沥青混凝土掺入废弃塑料袋对车辙的影响

杨 辉 伍衡山 廖一平 胡 杰

(1.南华大学土木工程学院，湖南 衡阳 421001；2.湖南工学院建筑工程与艺术设计学院，湖南 衡阳 421002；3.中交一公局第二工程有限公司，浙江 杭州 310000)

伴随着我国经济的发展我国公路也在不断发展，车辆的渠化行驶，车流量不断上升、重载汽车数量不断增多、超载汽车不断出现。目前我国新建公路和道路中沥青路面居多，但是建成后运行的公路与道路中沥青路面出现开裂、车辙、坑槽等现象。在各种路面损害中车辙问题所占比例尤为严重，它不仅对行车的舒适性有影响，而且对交通安全有着直接的影响。

塑料袋给人们的生活带来了方便，废弃塑料袋是人们在日常生活所产生的一种“白色”垃圾。但一时的方便，却带来长久的危害。废弃塑料袋对环境造成严重影响，回收利用废弃塑料袋刻不容缓[1]。废弃塑料袋的主要成分：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龙等，本文利用废弃塑料袋成分中的高聚物的优点在沥青混凝土添加对其高温抗车辙有一定的影响，高温基质沥青与废弃的塑料袋相融。这不仅解决了塑料袋白色污染问题，同时提高了沥青混凝土的抗车辙能力，起到了经济和环保的双重效益。

温度对沥青混凝土特别敏感，掺入废弃的塑料袋对其在高温下流变性降低，抗剪切能力提高。利用废弃塑料袋中成分类似于水泥混凝土中加“筋”，提高沥青混凝土路面的抗车辙能力。有利于提高路面的使用性，降低维修和养护费用，延长路面的使用寿命。

1 废弃塑料袋与沥青

废弃塑料袋的主要成分：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龙等。大部分均为聚合物，聚合物熔融温度为60 ℃～200 ℃。沥青的熔融温度105 ℃～220 ℃，在沥青混凝土中基质沥青熔融温度基本上控制在165 ℃～175 ℃。基质沥青是具有粘、弹、塑性，温度升温时则软化呈流体。在沥青基质加热到170 ℃时把剪碎废弃与热沥青混合并搅拌，利用两者共同的熔融温度区间相互到达熔融的状况。通过搅拌使废弃塑料袋均匀的散步在基质沥青中，废弃塑料袋在170 ℃下大部分融化具有一定的流动性，有小部分未熔融散布在基质沥青中。在添加废弃塑料中未融化废弃塑料袋部分可以填充沥青混凝土矿料之间的间隙。

2 废弃塑料袋在沥青混凝土中的作用

废弃塑料袋是由多种高分子聚合物复合而成的材质，在沥青混凝土中添加废弃塑料袋有利于提高沥青混凝土的抗车辙能力。1)增黏作用：在高温条件下沥青与废弃塑料袋搅拌，掺入的废弃塑料袋在高温沥青中有一部分熔化，这熔化的一部分黏附在集料与矿料表面，增加沥青与矿料的黏附能力[2]。2)加筋作用：废弃塑料袋的加入提高了沥青混合料之间的相互作用力，增强了沥青混凝土承受荷载的能力[3]。沥青与废弃塑料袋有共熔的温度区间，但是在沥青与废弃塑料袋搅拌时的温度废弃塑料有一部分聚合物未达到熔融。这一部分聚合物在搅拌的过程中被拉成塑料纤维，从而在沥青混凝土中建立了一个塑料纤维网状结构起到加筋的作用。3)嵌挤作用：废弃塑料袋中在加热搅拌的过程中有一部分未熔化也不能被拉成纤维的物质在沥青混凝土中起到填充空隙的作用，降低空隙率增大沥青混凝土密度，提高沥青混凝土的承载荷载。4)变形恢复作用：利用废弃塑料中的高聚物在正常中具有一定的塑弹性，当掺入废弃塑料沥青混凝土发生车辙后相对普通沥青混凝土更容易发生回弹。

3 实验及结果分析

根据《公路沥青路面施工技术规范》和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》各项原材料符合规范要求设计产生AC-16配合比例。参照普通沥青配合比中添加碎废弃袋的量分别为：0.2%,0.4%,0.6%。进行马歇尔实验，普通沥青混凝土搅拌温度为150 ℃,添加废弃塑料袋沥青混凝土搅拌温度为165 ℃[4]。沥青是一种典型的弹性物质，各项性能指标会随温度变化而变化[5]。因此在同一温度、同一配合比、掺入同一量基质沥青和加入废弃塑料废弃塑料袋的沥青进行实验对比。

