沥青混合料的路用技术性能优于原状造粒生活废旧塑料改性沥青混合料的。

道路工程；裂化生活废旧塑料；原状造粒生活废旧塑料；改性剂；沥青混合料；高温稳定性；疲劳寿命

国内外有关废旧塑料改性沥青性能的研究，主要集中于废旧塑料改性沥青的性能、改性机理及存储稳定性方面[1-10]，对废旧塑料改性沥青混合料性能的研究不太多。笔者提出了裂化生活废旧塑料(CRP)减小改性沥青离析的方法[11]，解决了生活废旧塑料改性沥青的离析问题。在已有的生活废旧塑料改性沥青存储稳定性和针入度、软化点、延度三大指标研究基础上，笔者系统地研究了生活废旧塑料改性沥青混合料的马歇尔性能、高温稳定性、水稳定性和抗磨耗能力等路用技术性能，以全面评估生活废旧塑料改性沥青混合料的路面性能和应用范围，旨在指导生活废旧塑料改性沥青混合料路面配合比设计和施工操作。

1 试验材料

1.1 基质沥青

基质沥青采用茂名90# 和中海油70#，其技术性能指标如表1。

表1 基质沥青技术性能指标

1.2 生活废旧塑料改性剂及掺量

生活废旧塑料改性剂有原状造粒生活废旧塑料(RP)及裂化生活废旧塑料(CRP)，制作方法见表2，改性剂掺量按沥青质量百分比计，为6%。

1.3 集料与填料

集料为重庆的石灰岩，矿粉为石灰石磨细的石粉。按照JTJ 058—2000《公路工程集料试验规程》检测的粗细集料、矿粉，各项性能均满足JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求。

1.4 混合料级配

采用AC-13I级配沥青混合料，级配如表3。

表2 生活废旧塑料改性剂

表3 AC-13的矿料级配

2 马歇尔试验及结果分析

根据JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行生活废旧塑料改性沥青混合料的马歇尔试件成型、测试。图1是RP/CRP改性中海油70# 沥青混合料的马歇尔稳定度和流值试验结果。

图1 RP/CRP改性沥青混合料的马歇尔试验结果Fig.1 Marshall test results of RP/CRP modified asphalt mixtures

从图1可以看出：

1)CRP改性沥青混合料的马歇尔稳定度都在15.5 kN以上，最高达到17.0 kN，马歇尔稳定度显著高于基质沥青混合料，提高率超过40%；RP改性沥青混合料的马歇尔稳定度提高率约为30%，表明CRP改性沥青混合料强度性能好于RP改性沥青混合料。

2)RP/CRP改性沥青混合料和基质沥青混合料的流值都在2.6～3.8 mm之间，满足规范要求，表明生活废旧塑料改性剂并未使沥青混合料的柔性降低。

3 路用性能试验及结果分析

3.1 高温稳定性试验

分别在中海油70# 和茂名90# 两种基质沥青中掺加CRP进行改性，CRP掺量分别为6%，8%；在中海油70# 基质沥青中掺加RP进行改性，RP掺量为6%。沥青混合料级配AC-13，油石比根据马歇尔试验确定。试验按照JTG E 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。动稳定度试验结果如表4。

从表4可以看出：

1)中海油70# 及茂名90# 两种沥青中加入RP或CRP类改性剂后，沥青混合料的动稳定度均有较大提高。同时还看出，CRP-A/CRP-C类改性中海油70# 沥青混合料动稳定度大于改性茂名90# 沥青混合料的；而CRP-B类改性中海油70# 沥青混合料的动稳定度则低于改性茂名90# 沥青混合料的。表明生活废旧塑料改性剂可以显著地提高混合料的高温稳定性，废旧塑料成分不同，提高沥青混合料高温稳定性效果不同，总体上聚丙烯类废旧塑料的改性沥青混合料的高温性能好于聚乙烯类。

表4 RP/CRP改性沥青混合料的动稳定度、冻融劈裂试验结果

2)CRP改性沥青混合料的动稳定度随着改性剂掺量的增加而增加，但掺量从6%增加到8%时，动稳定度提高的幅度有限，并非线性增加，为取得合理的性价比，建议CRP掺量不超过6%。

