【摘要：】為解決傳統(tǒng)石化油基再生劑價格高昂且性能不穩(wěn)定的問題，文章提出以廢食用油為基礎油分制備一種新型再生劑，并采用動態(tài)剪切流變試驗、多重應力蠕變恢復試驗及彎曲梁流變試驗分析了該再生劑對老化瀝青的還原效果。結果表明：該再生劑黏度較低、閃點較高、短期老化前后黏度比與質量變化小，具備良好的流變性、施工安全性與抗老化性。

【關鍵詞：】廢食用油;再生劑;動態(tài)剪切流變試驗;多重應力蠕變恢復試驗;彎曲梁流變試驗

U416.03A110353

0 引言

隨著我國“十四五”規(guī)劃的發(fā)布，資源循環(huán)利用再次成為公路行業(yè)發(fā)展的趨勢與熱點。瀝青路面作為我國高等級公路的主要結構形式，具有廣闊的再生利用空間。目前，瀝青路面再生方式分為廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生和全深式冷再生[1]。其中，前兩種可以統(tǒng)稱為瀝青路面熱再生，其能夠充分利用廢舊瀝青混合料、減少環(huán)境污染、降低養(yǎng)護造價、恢復路面使用性能，因而成為道路學者研究與應用的熱點。

根據(jù)目前的研究成果與應用現(xiàn)狀可知，影響瀝青路面熱再生施工質量的關鍵之一在于再生劑的質量。傳統(tǒng)的再生劑多以石化油作為基礎油分，但相關研究表明此類型再生劑再生效率低、性能不穩(wěn)定且價格昂貴[2-3]，在一定程度上制約了熱再生技術的推廣應用。近年來，已有學者先后以工業(yè)廢油、新鮮植物油等為主要成分研制出新型再生劑[4-5]，結果表明，不同再生劑對瀝青的再生效果不盡相同，瀝青路面再生劑研發(fā)仍需深入探索。

基于此，本文以廢食用油為再生劑主要成分，摻入增塑劑與抗老化劑復配制得一種新型再生劑。采用動態(tài)剪切流變試驗、多重應力蠕變恢復試驗及彎曲梁流變試驗分析了該再生劑對老化瀝青性能的影響規(guī)律，研究方法與結果對于該再生劑的推廣應用具有指導意義。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

1.1.1 RAP

采用阿布森法從某高速公路瀝青混合料回收料（RAP）中抽提老化瀝青，并對其相關指標進行檢測，結果如表1所示。由表1可以看到，RAP中所含瀝青的針入度、延度較低，導致RAP極易發(fā)生低溫開裂，因此通常添加再生劑以補充RAP瀝青缺失的輕質油分。

1.1.2 再生劑

將購置的廢食用油進行過濾與脫水處理后與90#基質瀝青在120 ℃條件下攪拌均勻，然后添加一定比例的增塑劑與抗老化劑，維持溫度并以400 r/min的速度剪切30 min至形成均勻液體，即得到一種新型再生劑。按照《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTG T 5521-2019）對其相關指標進行測試，結果列于表2。表2中的60 ℃黏度、閃點、短期老化前后黏度比與質量變化分別反映了再生劑的流變性、安全性與抗老化性。結果顯示，該再生劑黏度較低，能夠較容易地軟化老化瀝青并充分融合;閃點遠高于規(guī)范要求的220 ℃，對于提高施工全過程的安全性是極為有利的。同時，該再生劑短期老化前后的黏度比與質量變化很小，表明該再生劑具備優(yōu)秀的抗老化性能，彌補了老化瀝青的不足之處。

1.2 試驗方法

將該再生劑分別以0、9%、12%、15%摻量添加到從RAP抽提出的老化瀝青中，并采用動態(tài)剪切流變試驗（DSR）、多重應力蠕變恢復試驗（MSCR）、彎曲梁流變試驗（BBR）分別評價其路用性能。

1.2.1 DSR試驗

DSR試驗通過對瀝青施加正弦荷載獲得其抗剪能力，本文試驗條件為：試驗溫度52 ℃～76 ℃（間隔6 ℃），加載頻率10 rad/s，應變水平12%。

廢食用油瀝青再生劑制備及性能研究/陳蜀靜

1.2.2 MSCR試驗

MSCR試驗分別在0.1 kPa和3.2 kPa的應力水平下對瀝青進行10次蠕變恢復測試，一次蠕變恢復測試包括1 s蠕變和9 s恢復，試驗溫度為64 ℃和70 ℃。

1.2.3 BBR試驗

BBR試驗本質為瀝青蠕變現(xiàn)象，本文試驗條件為：試驗溫度-12 ℃～-24 ℃（間隔-6 ℃），跨中恒載980 mN持續(xù)240 s，卸載10 s。

2 試驗結果與分析

2.1 DSR試驗

DSR試驗通過計算可以獲得瀝青復數(shù)剪切模量G*與相位角δ兩個粘彈性參數(shù)，美國SHRP規(guī)范采用車轍因子G*/sinδ評判瀝青高溫性能等級，并要求G*/sinδ≥1.0 kPa。本文研究不同溫度及再生劑摻量下再生瀝青的車轍因子如圖1所示。由圖1可知，隨著溫度的增加，再生瀝青車轍因子降低，這主要是由于瀝青作為一種粘彈性材料，具有顯著的感溫性。另外，隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青車轍因子同樣降低，這是因為再生劑的摻入補充了老化瀝青的輕質成分，提高了老化瀝青的黏性比例，瀝青的高溫抗變形能力減弱。根據(jù)SHRP規(guī)范分級標準，當再生劑摻量為9%～15%時，再生瀝青高溫等級為PG70～PG64，原老化瀝青高溫等級為PG76，摻入再生劑后瀝青高溫性能降低1～2個等級，表明該再生劑的摻量不宜過高，否則會顯著降低瀝青高溫抗車轍能力。

