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《生物資源》2018年第3期

摘要:為研究生物重油對老化瀝青再生的可行性，選取3種生物重油進行試驗。對3種生物重油進行比重、黏度、水分含量、元素分析、紅外光譜等理化性能測試;將3種生物重油按照2%、4%、6%、8%的比例摻配至經室內模擬老化后的70#瀝青中，通過針入度、延度、軟化點、黏度試驗，對比分析3種生物重油對70#老化瀝青再生效果的差異性;參照瀝青混合料最佳瀝青用量的方法確定生物重油的最佳摻量。結果表明:隨生物重油摻量的增加，老化瀝青軟化點和黏度呈下降趨勢，針入度和延度呈上升趨勢;生物重油再生性能存在一定的差異性，生物重油A和B再生性能較好，生物重油C再生性能稍差;生物重油A、B、C最佳摻量分別為3．9%、4．6%、6．4%。

關鍵詞:道路工程;生物重油;再生;老化;物理性能

0引言

生物重油為地溝油或廢棄動植物油脂提煉生物柴油過程中產生的一種工業廢棄物，每處理1噸地溝油或廢棄動植物油脂將產生0．1噸左右生物重油［1］。據統計我國餐飲業每年產生的地溝油高達2000萬噸，全國每年廢棄動植物油脂總計高達1億噸，由此產生的生物重油將高達800萬噸［2］。目前生物重油主要用于鑄芯粘結劑、防水卷材及重質燃料，但大部分生物重油被隨意堆放在戶外，給周邊土壤和空氣造成嚴重污染［3-4］。因此尋求一種高效、環保的生物重油處理方式成為亟需解決的問題。生物重油應用于防水卷材說明其與瀝青具有較好的相容性。生物重油含有大量的不飽和脂肪酸，類似于瀝青中的輕質油分，將其應用于瀝青再生可補充老化瀝青失去的輕質油分。已有研究表明［5-9］:從大豆、海藻等植物中提煉的生物油可有效軟化瀝青，提高瀝青的流變性能和低溫性能;利用廢食物油可改善老化瀝青的物理及流變性能;廢機油可配制瀝青再生劑。由此可見，生物重油應用于瀝青再生具有一定可行性。將生物重油用于瀝青再生，可實現廢物利用、降低造價，具有重要的社會與經濟意義。鑒于此，筆者選取國內3家典型生物柴油廠家生產的生物重油，對比分析3種生物重油的理化性能;將其按照一定比例添加到70#老化瀝青中，通過表征再生瀝青的針入度、軟化點、延度和黏度指標，綜合評價生物重油的再生性能;參照瀝青混合料最佳瀝青用量的方法確定最佳生物重油摻量;以期為生物重油應用于瀝青再生提供一定的理論基礎。

1原材料與試驗方案

1．1原材料

1)瀝青。試驗采用中石化東海牌70#基質瀝青。美國SHRP計劃規定使用RTFOT和PAV分別模擬瀝青短期和長期老化過程。相對于RTFOT試驗，PAV試驗具有操作復雜、條件苛刻、可控因素多、試驗時間長等缺點。相關研究顯示:延時RTFOT能等效于PAV，同時具有操作簡便、重復性好等優點，因此，筆者選用延時RTFOT試驗進行老化瀝青的制備。反應時間由85min增加到255min［10］。2)生物重油。選擇國內3家典型生物柴油廠家生產的生物重油進行試驗，分別用A、B、C表示，3種生物重油均為廢棄油脂提煉生物柴油后的副產品。生物重油是一種復雜的混合物，原材料和生產工藝的不同將影響生物重油的性能。采用105℃恒重法、比重瓶法、布氏黏度計、元素分析儀、紅外光譜儀等手段，分別測定3種生物重油的含水量、比重、黏度、元素組成、官能團等理化指標。綜合元素分析與紅外光譜結果可推斷:3種生物重油主要由不飽和脂肪酸、羧酸、甘油脂和烷烴等組成，其對瀝青質具有良好的溶解能力，能有效調節瀝青的黏度，改善老化瀝青的流變性能。

1．2試驗方案

為減少水分對生物重油再生性能的影響，試驗前將生物重油置于105℃的烘箱中進行加熱烘干脫水處理，每隔30min稱重一次直至恒重。經干燥脫水處理后的3種生物重油按2%、4%、6%、8%的比例摻配至70#老化瀝青中，然后在135℃下高速剪切(4000r/min)10min，得到再生瀝青。按照JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》［12］中規定的相關試驗方法測試再生瀝青的針入度、延度、軟化點及黏度等指標，參考瀝青混合料最佳油石比的方法確定生物重油最佳摻量。生物重油最佳摻量確定方法:①對不同摻量下3種生物重油再生瀝青各指標結果進行回歸分析，在回歸方程中代入原狀瀝青的針入度、延度、軟化點值，得到各指標最佳生物重油摻量a1、a2、a3，取平均值作為最佳生物重油摻量OBC1;②以再生瀝青針入度、延度、軟化點符合技術標準的生物重油摻量范圍OBCmin～OBCmax的中值作為OBC2;③取OBC1和OBC2的中值為最佳生物重油摻量OBC。

2結果與討論

2．1生物重油對老化瀝青性能的影響

2．1．1針入度

針入度是我國劃分瀝青標號的最主要依據，表示瀝青軟硬程度、稠度、抵抗剪切破壞能力，也能反映在一定條件下瀝青相對黏度。

2．1．2延度

瀝青的延度與路用性能有密切關系，既反映了瀝青路面的低溫抗裂性能，也可間接反映瀝青的黏度和剪切敏感性。

2．1．3軟化點

軟化點是衡量瀝青高溫穩定性的重要指標之一，軟化點高說明瀝青的高溫穩定性好，抗高溫車轍能力強。

2．1．4黏度

黏度是表征瀝青粘滯性的指標，也是劃分瀝青等級(標號)的主要依據，其反映瀝青在外力作用下，抵抗變形的性能。

2．2生物重油最佳摻量

現行瀝青再生劑摻量的確定方法以材料復合理論為基礎，僅考慮了再生劑對瀝青針入度或黏度的恢復情況，忽略了再生劑對延度和軟化點影響，由此可能導致再生瀝青的針入度或黏度恢復至原狀瀝青水平，但延度和軟化點卻不滿足規范要求的現象。由前文的分析可知:生物重油對再生瀝青針入度、延度、軟化點、黏度的恢復情況各有差異。為綜合考慮生物重油對老化瀝青各指標的影響，按照筆者實驗方法確定生物重油最佳摻量。

3結論

1)生物重油主要由不飽和脂肪酸、羧酸、甘油脂和烷烴等碳氫氧化合物及其氧、硫、氮的衍生物組成的混合物組成，能有效調節瀝青黏度與流變性能。2)老化瀝青的針入度和延度隨生物重油比例的增大呈增加趨勢，軟化點和黏度隨生物重油比例的增加而呈現下降趨勢。生物重油A、B、C的最佳摻量分別為3．9%、4．6%、6．4%。3)生物重油對老化瀝青各指標改善情況各有差異，生物重油的再生效果由小到大排序為:生物重油A、生物重油B、生物重油C。生物重油A對老化瀝青的針入度和軟化點恢復程度較好，對黏度和延度恢復程度稍差，生物重油B和C對老化瀝青針入度和延度改善效果較佳，對軟化點與黏度改善效果稍差。

作者：朱洪洲；鐘偉明；萬逸秋；向浩；楊洋 單位：重慶交通大學交通土建工程材料國家地方聯合工程實驗室