華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院海外學(xué)者前沿講座第五十一期，我們邀請(qǐng)到來(lái)自美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心（NCAT）的助理主任殷凡博士。本次講座中，殷博士從工程，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)三個(gè)角度討論在瀝青中使用再生塑料相關(guān)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以及NCAT在瀝青粘結(jié)劑配方，瀝青混合物表征以及含再生塑料的瀝青路面性能建模方面等前沿研究進(jìn)展。

現(xiàn)如今，將再生塑料應(yīng)用于瀝青路面的相關(guān)研究，正在受到全世界范圍內(nèi)瀝青路面行業(yè)和塑料行業(yè)的廣泛關(guān)注。社交媒體和其他新聞媒體稱這個(gè)領(lǐng)域是一個(gè)千載難逢的機(jī)會(huì)，不但可以提高瀝青路面的使用壽命，還可以同時(shí)消除廢塑料危機(jī)。殷博士通過文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，從1991年至2020年，共有150多篇文獻(xiàn)討論了再生塑料在瀝青中的使用。這些文獻(xiàn)的主題包括實(shí)驗(yàn)測(cè)試、文獻(xiàn)綜述、成本分析、路面設(shè)計(jì)、生產(chǎn)介紹、規(guī)范制定等。

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首先，殷博士向我們介紹了將再生塑料添加進(jìn)瀝青的兩個(gè)主要方法。第一種方法被稱為濕處理法（Wet Process），是將再生塑料作為聚合物改性劑或粘合劑的替代品，再生塑料的占比可達(dá)到瀝青粘合劑重量的2%至8%，這種處理過程要求再生塑料具有較低的熔點(diǎn)。另一種方法是干處理法（Dry Process），這種方法主要是將再生塑料作為瀝青的骨料、混合料改性劑和骨料改性劑，此時(shí)再生塑料的含量大約為骨料重量的0.2-1%。

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接著，殷博士向我們介紹了再生塑料應(yīng)用于瀝青粘合劑的特性。再生塑料在瀝青中作為粘合劑發(fā)揮作用時(shí)，可提升瀝青粘合劑的強(qiáng)度，使瀝青路面具有更好的抗車轍性能。但是，目前很少有關(guān)于再生塑料對(duì)瀝青路面的疲勞性能、低溫和老化的影響的相關(guān)研究。再生塑料作為粘合劑的另一個(gè)挑戰(zhàn)是相分離問題（Phase separation issue）。在濕處理過程中，再生塑料需要與瀝青粘合劑混合，通過雪茄管試驗(yàn)（Cigar tube test）和熒光顯微鏡(Fluorescence microscopy)可以觀察再生塑料與瀝青粘合劑的相分離問題。殷博士介紹到，導(dǎo)致塑料改性瀝青粘合劑分相問題的主要原因是兩種材料的溶解度差異導(dǎo)致的不相容性；另一個(gè)重要的原因是兩種材料的密度和粘度也有很大差異，根據(jù)斯托克斯定律，這也造成了分相問題的出現(xiàn)。但是，添加劑或塑料改性可能會(huì)幫助解決這一問題。此外，再生塑料的不可溶解性也給其應(yīng)用于瀝青粘合劑帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。以聚乙烯（PE）為例，它不溶于多種溶劑，在SAR-AD分析中的可溶部分非常少，這導(dǎo)致再生塑料不能很好的與瀝青粘合劑共同作用。

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隨后，殷博士向我們介紹了再生塑料應(yīng)用于瀝青混合料的特性。通常采用馬歇爾試驗(yàn)評(píng)估瀝青混合料的穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)再生塑料可以提升瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度。此外，再生塑料可增強(qiáng)瀝青路面剛度和抗車轍性能主要原因在于：在濕處理中提高了粘合劑的強(qiáng)度，在干處理中增加了骨料的摩擦和質(zhì)量。但是，關(guān)于再生塑料瀝青混合料抗裂性和防潮性能的研究較少。在抗裂性方面，目前還沒有一致的結(jié)論；在防潮性方面，少量的研究結(jié)果表明再生塑料對(duì)瀝青路面具有正面影響或無(wú)影響?？偠灾?，由于再生塑料這一高模量混合料對(duì)瀝青性能的提升，添加再生塑料在減少路面厚度方面具有巨大的潛力和經(jīng)濟(jì)效益。

