利用废弃PE包装材料制备改性沥青的实验

 

　　通过在原料沥青中添加高分子聚合物等改性剂，可以改进沥青的性能。用改性沥青铺设的路面不但具有良好的耐久性、抗磨性等，而且在高温或低温时都能保持稳定性能。由于改性沥青能适应日益苛刻的使用要求，引起了人们的高度重视，目前已开发出多种改性沥青的配方和制备方法。

 

　　的类型、加入量和原料沥青的组成及性质。本文介绍一种以废弃包装材料（主要为废弃PE）作为改性剂制备的改性沥青，并通过实验检验其性能水平。

 

　　实验材料和实验设备的选择

 

　　1.实验材料的选择

 

　　（1）原料沥青。应选择纯净、无风化、无有害杂质、碎片状的原料沥青，本实验选用克拉玛依100#原料沥青，其性能指标见表1。

 

　　表1克拉玛依100#原料沥青的性能指标

 

　　包装材料作为改性剂，同时为改进沥青的某些性能，也需加入适量的废橡胶粉。废弃PE和废橡胶粉的质量都应符合相应的技术要求规定。本实验使用经过回收处理的鲜奶或酸奶软包装塑料袋（主要成分为LLDPE），以及由废弃橡胶经过粉碎、研磨得到的细度为300～600μm的废橡胶粉。

 

　　2.实验设备的选择

 

　　（1）可变功率电炉。用此设备对沥青进行加热，有利于控制沥青改性时的温度。

 

　　（2）转速在3000转/分钟以上的变速剪切搅拌机。用此设备有利于控制转速，且便于与不同黏度的沥青进行匹配，利于沥青与改性剂的相容。

 

　　（3）RKA 2型自动沥青软化点测定仪，用于测试改性沥青的软化点。

 

　　（4）EL46-5380/01型针入度测定仪，用于测试改性沥青的针入度。

 

　　（5）ELE46-2615/01型延度测定仪，用于测试改性沥青的延度。

 

　　冻断实验系统，该系统由西安防渗研究所开发研制，用于测试改性沥青的低温冻断性能。

 

　　实验过程及结果分析

 

　　1.改性沥青的制备

 

　　依据不同的实验条件，用可变功率电炉将沥青加热至160～200℃。将废弃PE和（或）废橡胶粉置于沥青中人工搅拌30分钟，再使用变速剪切搅拌机搅拌60分钟，然后将混合物降温至120℃左右放置30分钟，等废弃PE和（或）废橡胶粉充分溶胀后，再使用变速剪切搅拌机高速搅拌90分钟，直至废弃PE和（或）废橡胶粉均匀分散到沥青中。表2是原料沥青（1#）和改性沥青（2#～6#）的配方。

 

　　（1）选取原料沥青样品时应将其搅拌均匀，确保其质量较高且性能稳定。废弃PE要洗净晾干，剪成小碎片；废橡胶粉要纯净干燥。

 

　　（2）对沥青进行加热时，温度一定要控制在160～200℃。温度过高，沥青容易老化烧焦，还会与改性剂发生交联反应；温度过低，则需要延长沥青的加热时间，会不同程度地影响改性沥青的性能。读取温度时要待温度稳定后再读数，并且要用玻璃棒不停地搅拌。

 

　　（3）为防止刀具损坏和电机被烧毁，要等沥青的温度达到要求值后才可以开启变速剪切搅拌机。而且在搅拌过程中，一定要注意防止废弃PE和废橡胶粉的结块。

 

　　胶粉，则一定要先添加废弃PE，待其溶胀后再添加废橡胶粉。而且废弃PE和废橡胶粉的溶胀时间都必须在20分钟以上。

 

　　（5）改性沥青不能重复加热，否则就无法得到预期的改性效果。

 

　　2.实验结果及数据分析

 

　　对制得的改性沥青试样分别进行以下实验，并对实验结果进行分析。

 

　　（1）软化点实验

 

