增塑劑DOP對LDPE改性瀝青混合料路用性能影響研究

李志剛， 李文凱

(河南交院工程技術有限公司， 河南 鄭州 450000)

高分子聚合物的興起不僅對人民生活帶來了巨大方便，同時產生了大量聚合物生活垃圾，其中塑料產品占比最大。這類生活垃圾存在自身降解能力弱、分解周期漫長等特點，會造成環境污染，危害人類健康。如何對這些高分子聚合物進行回收利用，已成為現階段大家關注的焦點。現有研究表明，將塑料及橡膠等高分子聚合物通過一定工藝添加到道路石油瀝青中，能改善瀝青在高溫及低溫環境下的性能及耐久性能。摻有聚合物LDPE改性劑的瀝青混合料雖然高溫抗車轍性能較好，但低溫抗開裂能力不足。而DOP增塑劑能對塑料產品進行增塑，改善LDPE改性瀝青混合料的低溫抗開裂能力。該文將不同摻量組合的改性劑LDPE及增塑劑DOP摻入90#道路石油瀝青中制成改性瀝青，進行高溫抗車轍、低溫抗開裂及抗水損害等路用性能研究，為LDPE改性劑及DOP增塑劑在瀝青路面中的應用提供理論基礎。

1 原材料

1.1 瀝青

選用90#A級道路石油瀝青開展研究，其主要技術指標試驗結果見表1。

表1 90#A級基質瀝青的主要技術指標試驗結果

1.2 LDPE改性劑及DOP增塑劑

LDPE的主要成分為低密度聚乙烯，是常用瀝青改性劑，與瀝青有很好的相容性，能改善瀝青路面的高溫抗車轍能力。LDPE的主要技術指標試驗結果見表2。

表2 LDPE改性劑的主要技術指標試驗結果

DOP增塑劑能對聚合物材料起到增塑效果，增塑后材料的韌性、力學性能及抗沖擊能力得到增強，黏度降低。DOP增塑劑的主要技術指標試驗結果見表3。

表3 DOP增塑劑主要技術指標試驗結果

2 DOP對LDPE改性瀝青性能的影響

2.1 復合改性瀝青制備

將90#道路石油瀝青放入165 ℃烘箱內，待瀝青達到熔融狀態時，將瀝青放在電爐上，使瀝青溫度保持165 ℃，加入所需摻量的LDPE，用機械攪拌機以600 r/min的轉速攪拌25 min，然后以5 000 r/min的轉速高速剪切15 min，得到LDPE改性瀝青。將LDPE改性瀝青溫度降至150 ℃，加入所需摻量的DOP，用機械攪拌機以600 r/min的轉速攪拌10 min，得到LDPE+DOP復合改性瀝青。

2.2 老化前復合改性瀝青試驗

將不同DOP、LDPE摻量(占瀝青質量)的復合改性瀝青分別進行針入度、軟化點、黏度、低溫延度及彈性恢復試驗，分析不同DOP、LDPE摻量對90#道路石油瀝青技術指標的影響，試驗結果見圖1～5。

圖1 瀝青針入度試驗結果

圖2 瀝青軟化點試驗結果

圖3 瀝青旋轉黏度試驗結果

圖4 瀝青低溫延度試驗結果

圖5 瀝青彈性恢復試驗結果

由圖1和圖4可知：DOP摻量相同時，隨著LDPE摻量的增加，瀝青的針入度及低溫延度降低；LDPE摻量相同時，隨著DOP摻量的增加，瀝青的針入度及低溫延度升高。

由圖2和圖3可知：DOP摻量相同時，隨著LDPE摻量的增加，瀝青的軟化點及黏度升高；LDPE摻量相同時，隨著DOP摻量的增加，瀝青的軟化點及黏度降低。

由圖5可知：DOP摻量相同時，隨著LDPE摻量的增加，瀝青的彈性恢復率先升高后降低，且均在LDPE摻量為6%時達到峰值；LDPE摻量相同時，DOP摻量越大，瀝青的彈性恢復率越高。

2.3 老化后復合改性瀝青試驗

瀝青在長期光照、雨水、輪胎揉搓及凍融循環綜合作用下會發生老化，老化后瀝青路面的使用性能及車輛行駛安全性能發生退化。選用旋轉薄膜加熱試驗對不同LDPE、DOP摻量的改性瀝青分別進行針入度及延度試驗，試驗結果見圖6、圖7。

