废旧塑料改性沥青研究综述

邱 林 谢红平 谭恒程 简会东 张琴光

废旧塑料改性沥青研究综述

邱 林1谢红平1谭恒程2简会东3张琴光2

（1.云南省建设投资控股集团有限公司路桥总承包部，云南 昆明 650051； 2.西南交通建设集团股份有限公司，云南 昆明 650051；3.云南建投集团交通建设股份有限公司，云南 昆明 650051）

塑料因其性能优良而应用广泛，而随之产生的废物污染是世界环境难题，将其作为沥青添加剂是一大处置利用渠道。总结分析归纳了已有废塑料对沥青及其混合料性能改性研究的主要成果，并探讨了塑料改性沥青的发展状况及仍存在的问题，以期为处置废旧塑料及提高沥青性能提供一定的参考。

道路工程；废旧塑料；改性；沥青

0 概述

随着我国经济社会的日益发展，塑料产品的使用量加大，废塑料的累积，特别是焚烧以及掩埋带来的环境污染，已经成为当下亟待解决的问题，而将废塑料作为沥青添加剂是一大处置利用渠道。关于废旧塑料提高沥青及其混合料高温稳定性的研究已经长达近三十年，但是仍然没有得到广泛应用，对聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等聚合物的热行为研究表明，在130~140℃时容易软化，而尚未发生气体析出。每年生活和工业中废弃的塑料数量庞大，废旧塑料的分类回收近年来已经逐渐成为一个成熟的体系，分类回收的废旧塑料用途广泛，可用于不同领域。废旧塑料分类回收的主要过程一般都是经过清洗、造料，加工成粒料或粉料，然后直接销售或者使用。将废旧塑料用于沥青改性，不仅处置了废旧塑料，避免其污染环境，而且提高了沥青路面的稳定性、力学特性和抗低温性等，延长了使用寿命，具有极大的社会及经济效益。

1 常用废旧塑料改性剂种类及作用

常见的改性剂一般可分为橡胶类、橡胶塑料类、树脂类三种：

1）橡胶类具有优良的抗低温开裂性能，可增大沥青与粒料的粘附力。

2）橡胶塑料类改性剂即热塑性弹性体。使用较多的是SBS。

3）树脂类：一般有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等。PP又分为IPP（等规）、SPP（间规）、APP（无规），PE分为LDPE（低密度）、HDPE（高密度）和LLDPE（线性密度）。此类改性剂具有高温稳定性好，提高粘结力、抗冲击、震动能力的特点。

目前，国内使用较多的是PE和SBS。据已有研究证明，PE能明显改善沥青的高温稳定性，并能提高沥青的综合性能。SBS改性沥青具有较好的高、低温性能，温敏性好，且具有良好的力学性质，是目前世界上需求量最高的改性沥青。

2 改性沥青的混合及检测方法

改性剂和基质沥青一般采用高速剪切机高速剪切混合。

基础的检测方法一般有：

1）三大指标：包括针入度、延度、软化点。

2）薄膜烘箱试验：模拟生产HMA过程中发生的老化，用来测定试验中老化沥青样品，同时与储存稳定性试验的结果结合，可以判断沥青在运输过程中存在的问题。

3）储存稳定性：用于测定各类沥青的储存稳定性。

4）荧光显微镜：用于鉴定沥青的组分、大致含量和特征。

5）FTIR（傅里叶红外光谱分析）：主要用于测试高分子有机材料，确定不同高分子键的存在，确定材料的结构，如单键、双键等。

一些国外的研究人员还会采用布氏旋转粘度试验、动态剪切流变试验（DSR）、DSC热分析法、沥青弯曲梁蠕变劲度试验（BBR）等。

改性沥青的好坏，不仅与基质沥青材料以及改性剂品质有关，二者的配伍性也是改性试验能否成功的一个非常重要的因素。

3 单一塑料对沥青改性

聚乙烯可用于改善路面的车辙和开裂性能。张争奇分析了聚乙烯（PE）改性沥青的高、低温及耐久性，并对性能改善原因进行了探讨。Khan I M等采用DSR试验得到，LDPE和HDPE都能提高沥青的抗车辙性能和温度敏感性，LDPE添加量为10%时，车辙因子最大，高温性能显著提升；而HDPE添加量为4%时，车辙因子为全部试验温度下最大值，PG分级为其他试验添加量下最佳。Cristina Fuentes-Audén等发现聚乙烯含量为总质量的15%时，沥青的热性能和流变性能得到显著改善。

但是由于回收分类困难的缘故，杨锡武等、袁聪慧等对高温热贮存稳定性较差、低温性能等的争议，后者通过高剪切混合乳化机试验测得回收的HDPE相较HDPE软化点更高，针入度更低，延度更低，这是由于材料随着老化时间的延长，在使用过程、重复加工、回收以后，分子链断裂、支化和交联，这证明废塑料回收利用价值上升。赖增成等同样使用LDPE、HDPE、PP常规试验，发现LDPE、HDPE、PP都会使得沥青针入度减小，软化点提高，不过HDPE掺量达到5%时会出现沥青表面结皮，凹凸不平，容易导致离析，而PP要到达6%以上才产生离析，相容性比较结果为：LDPE＞PP＞HDPE。