3.1 掺入废弃塑料袋和基质沥青马歇尔稳定度对比

对掺入0.2%,0.4%,0.6%的废弃塑料袋的沥青混凝土马歇尔稳定度从图1数据中可以看出，当加入0.2%的废弃塑料袋稳定度比基质沥青稳定度相对增加不大，加入0.4%和0.6%稳定度比基质沥青稳定明显提高。

3.2 流值对比

加入0.2%,0.4%,0.6%的废弃塑料袋的沥青混凝土马歇尔实验流值从图2可以得出结论：基质沥青混凝土<0.2%废弃塑料袋沥青混凝土<0.4%废弃塑料袋沥青混凝土<0.6%废弃塑料袋沥青混凝土，随着废弃塑料的加入的量不断加大沥青混凝土其流值不断增大。说明沥青混凝土中的自由沥青流塑性降低，增加了沥青的黏度和自由沥青被废弃塑料袋纤维网“牵制”。

3.3 空隙率对比

实验采用水中重法得出数据计算空隙，随着空隙率减小伴随流值减小和毛体积增大，分析原因废弃塑料袋在掺入沥青中有一部分未达到熔融的温度条件，这一部分未达到熔融温度的物质在沥青混凝土中起到充填的作用。由图3可知这一部分填充物质降低了沥青混凝土的空隙率提高了沥青混凝土的密度，有利于沥青混凝土抗车辙能力，降低了空隙中的水动水压力对沥青混凝土的破坏。

4 沥青混合料车辙试验

在夏季50 ℃～70 ℃下经常产生车辙，因此车辙试验采用60 ℃下恒温进行，试模采用300 mm×300 mm×50 mm。每一组3个试件，车辙试验仪采用恒温并且在恒温室内对每组三块试件进行保温，试件保温时间为6 h。当车辙试验时其行走方向与试件碾压方向一致，试验1 h并记录数据。

图4试验数据表明随着废弃塑料袋加入量的增大车辙动稳定度也不断在增大，图4中数据可以看出0.4%～0.6%段动稳定度增加更快。在沥青混凝土中废弃塑料袋的加入提高其抗车辙能力，有利于路面的使用性能[6]。

利用车辙仪车辙深度传感仪测出沥青混凝土车辙后的回弹数据，车辙进行完后沥青混凝土均有回弹。基质沥青是一种黏弹性物质，而废弃塑料袋里的高聚物本身也具有黏弹性，并且在沥青混凝土中起到加筋作用。图5中回弹数：普通沥青混凝土<沥青混凝土+0.2%<沥青混凝土+0.4%<沥青混凝土+0.6%。

5 结语

在沥青混凝土中掺入一定数量的废弃塑料袋通过沥青混合料马歇尔稳定度试验和沥青混合料车辙试验得出：稳定度、流值、空隙率、最大理论密度、动稳定度、回弹量可以得出以下结论[7，8]:

1)随着废弃塑料袋的加入沥青混凝土的抗车辙能力不断提高，与普通沥青混凝土的抗车辙能力相比有明显的增大。

2)从车辙动稳定度和回弹量可以废弃塑料袋的掺入一部分起到“加筋”作用，基质沥青本身是具有黏弹性，同时废弃塑料袋也是具有黏弹性。两者有共同的熔融区间，当恢复正常温度时掺入废弃塑料袋沥青混凝土黏弹性增强，故在高温的条件下发生车辙后掺入废弃塑料袋沥青混凝土比普通沥青混凝土的永久变形相对偏小。

3)掺入废弃塑料袋沥青混凝土与普通沥青混凝土相比较车辆在路面行驶更加舒适和安全，道路渠化交通的条件下发生车辙破坏更少。

4)废弃塑料袋本身是日常生活中的一种垃圾，当废弃塑料袋采用填埋在土里极难腐烂，这不仅处理难而且对环境造成破坏。当废弃塑料袋在沥青混凝土中时不但解决了废弃塑料袋处理难和对环境破坏问题，更是节约资源对其进行二次利用产生了一定的经济效益，符合当前“环境友好”“可持续发展”社会。