讲座回顾：再生塑料在沥青中的应用：机遇、挑战及技术中心最新进展

2022-06-12 11:07 作者:多样化结构实验室VSL 0人读过 | 我要投稿

华南理工大学土木与交通学院海外学者前沿讲座第五十一期，我们邀请到来自美国国家沥青技术中心（NCAT）的助理主任殷凡博士。本次讲座中，殷博士从工程，环境和经济三个角度讨论在沥青中使用再生塑料相关的机遇和挑战，以及NCAT在沥青粘结剂配方，沥青混合物表征以及含再生塑料的沥青路面性能建模方面等前沿研究进展。

现如今，将再生塑料应用于沥青路面的相关研究，正在受到全世界范围内沥青路面行业和塑料行业的广泛关注。社交媒体和其他新闻媒体称这个领域是一个千载难逢的机会，不但可以提高沥青路面的使用寿命，还可以同时消除废塑料危机。殷博士通过文献调研发现，从1991年至2020年，共有150多篇文献讨论了再生塑料在沥青中的使用。这些文献的主题包括实验测试、文献综述、成本分析、路面设计、生产介绍、规范制定等。

首先，殷博士向我们介绍了将再生塑料添加进沥青的两个主要方法。第一种方法被称为湿处理法（Wet Process），是将再生塑料作为聚合物改性剂或粘合剂的替代品，再生塑料的占比可达到沥青粘合剂重量的2%至8%，这种处理过程要求再生塑料具有较低的熔点。另一种方法是干处理法（Dry Process），这种方法主要是将再生塑料作为沥青的骨料、混合料改性剂和骨料改性剂，此时再生塑料的含量大约为骨料重量的0.2-1%。

接着，殷博士向我们介绍了再生塑料应用于沥青粘合剂的特性。再生塑料在沥青中作为粘合剂发挥作用时，可提升沥青粘合剂的强度，使沥青路面具有更好的抗车辙性能。但是，目前很少有关于再生塑料对沥青路面的疲劳性能、低温和老化的影响的相关研究。再生塑料作为粘合剂的另一个挑战是相分离问题（Phase separation issue）。在湿处理过程中，再生塑料需要与沥青粘合剂混合，通过雪茄管试验（Cigar tube test）和荧光显微镜(Fluorescence microscopy)可以观察再生塑料与沥青粘合剂的相分离问题。殷博士介绍到，导致塑料改性沥青粘合剂分相问题的主要原因是两种材料的溶解度差异导致的不相容性；另一个重要的原因是两种材料的密度和粘度也有很大差异，根据斯托克斯定律，这也造成了分相问题的出现。但是，添加剂或塑料改性可能会帮助解决这一问题。此外，再生塑料的不可溶解性也给其应用于沥青粘合剂带来很大挑战。以聚乙烯（PE）为例，它不溶于多种溶剂，在SAR-AD分析中的可溶部分非常少，这导致再生塑料不能很好的与沥青粘合剂共同作用。

随后，殷博士向我们介绍了再生塑料应用于沥青混合料的特性。通常采用马歇尔试验评估沥青混合料的稳定性，研究发现再生塑料可以提升沥青混合料的马歇尔稳定度。此外，再生塑料可增强沥青路面刚度和抗车辙性能主要原因在于：在湿处理中提高了粘合剂的强度，在干处理中增加了骨料的摩擦和质量。但是，关于再生塑料沥青混合料抗裂性和防潮性能的研究较少。在抗裂性方面，目前还没有一致的结论；在防潮性方面，少量的研究结果表明再生塑料对沥青路面具有正面影响或无影响。总而言之，由于再生塑料这一高模量混合料对沥青性能的提升，添加再生塑料在减少路面厚度方面具有巨大的潜力和经济效益。

为了解决再生塑料和沥青粘合剂的分相问题，殷博士提出了两种策略。第一种是添加反应性乙烯基三元共聚物（RET）作为相容剂，含官能团的环氧化合物可与沥青发生化学反应，富含乙烯的部分可与塑料物理混溶，增加了粘合剂粘度以缓解塑料分离问题。通过试验发现，这种方法能显著改善雪茄管试验的效果，在荧光测试下沥青粘合剂表现出更好的粘合剂形态。另一种策略是对再生塑料进行化学改性，使用专用催化剂选择性切割聚合物链，添加聚合物添加剂。荧光显微镜结果表明这种方法也可以有效的提高再生塑料与沥青粘合剂的相容性。

最后，殷博士向我们介绍了美国国家沥青技术中心在沥青粘结剂配方，沥青混合物表征以及含再生塑料的沥青路面性能建模方面等前沿研究进展。他们致力于开展一些新试验综合评估可持续性和韧性道路技术（塑料、橡胶、纤维和反应性聚合物），同时与NCAT-MnROAD合作以满足国家需求。他们的研究主要分为两个阶段。第一阶段着眼于可再生塑料相关的技术，比如用富含LLDPE的PCR和RET对粘合剂进行改性，用SBS和化学改性PE蜡改性粘合剂，通过“滴入”富含ldpe的PCR对混合物进行改性等。在AMPT性能表征中，殷博士采用E评估刚度和粘弹性特性，并基于简化粘弹性连续损伤（s-vecd）理论的循环疲劳评估疲劳损伤抗力。通过FlexPAVE TM 性能评估发现，在沥青中添加可再生塑料并不总是产生好的结果，湿法工艺技术（含弹性体）似乎较有前景，通过采用工程粘合剂配方和配合比设计，可以确保可再生塑料沥青的性能。