彭贺民研究了PP和PE在沥青中高温熔融后，PP提高了沥青的耐热性，主要因为针入度的降低；PE改善了沥青的高温性能和低温性能，降低黏度，使得混合料更容易侵透胶体。

PVC作为比较特殊的聚合物，常常需要经过脱除氯化氢阶段，张明耀阐述了PVC的回收利用技术，钱庆荣等以废PVP塑料为原料采用两阶段恒温法制备PVC沥青，得出脱除HCL最佳温度为270℃，所需时间为150分钟；制备沥青最佳温度为410℃，所需时间为120分钟；且通过红外光谱分析得知脱氯率达到了预期要求。

综上所述，单一塑料作为添加剂加入到沥青中，通常能够改善沥青的黏弹性，表现为能够提高沥青的抗车辙能力和抗疲劳裂纹性能；其次回收的塑料相较新塑料，由于分子链断裂、支化和交联使得废塑料更有回收价值。但是过多地添加高密度的聚乙烯或者聚丙烯，容易导致离析，使得沥青表面结皮或者凹凸不平，这是沥青和PE、PP的相容性决定的；另外，塑料对于低温延性有一定副作用。PVC在沥青领域研究相对较少，还需开展进一步研究。

4 混合塑料对沥青改性

现阶段更多采用的是多种聚合物共同作为添加剂对沥青进行改性，一方面对回收的塑料分类困难；另一方面，与单一改性沥青相比，混合改性可显著提高沥青性能。Imran Hafeez等通过DSR试验研究共聚物，得到在0.01HZ~100HZ的频率下，共聚物的温度感性系数会降低。

添加剂的比例，对沥青的改性有较大的区别。范立嘉等指出车辙剂的种类不同其实是其中PE和PP的比例不同造成的，并通过分析抗车辙剂的红外谱图，可以确定PE与PP共混抗车辙剂的比例。林建明等通过傅立叶红外光谱试验研究4种常用抗车辙剂，得到抗车辙剂与沥青结合形成具有交联网状结构的沥青膜并且每一特定比例的PE与PP颗粒共混，得到的是具有唯一形态的、稳定的红外谱图。

汪济奎等发现乙烯/辛烯共聚物（POE）具有优异的力学性能、流变性能和耐化学老化性能。张书言等将POE作为改性剂加入到沥青中，POE改性沥青相较PP和PE改性沥青具有更高的耐热性能，软化点与针入度都明显要低一些。王凯对聚合物固相、沥青液相的聚合物改性沥青浓悬浮液的研究，得出当浓度增大到一定固相浓度，粘度趋于无穷大，这时候的固相分率被称为最大固相分率。

Goutham Sarang对废塑料的研究，主要通过旋转压实仪（SCG）试验，得到废塑料可以作为沥青添加剂增加沥青混合料的稳定性，并且可以少添加沥青，代替昂贵的纤维；马歇尔稳定度以及ITS值也随着废塑料添加量的增加而提高，含量为8%时达到最大，马歇尔稳定度比未添加时提高37%；其用于SMA可提高水稳定性，TSR值由未添加时74%提高到85%~95%。PET同样作为聚合物，Ahmadinia等将PET塑料加入到沥青中，发现大量地提高了沥青的性能，并且能够减少漏析。而Brown等研究SMA能够减少漏析同样是因为包括粗细骨料、矿物填料、沥青这些稳定剂的大量添加，而废塑料可以减少这些混合料的添加。

综上所述，混合塑料以及聚合物，对沥青的改性具有更明显的效果。混合塑料是由于其各自有着不同的改性作用，混合起来，对各种性能都有着改善。聚合物则是因为短支链以及不饱和键等的因素，具有均聚物不具有的更优质的改性效果，使得聚合物更适合添加到沥青中作为改性剂；并且混合塑料的种类是可以控制的，可以通过红外谱图确定混合添加剂的比例，这样可以得到不同沥青所需性能以及不同的添加量比例。而每一种聚合物有其最佳的掺和量，超过最佳的掺和量，改性性能会随着掺和量的提升，性能减少，但是总体来说，比没有添加仍有着较好的改性作用。

5 总结

无论是单一塑料还是混合塑料还是聚合物，对沥青的改性都具有积极作用。特别是塑料对沥青黏弹性的改性，提高了沥青的高温稳定性、流变性，影响了抗车辙和抗疲劳裂纹的性能，并且在强度方面还能提高沥青混合料的间接抗拉强度。而混合塑料作为添加剂，由于塑料对沥青的影响主要方面一致，因而混合使得沥青性能得到提升的效果更加显著，并且不同比例的塑料添加剂可以适用于不同需求的沥青混合料。聚合物相较均聚物，则对沥青的性能改善更有优势，无论是高温稳定性、防止漏析，还是作为代替其他添加物的稳定剂，都具有积极的意义。对于PVC大量处理的研究在当下仍然是一个需要加大关注力度的领域。

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