回收塑料复配SBR改性沥青及混合料性能与应用研究

朱曲平， 黄 刚

(1.重庆工程学院 土木工程学院，重庆 400056； 2.重庆交通大学，重庆 400074)

0 引言

将废旧塑料再生资源化回收并加工成热塑性树脂类沥青改性剂，既有利于环保，又能降低工程造价、提高沥青路面抗车辙性能。国内大量研究成果与实体工程应用表明[1-3]，聚乙烯、聚丙烯改性剂经简单搅拌后可完全融化混溶于基质沥青中，具有制备工艺简单、单价低等优势，废旧塑料可用作沥青混凝土的抗车辙剂或高模量剂，能明显提高沥青的粘度和软化点，使沥青的高温性能、力学强度、劲度得到改善，抗流变性能、抗车辙的能力和抗永久变形能力增强，但聚乙烯、聚丙烯改性沥青的低温延展性较差，甚至会对沥青混凝土的低温性能产生负面影响，聚乙烯、聚丙烯改性沥青混凝土一般也仅用于我国南方夏炎热区沥青路面或用作气候温润区重载沥青路面的抗车辙层(通常为中面层)[4]。橡胶类丁苯橡胶(SBR)改性剂具备优异的低温性能，但SBR改性剂对沥青混合料高温性能改善效果不明显，不能克服全国频发的极端高温天气和重载车辆荷载作用下沥青路面抗车辙需求，SBR改性剂多与其他抗车辙性能优异的改性剂进行复配后，可应用于沥青混凝土表面层或中面层。

为了提升聚乙烯、聚丙烯改性沥青混凝土的低温性能，国内许多学者开展了复合改性技术方面研究，已有研究主要集中在聚乙烯(聚丙烯)复合橡胶粉、复合纤维、复合SBS等[4-9]。但已有研究较少涉及废旧塑料复合SBR改性沥青、混合料性能评价与应用相关研究。本文选择聚丙烯编织袋、塑料盆凳等废旧聚丙烯塑料(WPP)和矿泉水瓶、塑料薄膜等废旧聚乙烯塑料(WPE)为研究对象，将WPP、WPE在250 ℃条件下融化成液体，加入裂化剂，使废旧塑料的分子链断裂，然后降温至200 ℃左右，加入硫磺稳定剂并搅拌均匀，最后在200 ℃条件下由造粒工艺制作单个颗粒质量≤0.03 g塑料颗粒，此外，为了进一步提升WPP、WPE改性剂的低温性能，将WPP、WPE分别与SBR进行复配，基于室内试验研究WPP、WPE废旧塑料复配SBR改性沥青的针入度指标性能与流变性能，优化了适宜的WPP、WPE与SBR掺配比例，进而采用常规三大路用性能试验与室内小型加速加载试验评价了WPP、WPE复配SBR改性AC-20沥青混合料的路用性能与长期稳定性，最后铺筑了WPP/SBR复合改性沥青混合料试验段。本文研究成果为废旧塑料资源化回收利用提供了思路，也为废旧塑料复合SBR改性沥青的推广应用提供了借鉴。

1 试验

1.1 原材料

a.废旧塑料:选用日常生活中常见的2种塑料产品回收材料。1#为废旧聚丙烯塑料(Waste Polypropylene Plastics，简称WPP)，典型代表有聚丙烯编织袋、塑料盆凳等。2#为废旧聚乙烯塑料(Waste Polyethylene，简称WPE)，主要代表物有矿泉水瓶、塑料薄膜等，PE中混杂有废旧高密度聚乙烯(LDPE)和低密度聚乙烯。虽然在高温条件下，经简单搅拌后，废旧塑料可完全融化混溶于基质沥青中，然而由于废旧塑料与沥青的分子结构差异较大，二者的相容性差，在贮存、运输过程中，温度降低在熔点以下或停止搅拌后，塑料分子快速聚合、聚集、分层，导致塑料类改性沥青离析，这不仅降低了改性沥青品质，也容易堵塞泵送设备管道，影响设备的运行[10-12]。为了改善塑料增强废旧塑料改性剂与基质沥青的相容性、改善塑料类改性沥青的贮存稳定性，首先将WPP、WPE在250 ℃条件下融化成液体，加入裂化剂，使废旧塑料的分子链断裂，然后降温至200 ℃左右，加入硫磺稳定剂并搅拌均匀，最后在200 ℃条件下由造粒工艺制作单个颗粒质量≤0.03 g塑料颗粒。WPP、WPE具体性质如表1所示。

b.基质沥青：选用辽宁盘锦A-70基质沥青和成品5%SBS改性沥青(以下简称5%SBS)，沥青胶结料主要技术指标见表2，沥青胶结料技术性能均满足JTG F40-2004要求。

