利用廢棄PE包裝材料制備改性瀝青的實驗

 

　　通過在原料瀝青中添加高分子聚合物等改性劑，可以改進瀝青的性能。用改性瀝青鋪設的路面不但具有良好的耐久性、抗磨性等，而且在高溫或低溫時都能保持穩(wěn)定性能。由于改性瀝青能適應日益苛刻的使用要求，引起了人們的高度重視，目前已開發(fā)出多種改性瀝青的配方和制備方法。

 

　　的類型、加入量和原料瀝青的組成及性質。本文介紹一種以廢棄包裝材料（主要為廢棄PE）作為改性劑制備的改性瀝青，并通過實驗檢驗其性能水平。

 

　　實驗材料和實驗設備的選擇

 

　　1.實驗材料的選擇

 

　　（1）原料瀝青。應選擇純凈、無風化、無有害雜質、碎片狀的原料瀝青，本實驗選用克拉瑪依100#原料瀝青，其性能指標見表1。

 

　　表1克拉瑪依100#原料瀝青的性能指標

 

　　包裝材料作為改性劑，同時為改進瀝青的某些性能，也需加入適量的廢橡膠粉。廢棄PE和廢橡膠粉的質量都應符合相應的技術要求規(guī)定。本實驗使用經(jīng)過回收處理的鮮奶或酸奶軟包裝塑料袋（主要成分為LLDPE），以及由廢棄橡膠經(jīng)過粉碎、研磨得到的細度為300～600μm的廢橡膠粉。

 

　　2.實驗設備的選擇

 

　　（1）可變功率電爐。用此設備對瀝青進行加熱，有利于控制瀝青改性時的溫度。

 

　　（2）轉速在3000轉/分鐘以上的變速剪切攪拌機。用此設備有利于控制轉速，且便于與不同黏度的瀝青進行匹配，利于瀝青與改性劑的相容。

 

　　（3）RKA 2型自動瀝青軟化點測定儀，用于測試改性瀝青的軟化點。

 

　　（4）EL46-5380/01型針入度測定儀，用于測試改性瀝青的針入度。

 

　　（5）ELE46-2615/01型延度測定儀，用于測試改性瀝青的延度。

 

　　凍斷實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)由西安防滲研究所開發(fā)研制，用于測試改性瀝青的低溫凍斷性能。

 

　　實驗過程及結果分析

 

　　1.改性瀝青的制備

 

　　依據(jù)不同的實驗條件，用可變功率電爐將瀝青加熱至160～200℃。將廢棄PE和（或）廢橡膠粉置于瀝青中人工攪拌30分鐘，再使用變速剪切攪拌機攪拌60分鐘，然后將混合物降溫至120℃左右放置30分鐘，等廢棄PE和（或）廢橡膠粉充分溶脹后，再使用變速剪切攪拌機高速攪拌90分鐘，直至廢棄PE和（或）廢橡膠粉均勻分散到瀝青中。表2是原料瀝青（1#）和改性瀝青（2#～6#）的配方。

 

　　（1）選取原料瀝青樣品時應將其攪拌均勻，確保其質量較高且性能穩(wěn)定。廢棄PE要洗凈晾干，剪成小碎片；廢橡膠粉要純凈干燥。

 

　　（2）對瀝青進行加熱時，溫度一定要控制在160～200℃。溫度過高，瀝青容易老化燒焦，還會與改性劑發(fā)生交聯(lián)反應；溫度過低，則需要延長瀝青的加熱時間，會不同程度地影響改性瀝青的性能。讀取溫度時要待溫度穩(wěn)定后再讀數(shù)，并且要用玻璃棒不停地攪拌。

 

　　（3）為防止刀具損壞和電機被燒毀，要等瀝青的溫度達到要求值后才可以開啟變速剪切攪拌機。而且在攪拌過程中，一定要注意防止廢棄PE和廢橡膠粉的結塊。

 

　　膠粉，則一定要先添加廢棄PE，待其溶脹后再添加廢橡膠粉。而且廢棄PE和廢橡膠粉的溶脹時間都必須在20分鐘以上。

 

　　（5）改性瀝青不能重復加熱，否則就無法得到預期的改性效果。

 

　　2.實驗結果及數(shù)據(jù)分析

 

　　對制得的改性瀝青試樣分別進行以下實驗，并對實驗結果進行分析。

 

　　（1）軟化點實驗

 

