废弃食用植物油沥青再生剂的物理化学及流变特性外文翻译资料

 2022-07-28 15:52:46

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废弃食用植物油沥青再生剂的物理化学及流变特性

Meizhu Chen*, Binbin Leng, Shaopeng Wu, Yang Sang

武汉理工大学，硅酸盐建筑材料国家重点实验室

重点

废弃食用植物油（WEVO）对不同老化沥青性能的影响的系统研究

WEVO可以有效地软化老化沥青，提高其物理和流变性能。

WEVO可以降低沥青质含量，羰基和亚砜强度，但不改变老化沥青的胶体结构。

WEVO可以作为老化沥青的复原材料，但其用量应适合。

WEVO复兴沥青的低温柔韧性，弹性和热稳定性需要进一步提高。

摘要：在物理，化学和流变性质方面研究了废食用植物油对老化沥青粘合剂复原的影响。在实验室模拟沥青老化实验室模拟后，由三种处理不同类型和渗透等级的原生沥青制备的三种沥青，加入五种废弃的食用植物油。结果表明，废弃食用植物油能有效软化老化沥青。同时，当废食用植物油的用量最优时，三种老化沥青的物理性质和流变性能可以提高到相应的原始沥青的物理性质和流变性能。此外，老化沥青与废弃食用植物油的耐老化性，耐车辙性和弹性恢复性能也得到提高，沥青质含量和老化沥青的羰基和亚砜强度由于添加了可食用植物油而降低。 然而，需要进一步改进老化沥青与废弃食用植物油的低温柔韧性，弹性和热稳定性，特别是对于SBS改性沥青粘合剂。

关键词：沥青胶粘剂；老化；再生；性能；废弃食用油

1前言

作为重要的建筑材料，沥青粘合剂已广泛用于道路路面，沥青路面占世界公路的80％以上。截至2013年底，中国高速公路已达10万公里，其中90％是沥青路面。然而，沥青路面由于太阳，雨水，过载等多种因素，会产生不同的老化现象如裂缝、坑洞、滑移现象。沥青路面的寿命通常设计为10-15年，但实际上许多沥青路面在施工后不到10年需要大量维护[1-3]。因此，每年要回收的沥青路面材料很多。

老化沥青的利用是回收再生沥青路面的关键。沥青混合物与其工程性能之间存在相关性。沥青粘合剂由四种馏分组成，包括饱和物，芳烃，树脂和沥青质。沥青老化后树脂和沥青质的饱和度降低，因此渗透性和延性降低，但软化点，粘度，复合模量和蠕变刚度增加。这意味着包括弹性恢复，耐热疲劳和破裂的沥青结合料的性能变差，最终使路面的使用寿命缩短[4-6]。考虑到化学点，沥青回复是其老化的逆过程，根据再生的兼容性理论，在沥青路面回收过程中调整老化沥青的成分。在老化沥青中添加新的具有合适化学成分的沥青粘合剂或再生剂可以恢复老化沥青的性能[7-9]。沥青再生剂也有增塑剂，抗老化剂和其他可以提高沥青粘合剂性能的添加剂[10-13]，40％〜90％的沥青再生剂组合物是低粘度组分。

基于沥青回收理论，废弃食用油可用作低粘度组分以回收老化沥青。与其他低粘度组分相比，废烹饪油的闪点在220℃以上，这意味着废烹饪油具有高安全性，适用于热混沥青混合料。此外，废烹饪油经历了高温烹饪过程，因此在再次加热时不含有毒气体的挥发性成分。同时，中国每年约有500万吨废弃食用油[14]。因此，废料油可以为沥青路面再生提供廉价的原料，并探索新的回收方法。

目前，有一些关于废旧食用油在老化沥青结合料再循环中的应用的研究。一项美国专利提到，废弃食用油可以用作软化沥青的再生剂[15]。Wen指出废弃食用油可以用于生产生物沥青。Asili采用物理和流变特性指标评估废弃食用油对室内老化沥青的影响，并得出结论，它可以用作回收沥青中的再循环剂[17,18]。这些研究表明，废弃食用油有望振兴老化沥青粘合剂，但没有发现研究废弃食用油对老化SBS改性沥青的影响，并发现废弃食用油对老化沥青进行再生的缺点。本文的目的是研究老化沥青粘合剂与废可食用植物油的性质，为沥青回收利用废食用油的打下基础。

2材料与方法

2.1原材料

使用两种基质沥青粘合剂（称为A0和B0）和一种SBS改性沥青（简称C0）作为对照粘合剂。A 0和B0的穿透等级分别为60-80梯度和40-60梯度，它们在中国广泛应用。这些沥青的性质示于表1中。本研究中使用的废弃食用植物油（简称W）是反复油炸食品废油，采用过滤水和固体杂质进行处理，过滤可能影响再生效果。废弃可食用植物油的粘度（25℃）和密度（25℃）分别为0.05Pa·s和0.896g / cm 3。