表1 废旧塑料主要性质Table1 Themainpropertiesofwasteplastics种类密度/(g·cm-3)熔体流动速率/0.1g·min-1断裂伸长率/%WPP0.9430.3257WPE0.9260.3584

c.丁苯橡胶改性剂(SBR)：丁苯橡胶(SBR)改性剂由中石化生产，型号为SBR-1502，外观为白色颗粒状粉末，平均粒度为80目，干胶含量为100%，结合苯乙烯含量为18%。

1.2 复配方案及复合改性沥青制备

已有研究成果表明，纯净的聚乙烯改性沥青的聚乙烯掺量一般为3%～8%，SBR改性沥青的SBR剂量一般均为4%～6%。考虑到废旧塑料中含有一定数量的杂质，且废旧WPP、WPE市场单价约2 500～2 700元/t，单价略低于基质沥青(2 900～3 500元/t)，结合工程经济性和抗车辙性能要求，试验研究采用了较大WPP、WPE掺量，同时降低了SBR改性剂掺量。试验研究初选的WPP、WPE掺量为6%、9%、12%、15%，每种WPP、WPE掺量下变化SBR改性剂掺量为2.5%、3.5%，对照组为基质沥青、12%WPP、12%WPE、5%SBS(成品)改性沥青(以下简称6%WPP、9%WPP、12%WPP、15%WPP、6%WPE、9%WPE、12%WPE、15%WPE、2.5%SBS、3.5%SBS)。

表2 沥青胶结料主要性能指标Table2 Mainperformanceindexesofasphaltbinder指标针入度/(0.1mm)5℃延度/cm10℃延度/cm软化点/℃135℃黏度/(Pa·s)25℃弹性恢复率/%48h软化点差/℃A-70基质沥青77.5 4.321.349.5—57.6—5.0%SBS63.635.693.467.42.7681.52.2

复合改性沥青制备过程中发现，掺加WPP或WPE后，仅需简单搅拌就可实现WPP、WPE与基质沥青混溶，而SBR改性沥青制备则需要经过溶胀、分散磨细、继续发育3个过程。由于掺加WPP、WPE改性剂后改性沥青的粘度快速增大，导致聚合物改性沥青制备时剪切难度增大，因此，复合改性沥青制备时，首先将SBR改性沥青溶胀、剪切磨细后再添加WPP或WPE。具体制备工艺如下：① 将基质沥青在160 ℃条件下加热至液体流动状态，然后加入设计用量5%SBR改性剂，搅拌速率500 rad/min，使聚合物改性剂溶胀20 min；② 升温聚合物改性剂与沥青共混物温度至170 ℃，开启剪切机，以4 500 rad/min速率剪切30 min，完成剪切磨细制备工艺；③ 按照设计的SBR改性剂掺量，其余掺量SBR改性沥青均通过5%SBR改性沥青加热至170 ℃后再添加基质沥青稀释而成，将设计掺量的WPP或WPE添加到低剂量聚合物改性沥青中，调剂剪切速率至2 000～2 500 rad/min，剪切10 min；④保持复合改性沥青共混物温度为160 ℃，发育40 min，即可完成复合改性沥青制备。

2 废旧塑料复配SBR改性沥青性能

2.1 废旧塑料复配SBR改性沥青针入度指标性能

按照JTG F40-2004针入度体系指标要求评价废旧塑料复配SBR、SBS聚合物改性沥青性能，主要包括25 ℃针入度、软化点、5 ℃延度、135 ℃运动粘度、25 ℃弹性恢复率、48 h离析软化点差。针入度指标体系试验方法严格参照JTG F40-2004要求进行，结果见表3。