3.2 水稳定性试验

根据JTG F 40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求及JTG E 2—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的试验方法，用冻融劈裂试验研究了RP/CRP改性沥青混合料的水稳定性。混合料级配和材料性能与高温稳定性试验相同。冻融劈裂试验结果如表4。

从表4可以看出，RP/CRP改性沥青混合料的TSR都高于80%，满足规范要求。掺入CRP改性剂

能提高沥青混合料的冻融劈裂强度比，而RP改性剂在提高沥青混合料冻融劈裂强度比作用方面不稳定，总的来看CRP能较好地改善沥青混合料水稳性。

3.3 肯塔堡飞散试验

采用浸水飞散试验。把按马歇尔方法成型的试件(级配为AC-13，基质沥青为中海油70#)，放入(60±0.5)℃的恒温水槽中养生48 h；然后从恒温水槽中逐个取出试件，称取重量；再将试件放入洛杉矶试验机中进行测试，以30～33 r/min的速度旋转300转，称取试件残留质量；根据试验前后试件重量求得其飞散损失，每组平行试验4次。肯塔堡飞散试验结果如表5。

表5 沥青混合料的肯塔堡飞散试验结果

注：规范要求浸水飞散值≤20%。

从表5可以看出：相同掺量条件下，RP改性沥青混合料的浸水飞散值明显大于CRP改性沥青混合料的，说明CRP改性沥青混合料的黏结性较好。若作面层，应采用CRP改性沥青混合料，以避免沥青面层因黏结性差而产生松散、水损坏。

3.4 湿轮磨耗试验

肯塔堡飞散试验虽然可以间接评价沥青混合料的耐磨性，但其试验方式与实际的车轮磨耗有明显不同。为了更真实地评价RP/CRP改性沥青混合料的抗磨耗性能，笔者采用湿轮磨耗试验进行研究。鉴于湿轮磨耗试验是用于检验乳化沥青稀浆封层混合料配伍及抗水损坏能力的试验，对于沥青混合料的湿轮磨耗试件制作并没有规范的方法。为此笔者结合湿轮磨耗机的构造及研究目的，对混合料的集料和配比进行了调整。混合料集料采用石屑，有一定级配，最大粒径Dmax≤5 mm，混合料分不添加矿粉和添加矿粉两类，基质沥青为中海油70#。

按调整的油石比拌和、压实制作厚度5 mm的RP/CRP改性沥青石屑混合料试件，在3种不同条件下养生后，再在湿轮磨耗机上进行磨耗试验，测试方法按乳化沥青稀浆封层的测试方法进行：

1)养生条件Ⅰ：-18 ℃条件下保温16 h，然后在60 ℃条件下保温24 h，再在25 ℃条件下保温2 h，混合料掺有矿粉；

2)养生条件Ⅱ：45 ℃水槽中保温1 h，混合料掺有矿粉；

3)养生条件Ⅲ：45 ℃水槽保温1 h，混合料中无矿粉。

不同养生条件下RP/CRP改性沥青混合料的湿轮磨耗试验结果如表6。

表6 沥青混合料的湿轮磨耗值

注：规范要求乳化沥青稀浆封层混合料磨耗值≤800 g/m2。

从表6可以看出：

1)在养生条件Ⅰ下，基质沥青混合料和RP改性沥青混合料的磨耗值显著大于CRP改性沥青混合料，表明CRP改性沥青混合料具有较好的抗磨耗性能，并且提高了沥青混合料的抗磨耗能力和抗水损害性能。从外观上看，抗磨耗能力差的混合料集料表面沥青膜脱落，表面露骨严重，而抗磨耗能力强的混合料表面密实，少量集料露骨。

2)在养生条件Ⅱ、Ⅲ下，矿粉对沥青混合料的抗磨耗和抗水损害能力有显著影响，加矿粉的沥青混合料的磨耗值明显小于未加矿粉的沥青混合料。矿粉可以减小沥青混合料的磨耗值，增强抗水损害能力，与普通沥青混合料添加矿粉的应用经验一致。

