废塑料改性沥青研究进展

杨丹

重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074

摘要：利用废塑料对沥青进行改性，同时解决了“白色污染”和沥青性能无法满足实际要求的问题。将废塑料代替目前市场上常用的聚合物改性剂来对沥青进行改性近年来得到了部分学者的研究，任在探索阶段。本文综述了国内外废旧塑料改性沥青的研究现状，从改性机理、制备工艺与其他材料的复合改性和路用性能评价几个方面归纳了废塑料作为一种新型沥青改性材料的研究进展。

关键词：废塑料、改性沥青、改性机理、制备工艺、性能评价

引言

近年来，随着经济快速发展，中国成为了世界上第一大塑料消费国家，如何处理数量庞大的废旧塑料，这已成为亟待解决的问题。近年来国外许多国家将废塑料改性沥青用于铺筑道路，例如，2012年加拿大温哥华(Vancouver)将塑料板条箱废料作为温拌沥青蜡添加剂。印度报告称，通过在沥青生产过程中混合切碎的回收塑料，减少了7%的沥青使用量。2019年，南非在杰弗里湾的一条路上开始了回收塑料试验。2018年5月，澳大利亚在墨尔本、悉尼、阿德莱德和堪培拉进行了三种再生塑料补强剂和改性剂的比较试验。因此，将塑料应用于道路是不错的选择，也是近年里国内外的研究热点。基于此，本文对废塑料改性沥青进行综述，重点讨论了废塑料改性沥青的改性机理、制备工艺和路用性能评价。

1废塑料分类

常见的废旧塑料包括聚乙烯 (PE) 、聚丙烯 (PP) 、聚酯（PET）、聚苯乙烯 (PS) 、聚氯乙烯 ( PVC) 、聚氨酯（PU）等，其中在沥青改性中应用较广泛的是PE。聚乙烯(Polyethylene)简称PE，是指由乙烯聚合制成的线性聚合物，属于高分子长链脂肪烃。根据聚丙烯主链上甲基的位置不同，将聚丙烯（PP）分为有规聚丙烯 (IPP) 和无规聚丙烯 (APP) ,其中IPP能够提高沥青的软化点，APP能够提高沥青的柔性，所以在PP沥青中，经常将IPP和APP以适当的比例来获得合适的性能。

2废塑料改性沥青

2.1改性机理

由于沥青的成分复杂，完全弄清废塑料改性沥青的机理难度很大，一方面是对沥青本身的结构组成认识不足，加入塑料后使得结构更趋于复杂，另一方面是常规的沥青试验方法和评价指标并不能完全适用于改性沥青。目前，废塑料改性沥青改性机理主要有物理改性和化学改性两个方面。在大部分改性沥青中，主要是物理改性，改性剂没有或者极少地与沥青发生化学反应，更多的是物理地分散、黏附、胶结在沥青中。化学改性，即形成了新的化学键或官能团，使得沥青的性质发生改变。

目前，废塑料改性沥青改性机理主要有物理改性和化学改性两个方面。在物理改性领域，王仕峰等^[1]采用二阶共混法制备了能在沥青中微细分散的 LDPE 改性沥青，认为改性过程为物理改性。潘军辉^[2]通过红外光谱（FTIR）分析了在沥青改性过程，认为PET与沥青主要是物理反应。化学改性领域中，班孝义^[3]通过红外光谱（FITR）分析证明了在沥青的改性过程中聚氨酯（PU）加入后有化学反应进行。

大量改性沥青的研究表明单一改性剂改性沥青仍存在一些缺陷，例如PE改性沥青稳定性差，PU改性沥青的抗水损性能不能满足要求，PET改性沥青对低温环境更加敏感等。因此，为了提高改性沥青的综合性能，部分学者进行了复合沥青研究。