由表3可知，掺加WPP、WPE两种废旧塑料均能明显增大基质沥青和低剂量SBR改性沥青的高温性能，同时降低低温延展性、弹性恢复性能与施工和易性。具体表现为：

a.随着WPP、WPE掺量的增大，复合改性沥青的软化点增大、针入度减小，2.5%SBR、3.5%SBR掺量下，WPP设计掺量由6%增大至15%，WPP复配SBR改性沥青的软化点分别降低了39.6%(WPP复配2.5%SBR)、40.7%(WPP复配3.5%SBR)，软化点分别增大了18.6%、17.4%。WPE设计掺量由6%增大至15%，WPE复配SBR改性沥青的软化点分别降低了38.2%(WPE复配2.5%SBR)、41.5%(WPP复配3.5%SBR)，软化点分别增大了19.8%、19.6%。WPP、WPE复配SBR改性沥青的针入度远小于5%SBS改性沥青，在WPP、WPE掺量不小于9%时，废旧塑料复配SBR改性沥青的软化点大于5%SBS改性沥青，当两种废旧塑料掺量达到12%时，复合改性沥青的软化点大于70 ℃，增大废旧塑料掺量后，复合改性沥青表现出了塑料类改性沥青特性，具有优异的高温性能。这是由于而废旧塑料的结晶度较低、溶解度参数较宽，易于充分溶胀并混溶于基质沥青中，WPP、WPE吸收沥青中的轻质组分，一方面沥青胶体结构中的硬质组分含量增大，使沥青胶体结构由溶胶型转变为凝胶型，高温性能提高、硬度增大；另一方面废旧塑料各分子链与沥青相互熔合，交联构成完整的架构体系，塑料分子所形成的晶体结构限制了沥青分子的移动，使沥青的存在形态与胶体结构发生改变，这有利于提高沥青的劲度、硬度，从而表现为针入度降低、软化点增大。

表3 废旧塑料复配SBR改性沥青针入度指标性能Table3 PenetrationindexperformanceofwasteplasticcompoundSBRmodifiedasphalt废旧塑料掺量/%聚合物改性剂25℃针入度/(0.1mm)软化点/℃5℃延度/cm25℃弹性恢复率/%135℃粘度/(Pa·s)软化点差/℃RTFOT后针入度比/%5℃延度/cm 6%WPP2.5%SBR55.864.421.272.51.771.476.715.4 9%WPP46.468.219.467.02.101.679.413.612%WPP39.573.715.363.52.412.081.210.315%WPP33.776.410.258.22.532.282.46.5 6%WPP3.5%SBR53.666.128.887.21.881.677.519.5 9%WPP44.869.624.583.22.361.880.516.412%WPP37.674.921.478.52.572.182.414.215%WPP31.877.615.676.22.952.384.59.1 6%WPE2.5%SBR57.862.525.576.31.571.277.617.5 9%WPE49.366.622.373.22.031.780.314.812%WPE40.471.317.469.02.322.082.211.815%WPE35.774.912.166.62.622.283.48.1 6%WPE3.5%SBR55.663.830.685.31.681.479.421.1 9%WPE47.467.926.181.52.181.981.218.612%WPE38.872.421.577.62.482.383.515.815%WPE32.576.316.973.92.782.485.310.2基质沥青 77.549.54.3———61— 5%SBS 63.667.435.681.52.762.28125.7 5%SBR 74.853.767.5—1.681.97948.812%WPP 41.771.4脆断43.52.24脆断12%WPE 42.970.1脆断46.72.08脆断

b.随着WPP、WPE掺量的增大，复合改性沥青老化前后的5 ℃延度减小，同时25 ℃弹性恢复率降低，增大废旧塑料不利于沥青胶结料的低温性能与弹性恢复性能，这主要是，废旧塑料对沥青性能的改善主要为物理改性，改性沥青高温性能与低温性能一般为相反面，在常温或低温条件下，原本溶解的塑料分会以结晶形式析出，弹性成分向黏弹性成分和塑性成分转变，导致复合改性沥青变硬、变脆，从而表现为低温性能降低和弹性恢复率减小。低温性能和弹性恢复性能方面，WPP、WPE单一改性沥青在延度试验开始时出现脆断现象，并且25 ℃弹性恢复率不足50%，低温延展性极差，导致其仅适用于南方夏炎热地区。掺加3.5%SBR改性剂后，复合改性沥青的5 ℃延度能达到20 cm以上(15%WPP除外)，满足JTG F40-2004规范SBS类改性沥青(I-D)技术要求，掺加SBR改性剂能弥补WPP、WPE改性沥青低温性能的不足，扩大WPP、WPE改性沥青的使用范围。

c.随着WPP、WPE掺量的增大，复合改性沥青的135 ℃粘度增大、48 h离析软化点差增大、RTFOT后针入度比增大，总体上废旧塑料复配SBR改性沥青135 ℃粘度不超过3.0 Pa·s，48 h离析软化点差不超过2.5 ℃，施工和易性、热贮存稳定性和抗老化性能良好。