3)在相同养生条件下，无论是原状还是裂化处治，聚乙烯废旧塑料改性沥青混合料的抗磨耗性能好于聚丙烯废旧塑料。

3.5 疲劳性能试验

采用英国Cooper Research Technology有限公司制造的气动伺服Cooper疲劳试验机加载。试件为用轮碾法成型的车辙板钻芯样制成的φ100 mm×50 mm圆柱体试件。级配为AC-13，基质沥青为中海油70#，改性剂为CRP-B，掺量5%。加载方式为应力控制；加载频率10 Hz，即加载时间为0.016 s，相当于60～65 km/h的行车速度。荷载波形为半正弦波，在相邻波形之间插入0.4 s的间歇时间。试验温度15 ℃。

在疲劳试验前，对3组试件进行静态劈裂强度试验，以确定疲劳试验的应力控制水平。应力比分别为0.3，0.4，0.5下基质沥青与CRP改性沥青混合料的劈裂疲劳试验结果见表7。

从表7可以看出：在相同应力比条件下，CRP改性沥青混合料的疲劳寿命显著高于基质沥青混合料，表明CRP不但可以提高沥青混合料的高温稳定性，而且可以提高沥青混合料的疲劳寿命，从而延长路面使用寿命。

表7 沥青混合料的平均疲劳寿命

4 结 论

1)原状造粒生活废旧塑料(RP)和裂化生活废旧塑料(CRP)都可以显著提高沥青混合料的马歇尔稳定度，以及高温稳定性、水稳定性、抗磨耗能力等路用技术性能，但效果不尽相同。裂化生活废旧塑料改性沥青混合料的马歇尔性能指标、动稳定度、冻融劈裂强度比、肯塔堡飞散值和湿轮磨耗值等路用技术性能均好于原状造粒生活废旧塑料改性沥青混合料，并满足作为沥青面层的性能要求。

2)裂化生活废旧塑料改性沥青混合料的路用技术性能好于原状造粒生活废旧塑料的，并且，其改性沥青具有良好的存储稳定性。因此，建议采用裂化生活废旧塑料作为沥青改性剂。

3)聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯与聚丙烯混合的生活废旧塑料改性沥青混合料的路用技术性能差别不明显。

4)改性沥青混合料的路用技术性能随着生活废旧塑料改性剂掺量的增加而提高，但提高幅度有限。为了使生活废旧塑料改性沥青混合料具有合理的性价比，建议生活废旧塑料改性剂最佳掺量为5%～6%。

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(责任编辑 田文玉)

Pavement Performance of Recycled Plastics Modified Asphalt Mixtures

YANG Xiwu， LIU Ke， HE Ze， ZHAO Bo

(School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，P. R. China)

Two kinds matrix asphalts——Maoming-90 and CNOOC-70——were chosen, and blended with cracking recycled plastics(CRP) or recycled plastics(RP) by mass of 6% and 8% respectively, and then CRP/RP modified asphalt mixtures were made. The properties of Marshall index, high temperature stability, water stability, abrasion resistance property and fatigue life of those RP/CRP modified asphalt mixtures were studied. The results show that the stability of CRP modified asphalt mixtures can achieve 15 kN, with increasing rate of 40%, and theTSR>80%,DS>3 000 r/mm of both RP and CRP modified asphalt mixtures. The fatigue life and abrasion resistance property of RP and CRP modified asphalt mixtures are significantly higher than that of matrix asphalt mixtures. CRP modified asphalt mixtures have better performance than that of RP modified asphalt mixtures.

highway engineering; cracking recycled plastics(CRP); recycled plastics(RP); modifier; asphalt mixture; high temperature stability; fatigue life

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.02.07

2014-02-28；

2016-09-29

重庆市交通委员会科技项目([2008]15)

杨锡武(1963—)，男，云南鹤庆人，教授，博士，主要从事路基路面工程的教学和科研工作。E-mail：yangxw01@126.com。

U414.3

A

1674-0696(2017)02- 038- 05