表1.基质沥青的物理性能

2.2实验方法

本研究的原料复杂。首先，不同废料烹调油的性能不同。其次，沥青的来源多样，沥青结合料的结构也很复杂。第三，废食用油的应用效果取决于回收沥青的性能。图1说明了实验设计，清楚地说明了材料，实验和性能之间的逻辑关系。试验按照中国高速公路工程沥青混合料试验规范（JTG E20）进行[19]。

图1.实验技术过程

2.2.1老化沥青混合料的制备

通过滚压薄膜烘箱试验（RTFOT）和加压老化容器（PAV）试验制备老化沥青粘合剂。 在混合和铺路时模拟沥青混合料的短期老化的RTFOT在163℃下进行75分钟（根据JTG E20 T0610）。PAV，模拟气候对沥青混合料的长期老化影响，在90℃下进行20小时（根据JTG E20 T0630）。 分别在RTFOT后由PAV老化的基质沥青（A0，B0，C0）分别获得三种老化沥青粘合剂（简称A，B和C）。

2.2.2老化沥青混合料的再生

对于老化沥青混合料的再生，通过将三种老化沥青粘合剂中的每一种混合五种废弃食用植物油浓度（3.0％，4.0％，5.0％，6.0％和7.0％，以粘合剂）混合制备样品。 使用螺旋桨式混合机，在130℃下以1200rpm的恒定速度将这些材料共混15分钟，然后将样品用于性能测试。

2.2.3常规物理性能测试

为了评估复原沥青粘合剂的物理特性，根据JTG E20T0604，JTG E20 T0606，JTG E20 T0605，JTG E20 T0625，分别测试沥青粘合剂的常规物理性能，包括渗透性，软化点，延展性和旋转粘度。 同时，根据测试收集的数据计算和分析了渗透指数（PI）和渗透率。

2.2.4流变性能试验

根据JTG E20 T0628，采用动态剪切流变仪（DSR）对废旧食用植物油进行老化沥青的流变行为研究。 在应变控制模式下以10rad / s的固定频率施加2℃增量的温度扫描。为了研究粘合剂对蠕变载荷的响应，在-10℃下进行蠕变试验，并且对样品施加表示路面上高应力水平的1000Pa的固定剪切应力。 将所得菌株保持100s，然后除去。 进一步监测菌株400秒。此外，在10℃的温度下以10Hz进行疲劳试验。老化的沥青粘合剂试验在2％应变的应变控制模式下进行。

2.2.5化学性能试验

为了探讨废弃食用植物油对老化沥青结合料的组成和结构的影响，采用化学成分表征样品。使用具有火焰离子化检测（TLC-FID）的薄层色谱法分析沥青的四种成分。样品通过80mg沥青在4ml甲苯中的溶液制备，溶液浓度为2％（w / v）。 沥青粘合剂分为四个部分，即饱和芳烃，树脂和沥青质。通过傅立叶变换红外（FTIR）光谱仪测定波数为4000cm -1至500cm -1的废可食用植物油和沥青粘合剂的功能组。将样品溶解在浓度为5重量％的二硫化碳中，然后滴加到KBr台上，并且膜的厚度适当地为150mu;m。进行差示扫描量热法（DSC）来研究废弃食用植物油和沥青的热性质。将大约10.0mg样品在10℃/分钟的速度，100毫升/分钟的氩气流下以10℃/ min的速度从-10℃加热至80℃。

3结果与讨论

3.1物理性能

3.1.1针入度

针入度可以表明沥青的柔软和稠度程度以及相对粘度。图2示出了在25℃下对于三种老化沥青粘合剂的针入度，其中五种废弃的可食用植物油（W）。在图2中清楚地观察到，不同沥青粘合剂的针入度随着W剂量的增加而增加，这意味着添加废弃食用植物油可以通过降低其一致性来软化老化沥青。同时，三种沥青粘合剂的针入度增量不同，说明废弃食用植物对老化沥青的软化影响取决于沥青结合料的结构。当加入相同剂量的W时，老化60-80级（A）的针入度增量最明显，而老化SBS改性沥青（C）的次级。因此，针入度试验的结果表明，W可以软化老化的沥青粘合剂，但不同沥青的软化效果不同，原因仍有待以下化学性质试验进行研究和解释。

图2.W对25℃老化沥青针入度的影响

3.1.2软化点

软化点反映沥青粘度，沥青粘度随着软化点的增加而增加。废旧食用植物油（W）对三种沥青的软化点的影响如图3所示。与表1中列出的相应原始沥青的软化点值相比，老化沥青具有较高的软化点值，其中包括其他研究结果。由图3可知，所有沥青的软化点值随着W剂量的增加而降低，这表明加入W可以像针入度试验一样软化老化沥青。老化60-80级（A）的软化点减少量最大，而老化SBS改性沥青（C）则为次级。 另外，可以看出，W对不同沥青粘合剂的针入度和软化点的影响规律是一样的。