2.2 废旧塑料复配SBR改性沥青流变性能

按照Superpave沥青胶结料PG等级的技术要求(ASTM D6373)，采用动态剪切流变试验(DSR)和弯曲蠕变劲度试验(BBR)评价废旧塑料WPP、WPE复配SBR改性沥青的流变性能。

2.2.1动态剪切流变试验

按照AASHTO T315-02要求进行DSR试验，在64 ℃～82 ℃温度区间内，间隔6 ℃为一个高温分级，DSR试验金属板直径25 mm，施加10 rad/s频率的正弦振荡荷载，板间隙为1 mm，试验结果见表4。

表4 废旧塑料复配SBR改性沥青动态剪切流变试验结果Table4 DynamicshearrheologicaltestresultsofwasteplasticcompoundedSBRmodifiedasphalt废旧塑料聚合物改性剂不同温度原样沥青G∗/sinδ不同温度RTFOT后老化G∗/sinδ64℃70℃76℃82℃64℃70℃76℃82℃ 6%WPP2.5%SBR11.645.752.130.9121.1311.904.981.56 9%WPP16.019.064.041.3430.4218.288.712.7612%WPP19.5712.536.202.1637.1724.9613.154.3215%WPP20.6013.947.032.3439.1525.2814.354.57 6%WPP3.5%SBR12.456.762.320.9523.6613.986.401.70 9%WPP17.2410.154.981.5032.7520.5910.623.3712%WPP21.8112.536.862.4541.4624.7613.844.7615%WPP22.2313.177.292.6942.2526.1314.395.33 6%WPE2.5%SBR10.454.341.940.8519.869.394.161.62 9%WPE14.927.933.891.1328.3416.328.032.1612%WPE18.3811.415.631.8935.3322.7211.183.5915%WPE19.2712.676.772.1836.5925.2913.084.13 6%WPE3.5%SBR11.325.552.120.9321.519.644.031.86 9%WPE14.808.614.421.2228.1217.308.402.7412%WPE18.6712.136.842.1335.4825.0112.994.2715%WPE19.6312.987.022.3237.3925.6013.354.51基质沥青 2.680.92——5.122.19— — 5%SBS 16.059.144.281.6531.2417.128.123.04 5%SBR 2.880.95——5.562.45— — 12%WPP 18.8012.095.652.0535.7423.3111.833.8712%WPE 17.7710.094.531.7734.8921.6210.633.59

由表4可知:

a.废旧塑料掺量对复合改性沥青的抗车辙因子(G*/sinδ)影响显著，在64 ℃～82 ℃测试温度范围内，12%WPP、12%WPE改性沥青的G*/sinδ大于5%SBS改性沥青。说明12%WPP、12%WPE改性沥青有更好的高温抗车辙性能。WPP、WPE复配SBR改性沥青保留了WPP、WPE改性沥青优异的高温性能，掺加SBR能略微增大废旧塑料改性沥青的G*/sinδ，但SBR对复合改性沥青G*/sinδ的改善效果有限。

b.按照superpave沥青胶结料PG等级的技术要求(ASTM D6373)，在WPP、WPE掺量不小于9%时，WPP、WPE复配SBR改性沥青老化前G*/sinδ>1.0 kPa，RTFOT后G*/sinδ>2.2 kPa，9%～15%WPP、9%～15%WPE复配2.5%～3.5%SBR改性沥青的高温PG分级可达到82 ℃，说明废旧塑料复配SBR改性沥青具有优异的高温抗车辙性能。

c.在相同测试温度条件下，增大WPP、WPE掺量对复合改性沥青的G*/sinδ的影响趋势相同，在6%～12%掺量范围内，增大WPP、WPE掺量对G*/sinδ的改善较为明显，WPP、WPE掺量超过12%后，增大WPP、WPE掺量，复合改性沥青G*/sinδ虽有增大，但增大趋势减缓，说明复合改性沥青的临界WPP、WPE掺量为12%。这是由于废旧塑料吸收基质沥青中的轻质组分溶胀后，WPP、WPE胶团数量与体积增大，并逐渐达到饱和状态，最终形成网络结构，当WPP、WPE掺量继续增大时，WPP、WPE聚集体通过凝胶液膜连接所形成的半固体连续体系逐渐致密，沥青结构变化对沥青连续相性能的影响逐渐减弱，WPP、WPE溶胀后所形成的聚集体对复合改性沥青抗车辙因子的增大作用逐渐减缓。