2.2 MSCR試驗

圖2為瀝青典型蠕變-恢復曲線的示意圖。根據(jù)加載與卸載過程中的應變變化，可以通過式（1）和式（2）計算得到每個應力水平及加載周期內再生瀝青蠕變恢復率R和不可恢復蠕變柔量Jnr。將不同應力水平下Jnr進行對比，可以得到應力敏感性指標Jnr-diff如式（3）所示。

R（σ，N）=εc（N）-εr（N）εc（N）-ε0（N）×100%（1）

Jnr（σ，N）=εr（N）-ε0（N）σ（2）

Jnr-diff=Jnr，3.2-Jnr，0.1Jnr，0.1×100%（3）

式中：σ——應力水平（0.1 kPa和3.2 kPa）;

ε0（N）——每個加載周期的初始應變;

εc（N）——每個加載周期蠕變部分的應變;

εr（N）——每個加載周期恢復部分的應變;

N——加載次數(shù)。

蠕變恢復率R表征了瀝青的延遲彈性，R越大表明在恢復期的變形恢復越大，瀝青的高溫穩(wěn)定性越好[6]。兩種應力水平下再生瀝青蠕變恢復率R計算結果如圖3（a）和（b）所示。由圖3可知，再生瀝青的R0.1與R3.2均隨再生劑摻量的增加而降低，與溫度的關系也是如此。這說明摻入再生劑與升高溫度對瀝青粘彈性質的影響是一致的，即均提高了瀝青的黏性比例。

不可恢復蠕變柔量Jnr反映了瀝青抗永久變形能力，Jnr越小表明瀝青抗車轍變形能力越強[6]。兩種應力水平下不可恢復蠕變柔量Jnr計算結果如圖4（a）和（b）所示?？梢杂^察到，瀝青Jnr0.1與Jnr3.2均隨著再生劑摻量的增加而增加，但增加的幅度逐漸減小，這說明在一定摻量范圍內該再生劑對瀝青高溫穩(wěn)定性的削弱是有限的。圖4（c）顯示了再生瀝青不可恢復蠕變柔量應力敏感性指標Jnr-diff，Jnr-diff越大表明其對應力水平越敏感。加入該再生劑后，瀝青Jnr-diff值降低約10%～20%，表明該再生劑的摻入降低了瀝青對應力的敏感性，但Jnr-diff與再生劑摻量并未顯現(xiàn)出一定的數(shù)量關系。這可能是由于再生瀝青受應力、溫度與再生劑的耦合影響，其線性與非線性臨界狀態(tài)并不一致，故而導致在不同條件下瀝青應力敏感性出現(xiàn)差別。

2.3 BBR試驗

BBR試驗可以獲得瀝青小梁跨中撓度隨時間的變化關系，通過式（4）～（6）可以計算得到任意時刻瀝青勁度模量S（t）與蠕變速率變化率m（t）。

S（t）=PL34bh3δ（t）（4）

lgS（t）=A+B（lgt）+C（lgt）2（5）

m（t）=dlgS（t）dlgt=B+2Clgt（6）

式中：P——恒荷載（N）;

L——小梁跨度（mm）;

b——小梁寬度（mm）;

h——小梁高度（mm）;

δ——小梁撓度（mm）;

t——加載時間（s）;

A、B、C——擬合參數(shù)。

不同溫度及再生劑摻量下再生瀝青BBR試驗結果如后頁圖5所示。SHRP規(guī)范中采用60 s時小梁彎曲勁度模量S及蠕變速率變化率m評價瀝青低溫性能，并要求S≤300 MPa且m≥0.3。由圖5（a）和（b）可知，隨著溫度的降低，再生瀝青勁度模量增加而蠕變速率變化率降低;隨著再生劑摻量的增加，再生瀝青勁度模量降低而蠕變速率變化率升高。當再生劑摻量為9%～15%時，再生瀝青低溫等級均為PG28，而原老化瀝青低溫等級為PG16，該再生劑使老化瀝青低溫性能提升了2個等級，解決了瀝青路面在長期老化作用下容易產生低溫開裂的問題。綜合考慮瀝青高低溫性能及經濟性，建議該再生劑摻量控制在9%～12%。

3 結語

本文以廢食用油為再生劑主要成分，摻入增塑劑與抗老化劑復配制得一種新型再生劑，通過試驗研究得到以下結論：

（1）該再生劑黏度較低，閃點較高，短期老化前后黏度比與質量變化小，具備良好的流變性、施工安全性與抗老化性。

（2）隨著再生劑摻量的增加，瀝青車轍因子與蠕變恢復率R降低，不可恢復蠕變柔量Jnr升高，應力敏感性Jnr-diff降低，瀝青高溫抗車轍變形能力減弱，當再生劑摻量為9%～12%時，瀝青高溫性能降低1～2個等級。

（3）隨著再生劑摻量的增加，瀝青低溫勁度模量減小而蠕變速率變化率增加，瀝青低溫抗裂性得到顯著增強，當再生劑摻量為9%～12%時，瀝青低溫性能提升2個等級。

（4）以廢食用油為基礎油分制備瀝青熱再生劑具備可行性，綜合考慮瀝青高低溫路用性能及經濟性，建議該再生劑摻量為9%～12%。

參考文獻：

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