　　沥青是一种无定形的非结晶高分子化合物，其力学性能很容易受到温度的影响。在不同的温度下，沥青分子会呈现玻璃态、高弹态和黏流态等多种状态，由玻璃态向高弹态转变的温度即为玻璃化温度，由高弹态向黏流态转变的温度即为黏流化温度，在玻璃化温度和黏流化温度的区间内为沥青的黏弹性区域，而沥青的温度稳定性就是指在黏弹性区域内沥青黏滞性随温度而变化的程度。实际上，沥青从高弹态转变为黏流态时，并不存在一个固定的温度转变点，而是一个很大的转化区间。为此，人们不得不规定其中某一状态作为从高弹态转变到黏流态的起点，该点的温度就称为沥青的软化点。

 

　　一般采用环球法测定：把沥青试样装入规定尺寸（直径为16mm，高为6mm）的铜环内，试样上放置一标准钢球（直径为9.53mm，重量为5.3g），浸入水或甘油中，以规定的升温速度（5℃/min）加热，使沥青软化下垂，当下垂到规定距离（25.4mm）时的温度即为软化点。实验原理如图1所示，软化点实验结果如图2所示。

 

　　沥青的软化点一般越高越好，这说明其在高温下的使用性能更佳。实验结果说明，在一定范围内，随着废弃PE的加入，沥青的软化点明显提高。当然，为了保证一定的延度，需要加入废橡胶粉，但废橡胶粉又有降低软化点的作用，因此需要在两者比例间寻找一个平衡点。

 

　　（2）针入度实验

 

　　针入度表示沥青的稠度，反映沥青抵抗剪切变形的能力。针入度实验是在规定的温度条件（25℃）下，用规定重量（100g）的标准针，经规定时间（5s）贯入试样的深度即针入度（单位为1/10mm）。实验原理如图3所示，针入度实验结果如图4所示。

 

　　如果沥青在25℃时的针入度在20以下，用其制成的路面就容易出现严重的开裂现象；如果大于30，则说明其具有高抗开裂性能。由实验结果可知，改性沥青的针入度性能虽不如原料沥青，但也有较好的表现。不过如果废弃PE和废橡胶粉的比例设计不恰当（如2#），将会影响沥青的针入度。

 

　　（3）延度实验

 

　　沥青的塑性常用延度表示，延度越大表示塑性越好。延度是指用沥青试样制成的标准试模（中间受拉的颈部截面积为1cm2）在规定速度（5mm/min）和规定温度（25℃）下拉断时的延伸长度（单位为cm）。实验原理如图5所示，延度实验结果如图6所示。

 

　　延度好的沥青适应变形的能力强，在使用中能随建筑结构的变形而变形，能保持完整面不开裂，并且在受到震动冲击时能吸收一定能量而不被破坏。实验结果表明，随着废弃PE的增加和废橡胶粉的减少，沥青的延度逐渐下降，这说明废橡胶粉可以大大提高沥青的延度。另有研究证实，当沥青的针入度为30～50时，针入度相同的沥青，延度大的使用性能更佳。

 

　　（4）低温冻断性能实验

 

　　低温冻断性能实验结果如图7所示。其中沥青4#改性不明显，所以未出现在图7中。改性后沥青2#、3#、5#、6#的低温冻断温度比原料沥青1#都有了明显降低，虽然在－30℃左右时改善不够明显，而低于－30℃时冻断应力又有明显提高，表明沥青的耐低温性能有了极大改善。

 

　　实验总结

 

　　本实验根据改性沥青的基本改性原理，利用废弃包装材料（本实验采用废弃PE）作为主要改性剂，改进了沥青的各种性能，实验中不同配方制备出的改性沥青可满足不同的使用需求；同时，又合理利用了废弃的塑料和橡胶，减少了白色污染，对保护环境有着十分重要的意义。在以后的研究中，可以继续扩大废弃包装材料的范围和种类，如利用EVA、SBS、PET等作为改性剂，还可通过同时加入多种聚合物来改善沥青的性能，使其满足现代交通道路的建设需求。

 

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