2.2.2低温弯曲蠕变劲度试验

参考ASTM D6648-01及AASHTO T313-09进行低温弯曲蠕变试验(BBR)，将废旧塑料复配SBR改性沥青经RTFOT老化后浇筑长127 mm、厚6.35 mm、宽12.7 mm试样。试验温度分别为-12 ℃、-18 ℃、-24 ℃，预加荷载35 mN(维持20 s)，试验过程中施加试验荷载为980 nN，荷载维持时间为240 s，弯曲梁流变试验仪以0.5 s时间间隔自动记录并计算荷载及变形，结果汇总见表5。

由表5可知: ①根据Superpave沥青胶结料性能分级规范(M320-03)，沥青胶结料的蠕变斜率越大，表明其低温应力松弛性能越好，劲度模量越大，沥青胶结料的脆性越大，更易于产生低温开裂，因此限制劲度模量≤300 MPa，蠕变斜率m≥0.3。12%WPP、12%WPE改性沥青在-12 ℃温度下，不满足Superpave沥青胶结料低温分级要求，在所有沥青试样中，5%SBR改性沥青的劲度模量最小，同时蠕变斜率最大，表明其低温性能最优，而12%WPP、12%WPE的低温性能最差，掺加WPP、WPE改性剂降低了沥青的低温性能，这与5 ℃延度试验结果一致。② 相同试验温度条件下，WPP、WPE复配SBR改性沥青的劲度模量随WPP、WPE掺量增大而增大，蠕变斜率随WPP、WPE掺量增大而减小，增大WPP、WPE降低了复合改性沥青的低温性能。相同WPP、WPE掺量条件下，随着SBR掺量的增大，复合改性沥青的蠕变斜率增大、劲度模量减小，当SBR掺量达到3.5%时，9%～15%WPP、9%～15%WPE复配3.5%SBR改性沥青的低温PG分级可达到-18 ℃，6%WPP、6%WPE复配3.5%SBR改性沥青的低温PG分级可达到-24 ℃，说明将WPP、WPE与3.5%SBR进行复配，保留了SBR改性剂优异的低温性能，SBR赋予复合改性沥青优异的低温抗裂性能。

表5 废旧塑料复配SBR改性沥青弯曲梁流变试验结果Table5 RheologicaltestresultsofcurvedbeamswithSBRmodifiedasphaltmixedwithwasteplastics废旧塑料聚合物改性剂不同温度劲度模量/MPa不同温度蠕变斜率m-12℃-18℃-24℃-12℃-18℃-24℃ 6%WPP2.5%SBR130.4243.6348.60.4420.3730.262 9%WPP177.7293.7420.70.3870.2020.24112%WPP240.4335.3484.20.3540.2560.19215%WPP289.6406.2535.50.3210.2190.151 6%WPP3.5%SBR107.5190.5284.50.4680.3930.308 9%WPP118.8229.0324.90.4230.3570.29312%WPP160.5256.5351.30.4070.3240.26115%WPP204.6294.4392.40.3710.3030.239 6%WPE2.5%SBR122.2214.7307.80.4860.3940.286 9%WPE170.6267.0372.70.4140.3220.25312%WPE227.7313.6431.60.3720.2850.19615%WPE281.6378.4477.80.3420.2570.162 6%WPE3.5%SBR89.0164.3249.10.4910.4140.331 9%WPE107.6199.1277.20.4420.3960.31512%WPE146.1223.2319.40.4250.3540.28115%WPE185.6267.5347.90.3780.3150.257基质沥青 271.6396.5548.40.3120.2020.111 5%SBS 119.1236.9340.60.4370.3420.247 5%SBR 35.0114.7207.80.5650.4930.41212%WPP 395.3553.8778.80.2140.1090.06612%WPE 371.5536.3726.50.2220.1150.072

2.3 废旧塑料复配SBR改性沥青微观形貌

采用基恩士(中国)有限公司生产的Cossim荧光显微观察9%WPP、12%WPP改性沥青及12%WPP+3.5%SBR、12%WPE+3.5%SBR的微观形貌，结果见图1。

由图1(a)、(b)可见，9%WPP、12%WPP改性沥青共混体系存在明显的两相状态，由于WPP对基质沥青性能的改性属于物理改性范畴，WPP改性剂颗粒悬浮于基质沥青连续相中，并且随着WPP改性剂掺量的增大，WPP吸收沥青中的轻质组分发生溶胀后，WPP颗粒聚集体分布越来越密集，单位面积内沥青相减少而WPP分散相增大，单位面积内WPP聚结或胶团数量变化导致改性沥青性能发生变化，当WPP掺量增大至12%时，WPP在基质沥青处于均匀、饱和状态，形成致密的网状结构，大于临界WPP掺量后改性沥青宏观性能变化幅度趋于平缓。