圖6 瀝青老化后針入度比試驗結果

圖7 瀝青老化后延度比試驗結果

從圖6和圖7可以看出：DOP摻量相同時，隨著LDPE摻量的增加，瀝青的針入度比及延度比均呈現先升高后降低的趨勢。LDPE摻量為5%～6%時，瀝青的針入度比及延度比增幅較大；摻量超過6%時，瀝青的針入度比及延度比降低。這主要是因為LDPE摻量過大會導致LDPE分散不均勻，老化后出現結皮現象，影響試驗結果。LDPE摻量相同時，當DOP摻量為1.5%～2.5%時，針入度比及延度比增幅較大；DOP摻量超過2.5%時，針入度比及延度比增幅降低。這主要是因為DOP作為油狀液體能增加瀝青中輕質成分含量，改善瀝青的抗老化能力，但摻量過高時，改善效果趨近飽和甚至降低。綜上，LDPE的最佳摻量為5%～6%，DOP的最佳摻量為1.5%～2.5%。

3 路用性能分析

3.1 礦料級配及馬歇爾試驗結果

選用混合料級配類型AC-13C，粗集料為3～5、5～10、10～15 mm石灰巖碎石，細集料為0～3 mm石灰巖機制砂，填料為石灰巖磨細的礦粉。礦料級配設計見表4，不同LDPE、DOP摻量時混合料最佳油石比及馬歇爾試驗結果見表5。

表4 AC-13C礦料級配設計

表5 AC-13C瀝青混合料的最佳油石比及馬歇爾試驗結果

3.2 高溫穩定性

夏季炎熱環境下，瀝青路面在車輛軸載作用下極易出現車轍病害。選用車轍試驗評價混合料的高溫抗車轍能力，不同LDPE、DOP摻量時AC-13C混合料的動穩定度試驗結果見圖8。

圖8 AC-13C瀝青混合料動穩定度試驗結果

由圖8可知：LDPE能顯著改善混合料的高溫抗車轍能力，而DOP的摻入會降低混合料的高溫抗車轍能力。這主要是因為LDPE能改善瀝青的黏韌性，增強瀝青與礦料之間的黏聚力，DOP對瀝青的作用效果則相反。綜合考慮，AC-13C(6%LDPE)混合料的高溫抗車轍能力最優。

3.3 低溫抗裂性

低溫環境下，瀝青脆性增強，韌性降低，這是北方季節性冰凍區瀝青路面裂縫產生的主要原因。當混合料內部產生的溫縮應力大于極限容許拉應力時，瀝青路面會出現裂縫，這些裂縫如果不能及時處治就會形成龜裂、坑槽等嚴重病害。通過小梁彎曲試驗評價混合料的低溫抗開裂能力，不同LDPE、DOP摻量時AC-13C混合料彎曲破壞應變試驗結果見圖9。

圖9 AC-13C瀝青混合料彎曲破壞應變試驗結果

由圖9可知：DOP能顯著改善混合料的低溫抗開裂能力，而LDPE的摻入會降低混合料的低溫抗開裂能力。這主要是因為LDPE分散到瀝青中后會吸附瀝青中的輕質組分，導致低溫抗開裂性能削弱；而DOP能降低瀝青組分之間的相互吸附能力，增強混合料的流變能力，改善混合料的低溫抗開裂能力。綜合考慮，AC-13C(1.5%DOP)混合料的低溫抗開裂能力最優。

3.4 水穩定性

水損害是瀝青路面破壞的主要形式之一，主要表現為松散、坑槽等病害。瀝青路面在車輛軸載及雨水的共同作用下瀝青與礦料之間的黏附性會降低，造成瀝青膠漿從混合料孔隙中脫落。通過浸水馬歇爾試驗及凍融劈裂強度試驗評價混合料的抗水損害能力，不同LDPE、DOP摻量時AC-13C混合料的浸水馬歇爾殘留穩定度及凍融劈裂殘留強度比試驗結果見圖10、圖11。

圖10 AC-13C瀝青混合料浸水馬歇爾殘留穩定度試驗結果

圖11 AC-13C瀝青混合料凍融劈裂殘留強度比試驗結果

由圖10、圖11可知：LDPE、DOP的摻入均能顯著改善混合料的抗水損害能力，摻量越大改善效果越明顯，且浸水馬歇爾殘留穩定度及凍融劈裂殘留強度比均滿足改性瀝青混合料不小于85%、80%的要求。綜合考慮，AC-13C(2.5%DOP+6%LDPE)混合料的抗水損害能力最優。

4 結論

(1) 根據老化前、后LDPE+DOP復合改性瀝青的室內試驗結果，LDPE的最佳摻量為5%～6%，DOP的最佳摻量為1.5%～2.5%。

(2) LDPE能顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍能力，而DOP的摻入會降低瀝青混合料的高溫抗車轍能力，AC-13C(6%LDPE)瀝青混合料的高溫抗車轍能力最優；DOP能顯著改善瀝青混合料的低溫抗開裂能力，而LDPE的摻入會降低瀝青混合料的低溫抗開裂能力，AC-13C(1.5%DOP)瀝青混合料的低溫抗開裂能力最優；LDPE、DOP的摻入均能顯著改善混合料的抗水損害能力，摻量越大改善效果越明顯，AC-13C(2.5%DOP+6%LDPE)瀝青混合料的抗水損害能力最優。