黄森海
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摘要：采用废食用油作为再生剂，制备不同废食用油掺量（0%、1%、2%、3%、4%）的再生沥青，通过常规试验、布洛克菲尔德黏度试验、动态剪切流变试验分析各掺量废食用油再生沥青的物理性能和流变性能。研究结果表明：随着废食用油掺量的增加，再生沥青各项性能与原样沥青差距逐渐减小，具体为再生沥青的黏度下降，低温性能提高，高温性能减弱，当掺量为3%时，再生沥青的性能与原样沥青差距较小。掺量超过3%时，高温性能相比原样沥青有所降低。因此，采用废食用油作为老化沥青的再生剂时，应当根据实际情况设置掺量上限。
关键词：废食用油；再生沥青；三大指标；动态剪切流变试验
引言
据报道，我国食用油消费量巨大，达2100万吨之多，每年因此而产生的废弃食用油重量在400万~800万吨之间[1]。与此同时，随着我国公路建设逐渐进入养护阶段，现有沥青路面大多已服役多年，亟需大中修，由此而产生旧沥青混合料（RAP料）的量十分巨大[2]。食用油的主要成分为脂肪酸，与沥青中的油分化学性质类似。因此，自然而然可以想到将废食用油作为再生剂，用于老化沥青的再生。加上石油资源的不可再生性，矿物油再生剂的获取势必变得更加困难，而废食用油作为可再生资源，用于沥青再生具有天然的优势。目前，我国已经有学者在这方面开展了初步工作，做出了一些有益的成果，初步探明了废食用油对老化沥青具有再生作用，尤其能恢复老化沥青的低温性能[3-5]。
因此，为进一步研究废食用油再生沥青的性能，本文通过制备不同掺量废食用油再生沥青，对其物理性能和流变性能开展研究。
1原材料及试验设计
1.1原材料
本文试验选用的老化沥青取自某高速公路中面层的70#基质沥青，该高速公路服役年限超过10年，沥青已严重老化。该70#基质沥青的原样技术指标和回收后的技术指标见表1。再生剂为废食用大豆油，该废食用油为食品工业油炸过程所产生的废油，技术指标见表2。
表1 70#原样及回收后的技术指标
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1.2试验方法
1.2.1 常规试验
通过三大指标（针入度、软化点、延度）评价不同掺量废食物油再生沥青的物理性能，试验方法遵循《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》( JTG E20—2011)[6]中的T604、T605、T606。
1.2.2 布式旋转黏度试验
布式旋转黏度试验的方法，主要依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》( JTG E20—2011)中的沥青旋转站度试验（T0625），设置三个试验温度，分别为：135℃、155℃、175℃。
1.2.3 动态剪切流变（DSR）试验
动态剪切流变试验方法，主要依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》( JTG E20—2011) 中的沥青流变性质试验（T0628）。试验采用25mm金属平板，应变控制模式，应变值为10%，角频率为 10rad/s，设置的温度为58℃~82℃，间隔6℃。
1.2.4 制备工艺
通过高速乳化剪切设备制备废食用油再生沥青，具体过程为：将回收沥青加热至140℃，加入预定比例的废食用油，在该温度状态下高速剪切30min，然后置于140℃烘箱中保温30min，保温过程采用锡箔纸对盛样容器进行密封。
2试验结果及分析
2.1常规指标
不同掺量废食物油再生沥青的三大指标试验结果见表3。从表3可以看出，随着废食用油的掺量增加，再生沥青的性能逐渐恢复到原样沥青水平。但掺量为30%时，再生沥青的各项指标均接近原样沥青。同时，注意到随掺量增加，延度指标的恢复速度要低于软化点的下降速度。因此，在实际使用废食用油作为改性剂时，应当注意废食用油的掺量不可过高，以劣化再生沥青的高温性能。
表3 常规试验结果
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2.2黏度指标
老化沥青由于轻组分散失，黏度较高，给热再生沥青混合料的拌和带来一定困难，再生剂的加入能够弥补老化沥青的轻组分，调和各组分间的比例，降低再生沥青的黏度，黏度的降低有利于提高施工和易性。试验结果见表4。
表4 黏度试验结果
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从表4可以看出，随着废食用油掺量增加，黏度逐渐减少，且超过3%掺量后黏度低于原样沥青，表明废食用油对再生沥青有很好的降黏作用。同时，黏度指标并不是越低越好，较高的黏度可保障沥青的高温性能。因此，废食用油降低了再生沥青的高温性能，掺量不宜过大。
2.3动态剪切流变试验结果
动态剪切流变试验采用车辙因子G*/sinδ评价沥青的高温性能，该值越高，沥青高温性能越好。其中，δ为相位角，用于区分沥青的黏性和弹性的比例。废食用油再生沥青的动态剪切流变试验结果见表5。
从表5可以看出，随着废食用油掺量增加，再生沥青的G*/sinδ逐渐降低，在掺量为3%时便与原样沥青相差无几，但掺量进一步增加，再生沥青的高温性能迅速减小。注意到不同废食用油掺量再生沥青的相位角δ变化很小，可以认为废食用油主要是通过减小再生沥青的高温模量来降低再生沥青的高温性能。因此，废食用油的加入可使再生沥青变得更加“软”，其高温抗变形能力受到了削弱。同时，随着温度增加，再生沥青的车辙因子大致呈指数趋势降低，同时相位角有不同程度的增加，表明再生沥青的高温性能对温度较为敏感。
表5 DSR试验结果
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3结语
（1）废食用油作为再生剂，能够有效恢复老化沥青的高低温性能，但掺量过多易导致高温性能的快速下降，建议根据实际情况设置废食用油的掺量上限。
（2）随着废食用油掺量的增加，再生沥青的135℃、155℃、175℃黏度线性减小，规律较为明显，但掺量大于3%时，黏度明显低于原样沥青。
（3）不同掺量废食用油再生沥青的高温流变性能规律一致，且相位角差距较小，废食用油掺量对再生沥青的影响主要体现在车辙因子方面。
参考文献
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[2]张瑜. 沥青的老化机理研究及再生剂开发[D]. 重庆: 重庆交通大学, 2013．
[3]蔡恒吉, 程斌, 彭大海, 等. 我国废矿物油再生工艺的现状及未来的发展方向[J]. 化工管理, 2017( 24): 83-85.
[4]索智, 季节, 满琦, 等. 植物油再生沥青的性能研究[J]. 北京工业大学学报, 2016, 42( 7):
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[5]冷滨滨, 陈美祝, 吴少鹏. 废食用植物油再生沥青的物理性能研究[J]. 公路, 2014, 59( 2): 175-179.
[6]中华人民共和国交通运输部. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程: JTG E20-2011[S]. 北京: 人民交通出版社, 2011.
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