由图1(c)、(d)可见，在12%WPP、12%WPE与3.5%SBR复合改性沥青中，WPP(WPE)与SBR混溶于基质沥青，并形成连续、均匀致密体系，两种改性剂溶胀物出现连续相，并在基质沥青中形成致密的“蜂形”结构。相较于12%WPP改性沥青，12%WPP+3.5%SBR复合改性沥青“蜂形”分布呈连续相分布，WPP、WPE与SBR单向连续体系向“蜂形”结构连续体系转变，“蜂形”结构更加均匀、致密，复合改性剂在沥青中的分布形态与结构决定了其针入度指标性能与流变性质。

(a)9%WPP改性沥青

3 废旧塑料复配SBR改性沥青混合料性能

为验证废旧塑料复配SBR改性沥青混合料路用性能与耐久性，试验研究采用AC-20矿料级配中值，采用12%WPP、12%WPE、5%SBS、12%WPP+3.5%SBS、12%WPE+3.5%SBS共5种改性沥青，室内马歇尔试验确定12%WPP改性沥青混合料、12%WPE改性沥青混合料、5%SBS改性沥青混合料、12%WPP+3.5%SBS复合改性沥青混合料、12%WPE+3.5%SBS复合改性沥青混合料的最佳油石比分别为4.7%、4.7%、4.8%、4.9%、4.9%，下文中的沥青混合料性能试验均在最佳油石比条件下测试。

3.1 高温稳定性

采用60 ℃车辙试验、单轴贯入剪切试验、恒高度频率扫描试验，综合评价废旧塑料复配SBR改性沥青混合料性能。车辙试验方法参照T0719-2011进行，单轴贯入剪切强度试验方法参照《公路沥青路面设计规范》附录F进行，恒高度频率扫描试验采用直径150 mm、高50 mm旋转压实试件，试验温度为60 ℃，加载频率10 Hz，以剪切模量G*与相位角φ为抗剪切强度评价指标。试验结果汇总见表6。

表6 废旧塑料复配SBR改性沥青混合料高温性能试验结果Table6 HightemperatureperformancetestresultsofwasteplasticcompoundSBRmodifiedasphaltmixture改性沥青类型车辙试验单轴贯入剪切试验恒高度频率扫描d60min/mmDS/(次/mm)剪切强度/MPa剪切模量/MPa相位角/(°)12%WPP1.9367981.057108.857.812%WPE1.9761980.94396.460.35%SBS2.3846590.89478.965.412%WPP+3.5%SBR1.7874871.113116.844.412%WPE+3.5%SBR1.8566481.074107.946.7

由表6可知，12%WPP、12%WPE改性沥青混合料的车辙试验动稳定度、单轴贯入剪切强度和恒高度剪切模量均大于5%SBS改性沥青混合料，车辙试验加载60 min后的车辙深度及恒高度剪切相位角均小于5%SBS改性沥青混合料，废旧塑料复配3.5%SBR改性剂后，复合改性沥青混合料的动稳定度、剪切强度与剪切模量均有一定幅度提高，同时车辙试验加载60 min后的车辙深度及恒高度剪切相位角均减小，3种高温性能试验结果一致，即高温抗车辙性能排序：12%WPP+3.5%SBR>12%WPE+3.5%SBR>12%WPP>12%WPE>5%SBS。WPP、WPE改性沥青混合料及WPP、WPE复配SBR改性沥青混合料均具备优异的抗车辙性能，可适用于抗车辙性能要求严苛的沥青路面表面层或中面层。

3.2 低温抗裂性

低温弯曲试验方法参照JTG E20-2011规范T0715方法，试验温度-10 ℃，加载速率50 mm/min，结果见表7。

由表7可知，12%WPP、12%WPE改性沥青混合料低温弯曲破坏时的跨中扰度不足0.4 mm，弯曲应变均小于2 000 με，这主要是塑料改性剂增加了沥青混合料的韧性与整体脆性，降低了沥青混合料的柔性，导致12%WPP、12%WPE改性沥青混合料的低温性能整体较差。将12%WPP、12%WPE与3.5%SBR复配后，复合改性沥青的破坏应变增大至3 453.5、3 574.7με，考虑低温弯曲小梁试件跨中扰度、弯拉强度、弯曲应变和劲度模量4个技术指标，12%WPP+3.5%SBR、12%WPE+3.5%SBR两种复合改性沥青混合料的低温抗裂性能与5%SBS改性沥青混合料基本相当，均满足JTG D50-2017冬严寒区低温弯曲破坏应变大于3 000με的技术要求。

