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文|混史小郎君
编辑|混史小郎君
?——【·介绍·】——?
沥青是从原油最重馏分中提炼出来的一种副产品，它具有复杂的化学结构，由氢、碳、氧、硫和其他金属的混合物组成。然而，其成分可以分为四大类，即饱和、芳香族、树脂和沥青质（SARA）。
沥青由于具有一定的防水、粘弹性等技术性能，在柔性路面施工中得到了广泛的应用。虽然沥青在柔性路面施工中的比重一般低于8%；它对它们的功能和结构性能都起着重要的作用。然而，交通负荷和重型车轴体积的显著增加会对路面造成永久性损害。
交通柔性路面在高温下无法承受如此大的载荷，这促使研究人员寻求降低其温度和应力敏感性的解决方案，从而改善其某些物理、流变和化学性能。研究人员强调的解决方案主要是用各种添加剂对沥青进行改性，包括用于商业目的的人造添加剂或使用后产生的废料。
沥青所期望的性能通常是抗车辙和开裂，具有良好的耐久性和耐低温性，以实现持久和可持续的道路建设。
可持续实践在当今世界至关重要，因为自然资源为所有生物提供了安全的环境，并支持人类的经济活动。新兴温室气体是经济活动所产生的大量能源消耗，随着人口的增加，新兴温室气体的排放量也在与日俱增。
幸运的是，在经济活动中可以减少能源的使用，因此，先进技术释放到空气中的新兴温室气体和一定量的废物在经济活动之后出现。废物是有价值的、用途广泛的材料，废物不仅可以成为经济来源，而且可以成为环境、人类健康和审美方面的重要收获。
垃圾来源种类繁多，包括住宅、工业、商业、机构、建筑、医疗和农业。所有提到的废物都可以是固体、液体和气体的形式。
塑料是一种具有长链高分子分子的人造材料，它们是一种多用途材料，由于其优异的性能，在社会健康、安全和能源方面提供了一定的好处，它们的使用急剧增加。塑料主要有两种：热塑性塑料和热固性塑料。
热塑性塑料是可以加热反复成型的塑料，如高密度聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）、膨胀聚苯乙烯（EPS）。另一种是热固性材料，不能加热和重塑，例如聚氨酯（PUR）和环氧树脂或涂料。
各种塑料的优异性能为其带来了许多新的机遇，包括轻量化包装、用于改良作物生产的农业领域、化妆品、洗涤剂以及其他更先进的应用。然而，全球生产的塑料总量的三分之一以上用于制造包装，这些塑料通常不会被回收，而是最终成为废物。
废物的再循环和/或回收是近年来许多研究者感兴趣的热门课题之一，其原因除了环境和经济问题外，还与自然资源的减少有关。不幸的是，在环境中不可能轻易地降解塑料。但是处理垃圾的简单方法是燃烧，这需要更高的热源来熔化。
在处置过程中，炭黑和一氧化碳等对生物和环境健康有害的毒素被释放到大气中。另一方面，它们在周围环境中的降解需要很长时间，可能需要几百年以上。因此，塑料对环境的污染已经成为世界范围内的一个重要问题。
?——【·动机和范围·】——?
现有的研究多集中在ws改性沥青的物理性质和HMA特性的变化上，很少关注ws改性沥青的流变性能，特别是基于短期和长期老化情况的研究。从早期的研究中确定的主要科学差距是缺乏对两种材料之间相容性的研究。
所研究的材料来源相同，但具有不同的特性。此外，由于预计两种不同的材料在物理、化学和机械性能上存在一定的差异，因此对于在高温下长期稳定储存的沥青中WS的适当贡献率的测定还没有研究。为了填补这一被认为是重要的空白，本研究应运而生。
?——【·实验过程·】——?
测定沥青某些基本物理性质的试验方法是用135℃和165℃时的渗透性、软化点、粘度测定。未陈化、短期陈化和长期陈化分别对各碱基和改性样品进行DSR试验，对长期陈化样品残留物进行BBR试验。
贮存稳定性试验是评价改性剂与沥青相容性的重要方法，对各改性沥青样品进行了贮存稳定性试验。
?——【·粘度测试·】——?
