添加印刷电路板非金属成分的沥青混合料性能研究

中图分类号：TU528.42文献标识码：A 文章编号：

摘要：从印刷电路板 (PCBs) 中分离出非金属成分粉末，利用其作为一种新型的添加剂，探讨其对沥青混合料的性能影响。随着非金属剂量的增加，沥青混合料的高温性能则有显着提高，水稳定性也优于基质沥青混合料。本研究提出了一种新颖的处理废旧PCBs非金属成分的尝试，在环保和经济上具有一定意义。

关键词：沥青混合料;印刷电路板;非金属成分

Abstract: from the printed circuit board (PCBs) is to separate nonmetal elements powder, using it as a new type of additives, to investigate the impact on performance of asphalt mixture. Along with the increase of nonmetal dose, asphalt mixture of high temperature performance is significantly improved, water stability also better than matrix asphalt mixture. This study proposed a new processing waste PCBs nonmetal elements attempt, in the environmental protection and economic has certain significance.

Keywords: asphalt mixture; Printed circuit board; Nonmetal elements

0前言

随着电子产品更新换代周期越趋短暂，报废电子产品的数量正以惊人的速度增长。印刷电路板(Printed Circuit Boards，简称PCBs)作为电子产品的重要组成部分，其报废数量的增长给环境带来了极大的压力,成为一个亟待解决的社会问题。

如今，各种回收工艺已纷纷应用于回收PCBs当中，特别是其稀有金属成分回收技术已经日臻成熟。然而，回收过程中最困难的问题是如何对非金属成分进行回收处理。由于非金属成分中含有大量树脂、玻璃纤维、阻燃剂，对其进行焚烧和填埋显然是十分不合理的，这不仅是严重污染环境，更是对可再生资源的浪费。

1以非金属成分作为添加剂

在道路铺筑材料的研究中，利用废弃聚合物作为沥青添加剂，既可进行废物利用，同时也能提高沥青性能。在过去研究中，再生轮胎橡胶和软木树皮木炭都曾被用作沥青改性剂。

环氧树脂沥青在桥面铺装上具有优越的性能，PCBs中的非金属成分含有大量树脂材料，因此以其作为沥青改性剂改善沥青的性能在理论上是可行的。

上海交通大学的郭久勇等提出PCBs中的非金属是一个很好的树脂基填充料，而其中的玻璃纤维和树脂粉可用于加强沥青与集料的胶结性能。因此，PCBs中的非金属可以作为合适的和有前景的沥青改性剂[1]。

2试验材料

2.1 非金属成分的提取与改性沥青的制备

PCBs中非金属成分(Non-metals,以下简称NM)的提取工艺并不复杂。清华大学精仪系研发中心[2]提出，由于PCBs是由金属板、非金属板一层一层的在高温高压下压制而成，其粘接面的剪切强度是整个PCBs的薄弱环节，当把其粉碎到一定细度之后，金属和非金属材料就处于完全分离状态。然后通过重力法很好地实现两者的分选，最后筛选得到粒径为0.1mm以下的非金属粉末。

加热基质沥青到160 ℃以上，再把非金属粉末混合到沥青中，搅拌30分钟，拌有NM的沥青就制备完成。根据一般改性沥青的改性剂添加量，本课题选取了6%、8%、10%三个质量百分比进行试验研究。

2.2 沥青基本性能

试验选用茂名石化的AH-70基质沥青。添加NM后，改性沥青的基本性能见表1。随着非金属粉末的增加，沥青的粘度和软化点都有一定提高，而针入度、延度则下降。

表1沥青基本性能

3试验结果与讨论

本研究按规范[3]的规程进行马歇尔最佳沥青用量试验，初步确定最佳沥青用量（油石比）为4.5%，并按该沥青用量进行试件的制备，以研究混合料路用性能。

为验证添加PCBs中NM后的沥青混合料性能是否得到有效的改善，本研究对添加不同剂量的NM沥青混合料进行性能对比试验。

3.1 水稳定性

1）残留马歇尔稳定度试验

沥青混合料的水稳定性一般是由浸水后的物理力学性能降低的程度来表示。48小时浸水马歇尔试验的残留稳定度就是其中一种评价指标。按规程[3]进行了AC-20C沥青混合料浸水马歇尔试验，试验结果见图1。