表7 废旧塑料复配SBR改性沥青混合料-10℃低温弯曲试验结果Table7 -10℃lowtemperaturebendingtestresultsofwasteplasticcompoundedSBRmodifiedasphaltmixture改性沥青类型破坏荷载/kN跨中扰度/mm弯拉强度MPa弯曲应变/με劲度模量/MPa12%WPP1.0150.32688.291715.73699.712%WPE1.1290.36179.221898.93571.75%SBS1.6500.695813.473653.03687.412%WPP+3.5%SBR1.3360.657810.903453.53156.212%WPE+3.5%SBR1.5290.680912.483574.73491.2

3.3 水稳定性

按照JTG F40-2004规范要求，采用马歇尔残留稳定度比和冻融劈裂强度比评价废旧塑料复配SBR改性沥青混合料的水稳定性。水稳定试验方法参照JTG E20-2011，试验结果见表8。

表8 废旧塑料复配SBR改性沥青混合料-水稳定性试验结果Table8 WasteplasticcompoundSBRmodifiedasphaltmixture-waterstabilitytestresults改性沥青类型浸水马歇尔试验冻融劈裂试验未浸水MS/kN浸水后MS/kNMS0/%未冻融ITS/MPa冻融后ITS/MPaTSR/%12%WPP10.489.7092.61.1261.03792.112%WPE9.919.0791.51.0430.95391.45%SBS11.2510.9096.91.2611.20395.412%WPP+3.5%SBR12.4712.2898.51.4751.42096.312%WPE+3.5%SBR12.1411.8597.61.3511.29796.0

由表8可知，4种改性沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度比(MS0)与冻融劈裂强度比(TSR)均大于90%。复配SBR改性剂后，复合改性沥青混合料的MS0与TSR均达到了95%以上，水稳定性略优于5%SBS改性沥青混合料，这主要是WPP、WPE溶胀后对沥青的增黏作用以及SBR与WPP、WPE形成的复合网络结构，均有助于提高沥青混合料的界面粘聚力，从而改善了沥青混合料的水稳定性。

3.4 抗疲劳性能(MMLS1/3加速加载试验)

在最佳油石比条件下采用旋转压实成型试件，按照MMLS1/3试模尺寸要求切割标准试件，每组3个平行试件。控制试验温度为60 ℃，考虑试件厚度与AC-20混合料公称最大粒径的匹配关系，试件厚度采用6 cm，试验胶轮接地压强0.7 MPa，加载频率40 Hz(60次/h)，测试试验轮不同加载次数下试件的车辙变形量，结果汇总见表9。

由表9、图2可知：

图2 MMLS1/3试验不同加载次数车辙发展曲线

a.随着试验胶轮加载次数的增加，5种改性沥青混合料的车辙深度呈先快速增大后缓慢增加的两阶段发展趋势：压密变形阶段、剪切蠕变稳定阶段。对比发现，压密变形阶段，5种改性沥青混合料的车辙变形量均相差不大，压密变形产生的车辙占沥青混合料总车辙深度的50%以上。

b.承受相同试验轮荷载作用下，5种改性沥青混合料的车辙深度大小排序：5%SBS>12%WPE>12%WPP>12%WPE+3.5%SBR>12%WPP+3.5%SBR。剪切蠕变稳定阶段，车辙发展速率大小排序与车辙深度由大到小排序一致:5%SBS(0.036 mm/万次)>12%WPE(0.029 9 mm/万次)>12%WPP(0.028 6 mm/万次)>12%WPE+3.5%SBR(0.023 8 mm/万次)>12%WPP+3.5%SBR(0.017 7 mm/万次)。