图3.W对三种老化沥青软化点的影响

3.1.3粘度

粘度是沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力而135℃沥青粘度反映沥青混合料混合和压实温度的表征。 图4显示了W剂量对135℃下三种老化沥青粘度的影响。 根据老化后沥青变化规律，老化沥青具有比相应的原始沥青更大的粘度。如图4所示，粘合剂的粘度随着W剂量的增加而降低，这表明W可以降低混合物的混合和压实温度，而W的过量添加会降低沥青的粘合性能。为了保证再生沥青和石料的粘合性能，回收沥青的粘度和W的添加应在合理的范围内。此外，与W混合的老化SBS改性沥青（C）的粘度降低相对明显，两种老化基质沥青（A和B）的粘度降低不显着，这意味着具有较大粘度的沥青粘度降低较大。

图4.对135℃三种老化沥青粘度的影响

3.1.4延度

延度可以评估沥青的拉伸变形和弹性。图5显示了W剂量对5℃老化沥青的延展性的影响。与相应的原始沥青的延展性相比，老化沥青粘合剂具有较低的延展性，这与老化后沥青粘合剂的变化规律一致。在图5中可以看出粘合剂的延展性随着W的添加而增加，这表明W可以改善沥青的低温柔韧性和抗裂性。如图5所示，不同沥青粘结剂对W对沥青延性的影响不同。60-80级（A）的延度增量大于其他老化沥青粘合剂（B和C）的延度增量。此外，需要对具有较大延展性的原始沥青进一步改善复原粘合剂的低温柔韧性，如SBS改性沥青（C0）

图5.5℃时W对三种老化沥青延度的影响

3.1.5 废弃食用植物油的最佳用量

上述结果表明，添加废弃食用植物油可以改善老化沥青的物理性能。但是，对于不同的沥青粘合剂，废弃食用植物油的用量应该采用最佳的。使用回归方程式通过编程求解器分析针入度，软化点，粘度和延度的数据。为了准确模拟废弃食用植物油对每个指标的影响，即使是相同的指标也可以使用不同的方程式。假设每个指标值分别恢复到原始沥青的水平，使用回归方程计算出不同物理指标的最佳用量的可食用植物油，其可以反映废物食用植物油对一个样品的不同指标和不同样品的相同指数的影响差异。也采用回归方程计算不同老化程度沥青废弃物食用植物油的最佳理论用量，假设四个指标值同时恢复到原始沥青的水平。因此，计算出四个指标的平均最小误差，使理论上的最佳剂量更准确。所有结果列于表2。一般来说，如果沥青的所有指标都符合规范要求，沥青的性能符合路面要求。结合最佳理论用量与再生器的技术要求和经济原理，发现6.0％W和5.0％W可以看作是老化沥青粘合剂A和B的最佳用量，用来生产其原始粘合剂A0（60- 80级）和B0（40-60级）。另外，含有4.0％W（C2）的样品的物理性质与原始粘合剂C0（SBS改性沥青）具有相似的物理性能。因此，4.0％W可以看作是老化沥青混合料C的最佳用量。由于三种沥青的老化程度和结构组成的差异，W的最佳用量有改善，可以改善老化沥青的物理性能。

表2.基于再生沥青物理指标的W最佳用量

3.1.6 渗透指数（PI）

渗透指数（PI）用于描述沥青的温度敏感性，柔韧性和触变性，并且可以根据渗透指数根据方程式计算。（1）[20]。沥青粘合剂的柔韧性和触变性随着PI的增加而增加。PI也可用于表示胶体沥青的类型。 当PI小于-2时，沥青粘合剂溶液定义为溶胶结构; 当PI大于 2时，溶液定义为凝胶结构; 其他可以定义为溶胶凝胶结构。

PI=[1952-500（pen25）-20SP]/[50log(pen25)-SP-120] (1)

Pen25是指在25℃下穿透沥青，SP是软化点。

图6显示了W对三个老化沥青的PI的影响。如图6所示，粘合剂的PI随着W的加入而增加。这意味着W可以改善沥青的弹性，触变性和温度敏感性。图 6还表明，随着PI的变化，W不能改变沥青的胶体结构。可以看到，含有一定量W的在60-80级（A）和老化SBS改性沥青（C）的PI可以增加到原始沥青一致，但40-60级（B）的不行。老化沥青A和老化沥青C的PI值低于相应的原始沥青，而老化沥青B的PI值高于其原始沥青。

图6.W对三种老化沥青渗透指数的影响

3.1.6渗透率

再生沥青必须具有良好的耐老化性，以保证一定的使用寿命。渗透率可以由公式（2）所得，从而评估沥青耐老化性能。 沥青的耐老化性随着渗透率的增加而提高

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