图中各组混合料的残留稳定度都在95%以上，满足改性沥青混合料配合比设计检验指标中马歇尔残留稳定度大于85%的要求。

图1 残留稳定度、冻融残留强度比与非金属粉末添加量的关系

2）冻融劈裂试验

沥青混合料的冻融劈裂试验是反映沥青混合料水稳定性的另一个指标。从试验结果（见图1）可以看到各组混合料的冻融劈裂试验残留强度比都在80%以上，满足改性沥青混合料配合比设计检验指标中冻融劈裂残留强度比大于80%的要求。

通过以上试验结果，可知非金属成分改性沥青混合料的残留稳定度与基质沥青混合料相接近，而冻融劈裂试验残留强度比则高于基质沥青混合料，因此非金属成分改性沥青混合料的水稳定性要优于基质沥青混合料。

3.2 高温稳定性检验

车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行驶而形成车辙的试验方法，用来评价沥青混合料在规定温度下抵抗塑性流动变形能力。以沥青混合料的动稳定度（DS）进行评价。

本研究采用采用60℃的试验温度，试验结果见图2。由结果可知各组混合料的动稳定度DS都大于5000次/mm，满足规范中不小于2800次/mm的要求。显然，改性沥青混合料的稳定度总体高于基质沥青混合料，体现出该改性沥青混合料在高温性能方面的改良效果。

图2动稳定度与非金属粉末添加量的关系

3.3 低温性能

沥青路面在使用期间低温开裂是普遍存在的问题。因此评价沥青混合料低温抗裂性是十分重要的。

小梁低温弯曲试验用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率下弯曲破坏的力学性质。弯曲破坏应变越大，沥青混合料低温抗裂性越好。本研究中试验温度为-10℃，加载速率50mm/min。

表2沥青混合料低温弯曲试验结果

各组沥青混合料的破坏应变满足冬冷区不小于2500的要求。非金属成分改性沥青混合料与基质沥青混合料的弯曲劲度模量相差不大，但弯曲极限应变和破坏弯曲强度都比基质沥青的普遍要小，说明其低温性能比基质沥青混合料有所下降。因此，应控制NM添加量在10%以下，以保证改性沥青混合料的低温性能满足规范要求。

4结语

（1）由马歇尔浸水试验可以看出非金属成分改性沥青混合料的稳定度值大于基质沥青混合料，并随着添加量的增加而增大，说明其高温稳定性能得到改善。另外，各组沥青混合料的残留稳定度相接近，冻融劈裂试验残留强度则随添加量增加而增加，因此非金属成分改性沥青混合料的水稳定性要优于基质沥青混合料

（2）车辙试验结果表明，非金属成分对提升沥青混合料的高温性能非常显著。这与改性沥青中软化点提高的结论是一致的。

（3）非金属成分改性沥青棍合料的低温抗裂性相对于基质沥青混合料变化不明显。研究认为，8%的添加量是对沥青混合料低温性能的合理含量，超出此含量对其低温性能会产生负面影响。

参考文献

Jiuyong Guo, Jie Guo, Shifeng Wang and Zhenming Xu. Asphalt Modified with Nonmetals Separated from Pulverized Waste Printed Circuit Boards[J]. Environmental Science and Technology, 2009, 43, 503508.

段广洪,向东. 一种经济、绿色的废旧印刷线路板再资源化技术[J]. 中国粉体技术,2005(1),10-11.

JTJ052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S]. 北京: 人民交通出版社, 2000