对沥青样品进行粘弹性测试，在高温下是粘性的，在低温下是弹性的。该测试系统由旋转粘度计、测量几何、温控室、样品室、温度控制器、天平和铂电阻温度计组成。在两种特定温度（135°C和165°C）下对样品进行Brookfield旋转粘度计设备测试。
?——【·动态剪切流变仪（DSR）试验·】——?
DSR是SuperPAVE分级系统中需要的一种方法，用于识别沥青材料在不同温度、恒定或变载荷和频率下的粘弹性。
测试系统由（1）为测试提供稳定环境条件的测试室（2）稳定板和（3）8mm和25mm的测试几何形状，（4）专用软件启动测控装置组成。
DSR可以分析沥青的短期和长期老化状态以及未老化状态，试验给出了复合剪切模量（G*）和相位角（δ°）这两个参数，这两个参数是表征车辙和抗疲劳等各种性能的参数。
对未老化和短期老化沥青进行DSR试验，用G*/Sin（δo）分析其车辙阻力；疲劳抗力Sin（δo）值可通过对长期老化试样进行试验来确定。SuperPAVE分级系统规定的车辙极限值为未老化样品1kpa，短期老化样品2.2kPa。
另一方面，5000kPa是长期老化状态下样品的极限值，相位角是指响应与施加力之间的时间差，给出了样品的粘弹性特性。相角值的范围在0°到90°之间。据此，当相位角接近0°时，试样被判定为弹性，当相位角接近90°时，试样被判定为粘性。
在整个研究范围内，未老化和短期老化病例的可用测试温度为46-88°C，长期老化病例的可用测试温度为40-13°C。考虑可用温度，对被试试样继续进行试验，直至达到每种老化情况规定的极限失效值。
?——【·弯曲梁流变仪（BBR）试验·】——?
采用BBR对沥青样品进行了长期热裂解试验，以确定其抗热裂解性能和松弛特性。BBR测试系统包括:（1）借助温度控制器系统将样品调节到所需温度的液浴（2）由软件控制的加载单元和挠度测量系统。蠕变刚度（St）和m值是BBR试验得出的两个参数，分别表示沥青的热裂和松弛特性。
SuperPAVE分级系统规定的St极限值最大为300MPa，极限值m-value最小为0.300。为了获得更好的热阻和弛豫特性，样品必须具有更高的St和m值。在整个研究过程中，根据EN14771，在-6、-12、-18、-24°C温度下对样品进行BBR测试。
?——【·老化·】——?
沥青加热、与集料混合产生HMA、将HMA转移到施工现场的过程中发生老化，其在现场的压实称为短期老化。另一方面，沥青从路面施工到使用寿命结束这段时间的老化称为长期老化。根据SuperPAVE分级系统，可以在实验室对沥青样品进行短期和长期老化。
为了获得混合、运输和压实过程中发生的短期老化沥青样品，采用滚动薄膜烘箱（RTFO）试验，并按照EN12607-1标准进行。该试验方法是将一定量的沥青试样倒入指定的开口玻璃杯中，通过恒定速度旋转托板，保证沥青在玻璃杯中呈薄膜状扩散。
试验过程中，在规定的干燥空气速率下，烘箱温度保持在163℃，干燥空气在轧制过程中通过玻璃开口端吹入样品。
为了获得沥青试样的长期老化，即沥青试样在使用寿命结束时的状态，采用压力老化容器（PAV）试验，并按照EN14769标准进行。试验可在90、100、110℃、2.1kPa压力下进行20h。
值得指出的是，生产的短期时效样品是用于获得长期时效样品的试验样品。在整个研究范围内，使用110°C进行老化调理。
?——【·贮存稳定性试验方法·】——?