表9 废旧塑料复配SBR改性沥青混合料加载过程中的车辙深度Table9 RuttingdepthduringtheloadingprocessofwasteplasticcompoundSBRmodifiedasphaltmixture加载次数/万次不同改性沥青混合料加载过程中的车辙深度/mm12%WPP12%WPE5%SBS12%WPP+3.5%SBR12%WPE+3.5%SBR11.4451.4511.4621.4671.46231.9912.0032.0111.7651.81852.252.4762.5482.0192.151102.4472.7422.9032.2312.412152.7272.9723.3372.4222.686202.9623.2993.5942.6232.803253.1023.483.8722.7753.073303.3433.7834.0822.8613.175353.5943.9224.3562.933.268403.7114.1594.4393.0123.357453.8124.3094.5323.0653.433503.9454.3984.6943.1183.596554.0044.4834.8273.1713.662604.0534.5314.9193.2273.738654.1154.5765.0583.2433.841704.1534.6295.1273.2823.864754.2174.6655.1783.3133.904804.2614.7185.2493.3433.937

c.加载80万次后，12%WPE+3.5%SBR改性沥青混合料、12%WPE+3.5%SBR改性沥青混合料的车辙深度仅为3.343、3.937 mm，且加载结束后轮迹处未见微裂缝或纵向隆起病害，两种复合改性沥青混合料具有优异的抗永久变形性能。

4 WPP复配SBR改性沥青混合料的应用

S29呼和浩特至凉城段高速公路，设计时速100 km/h，路基宽26 m。项目区最冷月气温-22.7 ℃～-26.1 ℃；极端气温最高38.5 ℃，最低-41.5 ℃，沿线矿产资源丰富，交通荷载分布有明显的方向性，上行方向重载比例高、轴载重，且为上坡方向，这对沥青混凝土面层的抗车辙性能、抗疲劳性能及低温抗裂性能提出来更高要求。施工图设计文件要求，纵坡大于3%路段，中面层SBS改性AC-20沥青混凝土中添加6%(沥青质量比)国产抗车辙剂。根据室内研究成果，试验段采用12%WPP+3.5%SBR复合改性AC-20C沥青混合料，厚度为6 cm，铺设路段平均纵坡3.5%，铺设单幅长度为2 500 m。调整后的油石比为4.9%，从运料车取样试验，马歇尔稳定度12.7 kN，动稳定度7 800次/mm，低温弯曲应变3 585.4 με，TSR为95.5%，满足设计文件及JTG D50-2017规范要求。现场摊铺、压实工艺与相邻路段SBS改性沥青混凝土基本一致，碾压完成后实测压实度、渗水系数、构造深度、平整度等测试结果均合格，满足质量检验评定规范要求。试验段于2017年9月铺筑完成，目前已经服役了3 a，试验路段沥青混凝土无明显车辙病害，仅有的病害为间隔约30～50 m横向裂缝，钻芯判断横向裂缝为半刚性基层反射裂缝，为该区气候分区内沥青路面典型病害，密封胶灌封后即可有效阻止病害进一步发展，试验段取得了满意使用效果。试验段12%WPP+3.5%SBR复合改性沥青混凝土的成功运用，为WPP/SBR复合改性沥青在冬严寒区重载沥青路面的推广应用提供了借鉴。

5 结语

a.掺加WPP、WPE明显提高了基质沥青及低剂量SBR改性沥青的高温性能，SBR改性剂能弥补废旧塑料改性沥青低温性能的不足，WPP、WPE复配SBR改性沥青比5%SBS改性沥青有更高的软化点。将废旧塑料与SBR进行复配，使沥青的高温稳定性、低温延展性和弹性恢复性能以及抗老化性能得到比较全面的改善。综合考虑复合改性沥青产品的高低温性能，复合改性沥青中的WPP、WPE掺量为9%～12%、SBR掺量为3.5%。

b.废旧塑料掺量对复合改性沥青的抗车辙因子(G*/sinδ)影响显著，SBR对复合改性沥青G*/sinδ的改善效果有限。废旧塑料复配SBR改性沥青具有优异的高温抗车辙性能。将WPP、WPE与3.5%SBR进行复配，保留了SBR改性剂优异的低温抗裂性能，也叠加了塑料类改性剂优异的高温性能。当SBR掺量达到3.5%时，9%～15%WPP、9%～15%WPE复配3.5%SBR改性沥青的PG分级可达到PG82-18等级。

c.WPP、WPE改性沥青混合料及WPP、WPE复配SBR改性沥青混合料均具备优异的抗车辙性能(动稳定度>6 000次/mm)、抗水损害性能和抗永久变形能力，两种复合改性沥青混合料的低温抗裂性能与5%SBS改性沥青混合料基本相当，均满足JTG D50-2017冬严寒区低温弯曲破坏应变大于3 000με的技术要求。

d.12%WPP+3.5%SBR复合改性沥青混凝土可应用于冬严寒区重载沥青路面，试验段12%WPP+3.5%SBR复合改性沥青混凝土的成功运用，为WPP/SBR复合改性沥青在冬严寒区重载沥青路面的推广应用提供了借鉴。