為了解決再生塑料和瀝青粘合劑的分相問題，殷博士提出了兩種策略。第一種是添加反應(yīng)性乙烯基三元共聚物（RET）作為相容劑，含官能團(tuán)的環(huán)氧化合物可與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，富含乙烯的部分可與塑料物理混溶，增加了粘合劑粘度以緩解塑料分離問題。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種方法能顯著改善雪茄管試驗(yàn)的效果，在熒光測(cè)試下瀝青粘合劑表現(xiàn)出更好的粘合劑形態(tài)。另一種策略是對(duì)再生塑料進(jìn)行化學(xué)改性，使用專用催化劑選擇性切割聚合物鏈，添加聚合物添加劑。熒光顯微鏡結(jié)果表明這種方法也可以有效的提高再生塑料與瀝青粘合劑的相容性。

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最后，殷博士向我們介紹了美國(guó)國(guó)家瀝青技術(shù)中心在瀝青粘結(jié)劑配方，瀝青混合物表征以及含再生塑料的瀝青路面性能建模方面等前沿研究進(jìn)展。他們致力于開展一些新試驗(yàn)綜合評(píng)估可持續(xù)性和韌性道路技術(shù)（塑料、橡膠、纖維和反應(yīng)性聚合物），同時(shí)與NCAT-MnROAD合作以滿足國(guó)家需求。他們的研究主要分為兩個(gè)階段。第一階段著眼于可再生塑料相關(guān)的技術(shù)，比如用富含LLDPE的PCR和RET對(duì)粘合劑進(jìn)行改性，用SBS和化學(xué)改性PE蠟改性粘合劑，通過“滴入”富含ldpe的PCR對(duì)混合物進(jìn)行改性等。在AMPT性能表征中，殷博士采用E評(píng)估剛度和粘彈性特性，并基于簡(jiǎn)化粘彈性連續(xù)損傷（s-vecd）理論的循環(huán)疲勞評(píng)估疲勞損傷抗力。通過FlexPAVE TM 性能評(píng)估發(fā)現(xiàn)，在瀝青中添加可再生塑料并不總是產(chǎn)生好的結(jié)果，濕法工藝技術(shù)（含彈性體）似乎較有前景，通過采用工程粘合劑配方和配合比設(shè)計(jì)，可以確?？稍偕芰蠟r青的性能。

在第二研究階段，殷博士將側(cè)重于疲勞裂紋評(píng)估的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)部分，這一部分尚在進(jìn)行當(dāng)中。主要目標(biāo)是評(píng)估在采用干處理時(shí)，可再生塑料對(duì)瀝青混合料性能的影響，研究?jī)?nèi)容包括混合物性能表征，面摩擦特性，廢氣排放評(píng)價(jià)，保持平衡性能的混合設(shè)計(jì)策略，過程控制、生產(chǎn)和施工指南等。我們期待殷博士最新的研究成果。

通過殷博士的講座，我們能夠認(rèn)識(shí)到被稱為“白色污染”的塑料在瀝青路面上也能用大用途。在國(guó)家“碳中和”和“碳達(dá)峰”的號(hào)召下，如何通過科技手段實(shí)現(xiàn)材料的可再生利用成為了新的熱門研究課題。這種課題不僅具有科研價(jià)值，更具有社會(huì)意義。

講座錄播鏈接：【The SIR Frontiers】學(xué)術(shù)前沿系列講座第五十一期：“再生塑料在瀝青中的應(yīng)用：機(jī)遇、挑戰(zhàn)及技術(shù)中心最新進(jìn)展”

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來(lái)源于多樣化結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室VSL

撰寫：解兵林 姚顯花 毛煒寧

排版：李嘉晨

審核：胡??楠