　　瀝青是一種無定形的非結晶高分子化合物，其力學性能很容易受到溫度的影響。在不同的溫度下，瀝青分子會呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)等多種狀態(tài)，由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變的溫度即為玻璃化溫度，由高彈態(tài)向黏流態(tài)轉變的溫度即為黏流化溫度，在玻璃化溫度和黏流化溫度的區(qū)間內(nèi)為瀝青的黏彈性區(qū)域，而瀝青的溫度穩(wěn)定性就是指在黏彈性區(qū)域內(nèi)瀝青黏滯性隨溫度而變化的程度。實際上，瀝青從高彈態(tài)轉變?yōu)轲ち鲬B(tài)時，并不存在一個固定的溫度轉變點，而是一個很大的轉化區(qū)間。為此，人們不得不規(guī)定其中某一狀態(tài)作為從高彈態(tài)轉變到黏流態(tài)的起點，該點的溫度就稱為瀝青的軟化點。

 

　　一般采用環(huán)球法測定：把瀝青試樣裝入規(guī)定尺寸（直徑為16mm，高為6mm）的銅環(huán)內(nèi)，試樣上放置一標準鋼球（直徑為9.53mm，重量為5.3g），浸入水或甘油中，以規(guī)定的升溫速度（5℃/min）加熱，使瀝青軟化下垂，當下垂到規(guī)定距離（25.4mm）時的溫度即為軟化點。實驗原理如圖1所示，軟化點實驗結果如圖2所示。

 

　　瀝青的軟化點一般越高越好，這說明其在高溫下的使用性能更佳。實驗結果說明，在一定范圍內(nèi)，隨著廢棄PE的加入，瀝青的軟化點明顯提高。當然，為了保證一定的延度，需要加入廢橡膠粉，但廢橡膠粉又有降低軟化點的作用，因此需要在兩者比例間尋找一個平衡點。

 

　　（2）針入度實驗

 

　　針入度表示瀝青的稠度，反映瀝青抵抗剪切變形的能力。針入度實驗是在規(guī)定的溫度條件（25℃）下，用規(guī)定重量（100g）的標準針，經(jīng)規(guī)定時間（5s）貫入試樣的深度即針入度（單位為1/10mm）。實驗原理如圖3所示，針入度實驗結果如圖4所示。

 

　　如果瀝青在25℃時的針入度在20以下，用其制成的路面就容易出現(xiàn)嚴重的開裂現(xiàn)象；如果大于30，則說明其具有高抗開裂性能。由實驗結果可知，改性瀝青的針入度性能雖不如原料瀝青，但也有較好的表現(xiàn)。不過如果廢棄PE和廢橡膠粉的比例設計不恰當（如2#），將會影響瀝青的針入度。

 

　　（3）延度實驗

 

　　瀝青的塑性常用延度表示，延度越大表示塑性越好。延度是指用瀝青試樣制成的標準試模（中間受拉的頸部截面積為1cm2）在規(guī)定速度（5mm/min）和規(guī)定溫度（25℃）下拉斷時的延伸長度（單位為cm）。實驗原理如圖5所示，延度實驗結果如圖6所示。

 

　　延度好的瀝青適應變形的能力強，在使用中能隨建筑結構的變形而變形，能保持完整面不開裂，并且在受到震動沖擊時能吸收一定能量而不被破壞。實驗結果表明，隨著廢棄PE的增加和廢橡膠粉的減少，瀝青的延度逐漸下降，這說明廢橡膠粉可以大大提高瀝青的延度。另有研究證實，當瀝青的針入度為30～50時，針入度相同的瀝青，延度大的使用性能更佳。

 

　　（4）低溫凍斷性能實驗

 

　　低溫凍斷性能實驗結果如圖7所示。其中瀝青4#改性不明顯，所以未出現(xiàn)在圖7中。改性后瀝青2#、3#、5#、6#的低溫凍斷溫度比原料瀝青1#都有了明顯降低，雖然在－30℃左右時改善不夠明顯，而低于－30℃時凍斷應力又有明顯提高，表明瀝青的耐低溫性能有了極大改善。

 

　　實驗總結

 

　　本實驗根據(jù)改性瀝青的基本改性原理，利用廢棄包裝材料（本實驗采用廢棄PE）作為主要改性劑，改進了瀝青的各種性能，實驗中不同配方制備出的改性瀝青可滿足不同的使用需求；同時，又合理利用了廢棄的塑料和橡膠，減少了白色污染，對保護環(huán)境有著十分重要的意義。在以后的研究中，可以繼續(xù)擴大廢棄包裝材料的范圍和種類，如利用EVA、SBS、PET等作為改性劑，還可通過同時加入多種聚合物來改善瀝青的性能，使其滿足現(xiàn)代交通道路的建設需求。

 

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