作者：李活 李瑞娇 黄东海
来源：《西部交通科技》2020年第12期
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摘要：文章以废旧轮胎橡胶粉及聚乙烯颗粒为改性剂原料，70#基质沥青为沥青原料，以高温性能、低温性能及施工性能为评价指标，利用高速剪切法以及正交实验设计，分别制备了不同掺量的复合改性沥青，得出适合聚乙烯/废胶粉复合改性沥青的加工工藝指标，并研究了聚乙烯及废胶粉在不同掺量条件下的复合改性沥青性能。实验结果表明：建 议的加工温度为180 ℃～190 ℃，剪切速率为4 500 rad/min，剪切时间为1.5 h，废胶粉和聚乙烯掺量分别为10%和2%。
关键词：聚乙烯;废胶粉;复合改性沥青;正交试验
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0 引言聚光体
废旧轮胎以及废旧塑料是人类在社会生活过程中产生的废弃物，两者在自然界均是作为一种产量巨大且难以降解消耗的物质存在，已经带来了严重的环境污染。而道路相关工作者的研究表明，无论是废旧轮胎制成的废胶粉还是废旧塑料回收的聚乙烯，都可以作为沥青中的改性剂进行回收利用。张巨松等人通过高速剪切法将LDPE分散在沥青当中进行研究，发现制备的LDPE沥青韧性与抗老化性较好[1]。颜可珍等人也利用正交试验原理，以废轮胎橡胶粉和LDPE为改性剂，通过高速剪切法制备了不同工艺条件下的废胶粉/聚乙烯复合改性沥青，并给出了推荐掺量[2]。 本文在参考相关研究基础上[3-5]，将聚乙烯中的LLDPE与废胶粉复配进行研究，以高温性能、低温性能以及施工性能为评价指标，通过正交试验设计进行分析确定最佳加工条件，再进一步分析其掺量对性能的影响。
1 原材料及试验方案
1.1 原材料
本文采用国产某品牌70#基质沥青进行沥青的加工，其技术指标如下页表1所示，其各项指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG E20-2004）中规范要求。聚乙烯采用的是产自大庆石化的线性低密度聚乙烯（LLDPE），其技术指标如下页表2所示。废胶粉为常温粉碎法制成的30～60目废轮胎橡胶粉，其技术指标如下页表3所示。稳定剂为常规硫化物。
1.2 试验方案
将废胶粉及聚乙烯作为改性剂加入到基质沥青中制备复合改性沥青。其制备流程如下：将沥青加热至预定温度下的流动状态，依次加入废胶粉及聚乙烯进行普通搅拌混溶，一定时间后再接着进行高速剪切，剪切完毕后在一定温度下加入稳定剂进行普通搅拌发育完全即可。通过综合相关研究发现，在加工过程中，加工温度、剪切速率以及剪切时间为三个主要加工影响因素。为确保加工效果，在固定废胶粉、聚乙烯、稳定剂的掺配比例下 （采用外掺法，分别为基质沥青的15%、3%、1.5%），采用正交设计方法对三个加工因素进行试验设计（如表4所示），以针入度、软化点为高温性能评价指标，延度为低温性能评价指标，180 ℃旋转黏度为施工性能评价指标，最终得出聚乙烯/废胶粉复合改性沥青的最佳加工工艺。在最佳加工工艺基础上，通过调整废胶粉及聚乙烯的掺量条件并观察其性能变化，以确定改性剂的最佳掺量。
气瓶水压试验 2 试验结果及分析
倍速链组装线 2.1 加工工艺结果与分析
正交因素设计如表4所示，相关试验结果及数据直观分析如表5、表6所示。
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在正交试验结果的直观分析中，极差大小代表了各因素对指标结果的影响程度，极差越大表示影响越大。而均值Ki则表示该水平下的平均值，在不同水平下，选取与指标相对应的K值为该因素下水平最佳取值。以针入度为例，不同因素对针入度指标的影响程度为：加工温度=剪切时间>剪切速率。而K值越大意味着针入度值越大，其最佳组合为A1C3
B1。依据此原理，可以得出不同指标下各因素影响程度及其最优参数组合，具体如表7表示。
从表7可以看出，无论是针入度、软化点、延度还是180 ℃旋转黏度，其各因素影响程度均为：加工温度>剪切时间>剪切速率。但针对不同指标，在其具体水平参数上仍然有些许不同。为确定一个最佳的参数组合，需要再综合各项原则进行平衡选取。如将某指标作为主要影响因素，应取该因素作为主因素选取其最优水平组合，若某因素对各指标影响程度相差均不大，则按“少数服从多数”的原则，取出现次数较多的水平组合，同时也需要兼顾考虑成本等因素。综合各项因素，选取A3 C3 B3这个参数水平为最佳加工工艺，即加工温度为180 ℃～190 ℃，剪切速率为4 500 r/min，剪切时间为1.5 h。
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