废旧塑料改性沥青混合料的路用性能研究

作     者：林沪森 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆兆峰

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：废旧塑料 改性沥青 湿法改性 干法改性 路用性能 

摘      要：随着我国经济的快速发展,各行各业对塑料产品的需求量增加,同时也积累了许多废旧塑料,如果不能实现资源回收利用,废旧塑料将会成为一种“白色污染,对土壤和水源造成恶劣的环境影响。为了践行“节能环保,变废为宝的理念,本文将废旧塑料回收利用,并加工制备成改性剂,应用到道路工程领域。针对路面常见病害问题,将废旧塑料用以改善沥青混凝土路面的各项路用性能。通过室内试验,对废旧塑料改性剂的生产工艺进行研究,分析废旧塑料改性剂与改性沥青的微观机理,并对废旧塑料改性沥青的基本性能进行测试,最后通过湿法与干法工艺对废旧塑料改性沥青混合料的各项路用性能进行对比研究,结合两种工艺的优缺点,对不同气候条件下的改性工艺和改性剂最佳掺量进行推荐。本文的主要研究与结论如下:(1)通过大型裂化设备,确定出三种不同成分的回收废旧塑料的高温裂化温度;再通过红外光谱和TG-DSC联用热分析,对废旧塑料改性剂的主要成分、熔点、结晶度与分子结构进行微观机理分析,最终确定出三种废旧塑料改性剂的主要成分为聚乙烯、聚丙烯和两种成分的共混物,分析出裂化后的废旧塑料分子增加了许多以甲基为主的短支链结构,这极大提高了改性沥青的高温性和储存稳定性。(2)通过对三种废旧塑料改性沥青三大指标的试验,得出结论:随着废旧塑料含量的增加,沥青的软化点提升、针入度下降、延度降低,说明废旧塑料改善了沥青的高温稳定性,但低温抗裂性能并没有得到改善;对废旧塑料改性沥青进行了动态剪切流变试验,通过温度扫描,分析出复数模量和车辙因子随着改性剂掺量变化的规律,并对三种废旧塑料改性沥青进行PG分级,最终确定出三种废旧塑料改性剂的最佳掺量为7%;通过红外光谱对改性沥青进行微观试验,得到废旧塑料改性沥青与基质沥青的官能团保持一致,说明废旧塑料对沥青是物理改性;利用荧光显微镜观察了废旧塑料改性沥青在最佳掺量条件下的形态结构,得出结论:三种废旧塑料颗粒在沥青当中的分散均匀性好,其中C类废旧塑料改性沥青形成网联结构,这极大提高了改性沥青的粘弹性和软化点。(3)废旧塑料改性沥青混合料的马歇尔试件采用湿法与干法两种改性工艺。通过试验结果表明,两种改性工艺条件下成型的沥青混合料的最佳油石比基本保持一致。(4)通过湿法改性,进行了最佳掺量条件下的沥青混合料路用性能试验。结果表明,废旧塑料改性剂对沥青混合料的高温改善效果与SBS改性剂相当,但低温抗裂性的改善效果并不理想;通过干法改性,成型了不同掺量条件下的沥青混合料试件,并对沥青混合料的高温抗车辙性能和抗水损害能力进行试验。试验结果表明,随着废旧塑料改性剂掺量的增加,沥青混合料的高温性和抗水损害的能力大幅度增强。(5)通过湿法和干法工艺混合料性能对比,在高温、多雨地区,推荐采用掺量为8%的废旧塑料干法改性工艺;在气候温和,降雨量较多的地区,推荐采用掺量为7%的湿法改性工艺。