2.2改性沥青的制备工艺

2.2.1废塑料改性剂制作方法

1）将废弃包装塑料制品除去杂质和灰尘，剪切成尽可能小的碎片，直接加入沥青中进行改性。

2）将回收后的废塑料分类后，对其进行热降解处理后制成塑料颗粒。

3）添加橡胶、短切碳纤维、增塑剂等与塑料一起作为共混改性剂使用。

2.2.2废塑料改性沥青制备方法

目前聚合物改性沥青的方法有很多，包括：高速剪切法、低速搅拌法、胶体磨法、溶剂法等。制备改性沥青的工艺一般分三个流程：溶胀、剪切磨细和发育，对于塑料改性沥青制备过程和工艺参数，部分学者展开研究并取得了一定的成果。

2.3废塑料改性沥青性能路用性能评价

2.3.1废塑料改性沥青的高温性能评价

预估沥青路面高温指标的方法主要是车辙试验，以动稳定度来评价其高温稳定性。对于改性沥青和沥青混合料，普遍认为废塑料能够显著提高高温性能^[4]。王仕峰等人^[1]对PE改性沥青进行动态剪切流变试验，结果表明，PE改性沥青的车辙因子( G* /sinδ) 与基质沥青相比可以提高 6~8 倍以上，PE 的加入可以很好地改善沥青的抗高温变形能力；又对改性沥青混合料进行车辙试验，发现PE对改性沥青沥青混合料的高温性能有显著的提高。长安大学班孝义^[3]认为PU改性沥青的高温稳定性虽然优于基质沥青混合料，但与SBS改性沥青混合料存在一定差距。

2.3.2废塑料改性沥青的低温性能评价

沥青混合料低温抗裂性能评价的主要试验方法包括劈裂试验、低温弯曲试验、受限试件温度应力测试、应力松弛测试等。废塑料改性沥青的低温性能一直受到怀疑，不少人认为废塑料的掺入只是提高了沥青的弹性域, 并没有扩大弹性域, 所以其高温稳定性的提高是以牺牲低温性能为代价的。Hamedi

^[5]认为加入PET对沥青混合料高温特性有所提升，然而，它在急剧和突然的温度下降期间可能会恶化沥青和沥青混合料的中低温特性。

2.3.3废塑料改性沥青的疲劳性能评价

沥青疲劳破坏作为沥青路面的三大破坏形式之一，人们对其试验方法给予了很大关注，对沥青混合料的抗疲劳性能评价的方法众多，多采用的是周期短、费用少的室内小型试件的疲劳试验。主要方法有小梁弯曲试验、间接拉伸试验、悬臂梯形梁试验、半圆弯拉试验等。Hamedi等人^[5]研究了PET改性沥青混合料在5℃和20℃下的刚度和疲劳性能。研究发现，PET改性沥青混合物在20℃时显示出与SBS相当的硬度和疲劳性能；然而，在50℃时，SBS改性混合物的疲劳寿命在一定程度上高于PET改性沥青混合物。

3总结

本文介绍了国内外废塑料改性沥青的研究进展，阐述了改性沥青的改性机理、工艺参数和路用性能。利用废旧塑料用于沥青改性并铺设道路不仅能够有效减少日益严重的污染问题，降低道路铺设成本，还能够获得更好的道路性能，具有较高的现实意义。

参考文献

1. 王仕峰,查伟斌,王迪珍,谭亮红,廖斌.LDPE改性沥青的研究[J].中国塑料,2001(03):53-55.

2. 潘军辉.PET改性沥青结合料性能试验研究[J].公路工程,2016,41(04):286-289.

3. 班孝义. 聚氨酯（PU）改性沥青的制备与性能研究[D].长安大学，2017

4. S Köfteci, Ahmedzade P , T Günay. Evaluation of Bitumen Physical Properties Modified with Waste Plastic Pipes[J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 2018, 45.

5. Modarres A , Hamedi H . Effect of waste plastic bottles on the stiffness and fatigue properties of modified asphalt mixes[J]. Materials and Design, 2014, 61(sep.):8–15.