沥青混合料改性添加剂MPE应用技术研究

【导读】 MPE是一种高效节能、经济环保、性能优越、使用方便、易于储存的沥青混合料改性添加剂，是一种绿色的沥青路面新材料，具有较高的环保社会效益和推广价值。本科技项目于2012年荣获福建省科学技术进步奖三等奖，并成功入选《交通运输行业节能低碳技术推广目录》（2021年度）。

“MPE”作为“直投式”颗粒状的沥青混合料改性剂，主要由回收塑料制成（质量占70～80%），无需工厂改性，直接在沥青混合料拌和时添加，完成对沥青及其混合料的改性，其操作简易，性能较常规改性沥青优越，不仅可以节省大量的电力燃油，降低CO ₂ 的排放，还可以回收利用废旧塑料，减少白色污染。

图1 MPE不同样式

沥青混合料改性添加剂MPE的技术特点可以归纳为：

（1）首次提出了利用回收塑料制备的“直投式”沥青混合料改性剂熔融指数大于2 （g/10min、190℃）的指标要求。

一般沥青混合料的拌和温度在170～180℃，MPE能否在此温度下熔融并与沥青发生作用，是应用MPE的关键。根据GB/T 3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》中规定的试验条件中最接近沥青混合料拌和温度的试验点温度是190℃，因此，通过室内试验测定不同组成的MPE在190℃下的熔融指数，并通过沥青混合料的拌和和性能试验，验证MPE的分散性和对沥青混合料所起的改性作用。大量试验表明，当MPE熔融指数大于2时，沥青混合料的性能有显著的改善，即MPE的改性效果充分发挥。

（2）国内首次提出“直投式”沥青混合料改性剂分散效果用“胶泥”的显微分析法评价，同时观察分析结果表明，在常规的拌和工艺下，MPE可良好地分散于沥青和沥青混合料中。

为判定MPE在实际应用中与沥青的相容性，及直观表征其在沥青中的分布状态，判断MPE在实际混合料拌和过程中的分散性，进行MPE沥青胶泥的显微观测。从掺有MPE的热拌沥青混合料中提取沥青胶泥，制成玻片，在显微镜下观测。结果表明，沥青胶泥中的MPE颗粒大小、分散较均匀，无沥青胶浆中MPE相互粘连的现象。且经拌和楼拌和的胶泥中MPE细度更小，均匀性更好。

（3）根据道路实际使用环境条件，国内首次提出需要测试沥青混合料抵抗柴油污染侵蚀的能力，并设计了沥青混合料的柴油浸泡试验方法，评价沥青混合料耐柴油溶蚀性。

沥青路面的使用不仅要考虑高低温性能、水稳定性和疲劳性能，还要考虑实际应用的一些特殊要求，比如事故车辆引起的燃油滴漏以及油罐车事故导致的汽柴油泄露，因此设计了MPE沥青混合料的耐柴油浸泡试验并进行分析研究。试验结果表明，MPE沥青混凝土具有良好的抗油蚀性，强于普通沥青和SBS改性沥青，浸泡24h后试件外观完整，质量损失少，且残留强度高；

（4）提出了“直投式”改性剂MPE的产品技术标准及其施工技术指南。

新产品的应用离不开科学的指导和合理的质量控制标准。针对MPE，提出了粒径、密度、熔点、熔融指数、吸水率、聚合物含量、改性沥青软化点等技术控制指标，保证MPE在实际应用中具有良好的性能。

（5）系统分析计算出单位里程高速公路，直投式改性方式带来的节能、环保效益，以及CO ₂ 减排数量、比例等。

根据通用的二氧化碳排放系数计算公式，节约1度电，相当于减排0.997千克二氧化碳，节约1升柴油，相当于减排2.63千克二氧化碳。用MPE代替一般改性沥青建设沥青路面，省去的生产加工储存改性沥青环节将节约大量的电力和柴油。因此，每公里沥青路面将减排CO ₂ 大约7吨（标准4车道高速公路面层每公里改性沥青用量约100吨，改性沥青生产过程中消耗电力5300度，柴油1200升，即产生的CO ₂ 排放为8440千克。标准4车道高速公路面层每公里的MPE用量约6吨，MPE生产过程消耗电力1440度，不消耗柴油，即产生的CO ₂ 排放为1436千克）。

从2007年起，本技术共应用于龙长高速、福宁高速、福州绕城高速等几十个工程项目，铺筑面积总计超80万㎡，共消耗MPE300吨，节约改性沥青4750吨，节约电能99300度，节约柴油59580升，合计项目节能量约为103.75tce，相当于减排CO ₂  409吨。

以龙长高速为例。龙长高速于2007年12月建成通车，主线路面结构为4cm AC-13C上面层、6cm AC-20C中面层、16cm ATB-25柔性基层。在长汀收费站匝道入口段铺筑了500米试验段，其中，MPE的SMA-13结构150米，MPE的AC-13C结构350米。

图2  龙长MPE试验段检测

通车三年后，对该试验段进行路面检测，发现路面总体上无明显病害，路面平整，构造清晰，整体使用质量保存良好。在三个不同结构的路段（SMA-13+MPE、AC-13C+MPE、AC-13C+SBS）进行渗水和构造深度试验，检测结果如下表所示。

从上表可以看出，SMA段的构造深度最大，通车三年后，仍能保持1.0mm以上，其行车道构造深度小于停车道，主要原因在于SMA属于高骨架比例的骨架密实型结构，表面构造粗糙，在行车的作用下，发生自然压密，而应急车道基本没有车辆碾压，基本保持了路面竣工时的构造；渗水系数方面，SMA段基本不发生渗水，综合性能是三个路段中最好的。普通沥青混合料结构AC-13C的构造深度则要较SMA小0.2~0.3mm，但是其行车道与应急车道的构造深度大小却与SMA相反，究其原因，是行车道表面细料被车轮带走部分。对比MPE的AC-13C和SBS的AC-13C，二者在构造深度和渗水方面并无太大区别，使用情况均较好。因此，从工程检测结果看，使用MPE改性剂的路段路面平整，沥青混合料性能较好，尤其是高温性能方面，在抗车辙方面性能优异，整体构造深度衰减较慢。

综上，MPE沥青混合料改性添加剂是目前常规（PE/SBS等）聚合物改性沥青的一种全新替代，本技术打破了传统的沥青改性方式，在拌和楼与石料拌和时投入MPE完成沥青的改性，节省了大量的能源，回收利用了大量的废旧塑料，降低了CO ₂ 排放，减排达83%。其应用除具有明显的技术特点外，还具有一定的经济优势、巨大的社会效益与广阔的应用前景，符合国家双碳战略目标。