改性沥青是一种复合材料，通过改性过程将两种不同的材料结合在一起。相容性是复合材料的重要问题，提供具有均匀特性和性能的样品至关重要。如果样品之间没有任何相容性或相容性差，则样品可能由于其物理，化学，微观结构性质而相互分离，特别是在一定温度下储存时。
因此，由于不均匀性，在复合材料，特别是改性沥青中提供所需的性能是不可能的。
在整个研究过程中，对改性沥青样品进行了储存稳定性或试管试验，以确定WS与沥青的相容性。试验系统由（1）试管（2）沥青烘箱（3）冷冻（4）刀（5）光面板组成。
本试验的原理是：用改性沥青填充管内，将填充沥青的管内垂直存放于烘箱内高温下，经调理后冷冻，从管的顶部和底部取样品进行试验。
在本研究范围内，用于确定顶部和底部取样特性的测试方法为软化点，其差限值为±5°C。二是在HTS中也推荐的侵穿试验中，上底边试样的侵穿差限为±9dmm。
?——【·沥青改性程序·】——?
最初，WS样本是从废物储存区收集的。由于WS样品不同且尺寸较大，因此需要将其破碎成小尺寸，约1-2cm的颗粒。破碎的WS样品被储存在一个袋子里，并以沥青的重量增加1%的比率称重，研究的比率为1%至5%。
在WS的缩小和储存过程中，沥青在145°C下加热一个半小时。随后，500g加热后的沥青被转移到一个金属盒中。将装满沥青的盒子置于加热器上，在170℃下工作，直到沥青样品的温度达到并稳定在170℃。
然后，使用每分钟200转（rpm）的螺旋桨混合器开始WS和沥青的混合阶段。在混合机工作时，在沥青中引入WS样品指定贡献率的权重。在所有WS样品被引入并涂上沥青后，搅拌器以1000转/分钟的速度工作30分钟，使WS软化并渗透到整个沥青样品中。
WS和沥青混合物以1000rpm的转速搅拌60分钟，使WS融化在沥青中。在测试样品之前，在100转/分的转速下进行大约30分钟的搅拌，以使ws改性沥青均匀。
?——【·物理测试结果·】——?
分别对未老化、短期和长期老化的沥青样品进行渗透、软化点和粘度测试，考察沥青物理性质的变化。
这些主要研究了在基础沥青中，引入塑料基合成聚合物进行改性的效果。从表中可以看出，随着WS贡献率的增加，渗透等级明显降低，软化点明显增加，粘度明显增加。未衰老样本的研究结果与短期和长期衰老样本的测试结果相似。
然而，由于老化使沥青变硬，试验结果的数值高于未老化样品的数值。这些结果为沥青粘结剂的流变特性研究提供了一个先见之明。
?——【·总结·】——?
在本研究中，在70/100渗透等级的基础沥青中添加1%-5%沥青重量的WS，并增加1%进行改性。在未老化、短期和长期老化的情况下，对样品进行了大量的物理测试，包括渗透、软化点、粘度和流变学测试，包括DSR和BBR。
为了确定废物与本研究中使用的沥青之间的相容性，在未老化的情况下，对每个改性沥青样品进行了储存稳定性测试。
根据测试结果和分析，可以突出显示以下内容。WS改性能显著改变沥青的物理和流变性能。渗透率降低；沥青的软化点和粘度增大，WS的速率增大。WS改性提高了沥青的抗车辙性和抗热裂性，但随着WS掺量的增加，其抗疲劳性能降低。
经软化点分析，ws改性沥青的贡献率可达2%；经渗透试验，ws改性沥青的贡献率可达3%。这也说明了高温贮藏后试验方法的重要性。
总的来说，在沥青中使用WS作为一种合成塑料，除非以安全的方式处理，否则可能对环境和生活健康造成危害。从这个角度使用废物可以消除由于新兴温室气体而对大气造成严重危害的焚烧处理废物。
因此，沥青的绿色和可持续生产是通过更安全地回收塑料废料和改善沥青的某些特性来提供一定的环境和经济效益，从而增强路面的持久和可持续建设。
参考文献
1.《沥青聚合物改性:进展与挑战》
2.《废食用油作为沥青添加剂的化学鉴定》
3.《元分析和人造神经网络建模的塑料废物添加沥青》
4.《利用荧光显微镜和常规试验方法分析苯乙烯-丁丁烯聚合物改性沥青》
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