废旧塑料改性沥青混合料应用技术

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1、西部交通建设科技项目西部交通建设科技项目 交通编号：交通编号： 合同号：合同号：2008 318 223 45 2008 318 223 45 单位编号：单位编号： 密级：密级： 分类号：分类号： 废旧塑料改性沥青混合料应用技术废旧塑料改性沥青混合料应用技术研究报告（简本）研究报告（简本） 交通运输部公路科学研究所交通运输部公路科学研究所 中海油气开发利用公司中海油气开发利用公司 河北省高速公路管理局河北省高速公路管理局 广西壮族自治区公路管理局广西壮族自治区公路管理局 北京市政路桥建材集团有限公司北京市政路桥建材集团有限公司 20112011 年年 6 6 月月 1 一 项目背景 据统计，2

2、000 年世界塑料制品的年产量已超过 1.1 亿吨，2001 年世界塑料制品的年产量已超过 2 亿吨。我国塑料制品 2001 年产量也已超过 2000 万吨，塑料原料表观消费量由 2000 年的约 2400 万吨增至 2004 年的 3813 万吨， 年均增长率达 12.3%，成为名符其实的塑料大国。随着塑料工业的迅速发展，在塑料的成型加工及消费流通过程中产生了大量的废旧塑料， 形成了日益严重的“白色污染”源。有关数据表明，每年当年废弃塑料约占当年塑料产量的 70，塑料总量中约 70%-80%的通用塑料在 3-5 年内转化为废弃塑料。 对废旧塑料进行回收再利用是处理废旧塑料最合理有效的方法。回

3、收利用在解决环境污染的同时，使得现有资源得到了最大化利用，甚至还会产生可观的经济效益。本项目主要研究废塑料改性沥青及其混合料技术，分析不同种类、不同来源废塑料对改性沥青性能的影响，评价废塑料改性沥青的路用性能，并开发相应的工程应用技术，包括混合料材料设计、施工工艺、质量控制标准等。根据废旧塑料的特性和品质情况，研究基于可以稳定储存的废塑料改性沥青技术、基于对废塑料改性和复配造粒的直接投入改性沥青混合料技术、 研究直接拌合使用的干法工艺的沥青混合料改性技术等，通过经济技术比较，开发具有自主知识产权的废塑料改性沥青及其混合料主流技术，和国外同类高技术产品形成竞争。 本项目研究技术不仅可为我国废旧塑

4、料的资源化利用开辟一个新的途径， 而且可以明显提高沥青路面的抗车辙、 抗水损坏等路用性能， 减少路面的早期损坏。本项目技术不仅有利于构建资源节约型，环境友好型交通发展模式，而且对实现循环经济和可持续性发展也有一定的贡献。 二 项目研究内容与技术路线 该项目主要研究内容包括以下几点： (1)废旧塑料的种类、品质及其检测评价方法 调查和分析废塑料的种类、质量波动、杂质含量等，重点研究用于改性沥青的废旧塑料质量检测方法与指标。 2 (2)不同种类废旧塑料改性沥青的制备技术研究 研究开发废塑料沥青改性剂，包括湿法使用的改性剂和干法使用的添加剂，研究废旧塑料改性沥青的制备工艺；研究助剂对改性沥青性能的改

5、进作用；研究低速剪切作用下聚合物改性沥青的机理。 (3)不同种类、品质废旧塑料改性沥青的性能研究 研究分析不同废旧塑料改性沥青的性能，包括 LDPE、HDPE、PP 和 PVC等， 研究废旧塑料质量波动对改性沥青性能的影响，分析比较不同种类改性沥青的性能差异。 (4)废旧塑料改性沥青混合料路用性能研究 包括废旧塑料改性沥青混合料的强度、模量、抗车辙性能、抗水损坏性能、低温抗裂性能、 疲劳特性、 粘弹性等， 研究废旧塑料增强沥青混合料性能的机理。 (5)废旧塑料改性沥青依托工程的修筑 修筑依托工程是检验项目总体研究成果的重要技术手段， 同时也是应用技术类科研成果示范应用的需要。通过修筑依托工程可

6、以总结、完善废旧塑料改性沥青的施工工艺和质量控制方法，实际检验废旧塑料改性沥青的野外性能。 (6)废旧塑料改性沥青应用技术与标准 包括废旧塑料改性沥青的适用范围，提出路用废旧塑料技术要求；废旧塑料改性沥青技术标准， 废旧塑料改性沥青混合料的设计方法、 评价指标和技术标准，提出废旧塑料改性沥青的施工技术和质量控制方法。 编写废旧塑料改性沥青应用技术指南。 技术路线见图一 3 图一 技术路线图 三 创新点 1) 研究提出了应用于改性沥青目的的废旧塑料原材料质量控制方法，包括质量检测方法：如外观鉴别法、密度鉴别法、和燃烧鉴别法等；制定了废旧 PE外观、密度、熔点和熔体流动指数等技术参数和控制要求。

7、2) 本项目提出了废旧 LDPE、废旧 PP 和废旧 HDPE 改性沥青的制备方法，包括使用高速剪切机的直接剪切法和使用双螺杆挤出机的母料法， 研究得出了最佳工艺条件，如剪切时间 30min, 剪切温度 180，剪切速率 4000r/min；制备 PP 母料的最优工艺条件为：挤出温度为 170，挤出遍数为 15 遍，挤出频率为30r/min。研究提出了废旧塑料改性沥青的复合改性技术，制备了兼顾高低温性测试鉴别方法 调研 依托工程修筑 室内试验测试 成品改性沥青 废旧塑料改性沥青 制备技术 施工技术研究 相容性研究 废旧塑料种类和 品质 不同废旧塑料改性 沥青性能 组成配比 总结与技术完善 鉴定

8、验收 沥青混合料路用性能评价 品质波动的影响 加工工艺 直接添加剂 室内试验测试 性能观测与测试 技术规范与标准 4 能 PE-SBS、PE-SBR、PP-SBS 和 PP-SBR 复合改性沥青，实现了废旧塑料与沥青的稳定储存。 采用本项目技术可以现场制备或工厂制备性能达到现行技术标准的改性沥青或复合改性沥青。 3) 研究得出了废旧塑料改性沥青的施工工艺和质量控制方法，包括分散性能优良的干法改性工艺及其改性剂，稳定化的废旧塑料改性沥青湿法工艺，废旧塑料改性沥青性能要求、混合料的配合比设计和技术要求、工程质量测试评价与验收等，编制了废旧塑料改性沥青路面工程应用技术指南 。 四 主要技术成果 (1

9、)通过调研、室内研究和野外试验，提出了应用于改性沥青目的的废旧塑料质量检测方法和技术控制指标，简单适用，避免废旧塑料混杂性、配合剂杂质等问题对改性沥青性能质量的不利影响。 (2) 研究得出了废旧 LDPE 改性沥青的制备方法，包括使用高速剪切机的直接剪切法和使用双螺杆挤出机的母料法，研究得出了最佳工艺参数，研究提出了废旧塑料改性沥青的复合改性技术，制备了 PE-SBS 和 PE-SBR 复合改性剂，解决了废旧塑料改性沥青的储存稳定性问题。 制备的改性沥青和复合改性沥青能够满足 JTJF40-2004 的规范不同规格的要求，成本低于 SBS 改性沥青。 (3) 研究得出了废旧 PP 改性沥青的制

10、备技术，优化得到了直接剪切法和母料法最优工艺参数。研究开发了 PP-SBS 和 PP-SBR 复合改性沥青，并具有很好的存储稳定性。常规性能测试结果表明，废旧 PP 改性沥青的软化点升高、针入度降低，即高温性能有所改善，部分体系的低温性能有所改善。以最佳工艺参数制备的 PP 改性沥青能够满足 JTJF40-2004-C/D 的规范要求。 (4) 对废旧塑料改性沥青混合料的路用性能进行室内试验评价，包括胶浆流变性能试验、马歇尔强度、高温稳定性、低温抗裂性、抗水损坏性能、SPT 动态模量测试、疲劳性能等，研究发现表明制备的废旧塑料改性沥青混合料路用性能达到现行技术标准的要求，可以应用于实际工程，废

11、旧塑料改性沥青混合料具有高模量的特征，可以显著增强混合料的抗车辙性能。 (6) 成功研究了废旧塑料改性沥青湿法工艺和干法改性添加剂，效果良好，5 可以在不同情况下选用。在河北宣大高速、广西金平二级公路和迁安市三抚一级公路修筑了共 12km 的依托工程，对不同种类废旧塑料改性进行了应用对比，包括不同种类和来源的 LDPE 改性沥青，LDPE-HDPE 改性沥青，PE 与橡胶类的复合改性沥青等。依托工程的现场质量测试和后续性能观测表明，依托工程路面性能保持良好， 说明本项目研发的废旧塑料改性沥青技术完全可以应用于实际工程。 (7) 通过试验研究和依托工程实施，提出了废旧塑料改性沥青的施工工艺和质量

12、控制方法，包括路用废旧塑料改性沥青性能要求、混合料的配合比设计和技术要求、工程质量测试评价与验收等，编制了废旧塑料改性沥青路面工程应用技术指南 ，可以供设计单位和施工单位参考使用。 五 应用效果及前景 (1)直接经济效益 对本项目研究的废旧塑料改性沥青的成本分析如下： 根据交通部公路科学研究院创新基金项目的前期调研： 品质比较好的废旧聚乙烯塑料的价格在 900011000 元/吨，相对较差的废旧聚乙烯则其成本可以降低 2000 元左右；废旧聚丙烯的价格低于聚乙烯，价格在 70008000 元/吨左右。废旧聚氯乙稀的价格在 30004000 元/吨左右。废旧塑料类改性剂掺量通常在56左右。原材料

13、之外的加工成本、助剂等各项费用则比较低，通常在 5001000 元/吨，批量生产时加工成本能得到更大削减。而对市场上应用最多的 SBS改性沥青，其 SBS 改性剂单价基本在每吨 20000 元左右，掺量用 44.5的较多。如果以改性剂的成本计算，本技术比 SBS 改性剂成本平均低 40左右。如果换算为改性沥青，则废旧塑料改性沥青单价比 SBS 改性沥青低 15左右。但在性能指标上，包括主要的抗车辙性能和抗水损害性能，根据前期研究结果及预期目标，两种改性沥青可以达到基本相同的技术水平。 对于沥青混合料改性添加剂，本项目可以开发形成我国自己的高技术产品，具有很好的性价比优势，可以和国外的同类产品形成竞争。 6 (2)间接经济效益与社会效益 大量的废弃塑料已成为严重的社会危害， 填埋废旧塑料或焚烧废旧塑料不仅会浪费资源， 而且会对环境造成严重的污染， 严重威胁人类的生存环境， 国家 “禁塑令” 的出台已经是在环境保护刻不容缓形势下的重大决策之一。应用本项目技术，实现了对废旧塑料资源的“变废为宝” ，为塑料资源的回收利用找到一个新的技术途径，显然会带来非常显著的环保和社会效益。