摘要：為實現(xiàn)地溝油的資源化再利用，并為瀝青改性技術(shù)提供新思路，解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的普通瀝青路面病害問題，本文通過制備高性能環(huán)保型地溝油基生物油改性瀝青，提出兩種改性劑（聚合物改性劑和納米改性劑）對地溝油基生物復(fù)合改性瀝青的影響規(guī)律、改善效果和最佳摻量范圍。結(jié)果表明兩種改性劑對地溝油基生物瀝青復(fù)合改性效果明顯，可實現(xiàn)地溝油的資源化再利用，并可有效改善瀝青混合料的路用性能。

關(guān)鍵詞：地溝油；生物改性；聚合物改性；納米改性；路用性能

中圖分類號：U416.26""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號：1673-6478（2023）03-0165-05

Research on Road Performance of Ditch Oil?based Bio?oil CompoundModified Asphalt

GAO Hengnan PANG Dan GAO Kun

（1. Tianjin Municipal Engineering Design amp; Research Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300392， China;2. Tianjin Market and Quality Supervision and Administration Commission， Tianjin 300070， China;3. Tianjin Traffic and Transportation Integrated Administrative Law Enforcement Team， Tianjin 300000， China）

Abstract： In order to realize the resource recycling of waste oil， provide new ideas for asphalt modification technology， and solve the current increasingly serious problems of ordinary asphalt pavement diseases， this paper prepared a high?performance and environmentally friendly waste oil?based bio?oil modified asphalt， and proposed the influence rule， improvement effect and optimum dosage range of two modifiers （polymer modifiers and nano?modifiers）on gutter oil?based bio?composite modified asphalt. The results show that the two modifiers have obvious effects on the modification of waste oil?based bio?asphalt， which can realize the resource reuse of waste oil and effectively improve the road performance of the asphalt mixture.

Key words： waste oil; biological modification; polymer modification; nano?modification; road performance

0 引言

據(jù)報道，我國食用油年消費量約3"100萬噸，每年回流餐桌的地溝油約350萬噸[1]。據(jù)此計算，我們每吃10頓飯就有可能碰上1頓地溝油。長期食用地溝油將對人體健康造成嚴(yán)重危害。因此，如何對地溝油加以合理回收利用，將其變廢為寶，減少其對人體健康的傷害是一個亟待解決的社會問題?[2?4]。

目前的瀝青改性技術(shù)中，應(yīng)用最廣泛的技術(shù)主要為聚合物改性瀝青[5?8]；近年來納米改性技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展也為瀝青改性技術(shù)提供了新思路、新方?法?[9?10]。

已有研究[11?12]表明，利用地溝油和廢舊膠粉等改性瀝青，可改善原基質(zhì)瀝青性能，能結(jié)合地溝油或橡膠改性瀝青的優(yōu)點，克服單一改性瀝青存在的不足，提高復(fù)合改性瀝青的高、低溫性能。地溝油和橡膠較高的摻量，可以替代部分瀝青，達(dá)到減少瀝青成本的目的。

近年P(guān)U/芳烴油、LDPE/EVA、SBS/膠粉等復(fù)合改性瀝青成為研究熱點，故本研究按照這一思路對地溝油基生物油改性瀝青添加納米材料和聚合物制備復(fù)合改性瀝青混合料進(jìn)行初步探索和研究，提出兩種常用改性劑（聚合物改性劑和納米改性劑）對地溝油基生物復(fù)合改性瀝青的影響規(guī)律、改善效果和最佳摻量范圍。

1 試驗原材料及混合料設(shè)計

1.1 基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青選用70#A級道路石油瀝青。

1.2 地溝油

地溝油主要分三類：（1）油炸食品反復(fù)使用的油；（2）劣質(zhì)動物皮、肉及內(nèi)臟經(jīng)加工提煉出的油；（3）泔水經(jīng)簡單加工提煉出的油。

本試驗采用第三類進(jìn)行研究。

1.3 改性劑

本試驗采用兩種改性劑：聚合物S改性劑和納米材料P改性劑。

聚合物S和納米材料P改性劑的技術(shù)性質(zhì)如表?1、表2所示。

1.4 地溝油基生物油改性瀝青的制備

第一步：選取適量70#基質(zhì)瀝青試樣；

第二步：將基質(zhì)瀝青加熱至160℃，穩(wěn)定2min。

在2min內(nèi)均勻加入潔凈地溝油材料，在160℃和4"500r/min的剪切條件下混合15min；

在?3min?內(nèi)分別均勻加入改性劑，在??160℃和4"500r/min的剪切條件下混合30min；

第三步：冷卻12h得到地溝油基生物油?聚合物S改性瀝青和地溝油基生物油?納米材料P改性瀝?青。

根據(jù)收集到的相關(guān)地溝油基生物瀝青資料及相關(guān)經(jīng)驗，地溝油摻入量擬定5%，聚合物S改性劑摻量在0.3%～0.5%，納米材料P改性劑摻量在3%～5%進(jìn)行試樣制備及試驗。

按照上述改性瀝青制備方法，分別制得4種地溝油基生物油?聚合物S改性瀝青（含量分別為0.1%，0.3%，0.5%，0.7%）；4種地溝油基生物油?納米材料P改性瀝青（含量分別為1%，3%，5%，7%）。加上地溝油基生物油基質(zhì)瀝青，分別為5種改性瀝青備用。

1.5 集料級配

本文選用中面層廣泛使用的AC?20C型混合料作為研究對象。

本文試驗采用的粗集料為唐山遷安石灰?guī)r；細(xì)集料為唐山灤南縣產(chǎn)的機(jī)制砂；礦粉為唐山豐潤石灰?guī)r礦粉，根據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42—2005）的要求進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果如表3～表?5所示：

依據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2019）關(guān)于AC?20C型瀝青混合料級配要求，礦料級配曲線如圖1所示。

?1.6 地溝油基生物油改性瀝青混合料設(shè)計

通過馬歇爾配合比試驗方法，5種地溝油基生物油?聚合物S改性瀝青混合料（S含量分別為0%，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%）的最佳油石比為4.20%、4.22%、4.26%、4.30%、4.38%；5種地溝油基生物油?納米材料P改性瀝青混合料（P含量分別0%，1%，3%，5%，7%）的最佳油石比為4.62%，4.83%，5.05%，5.17%，5.17%。

在最佳瀝青含量下分別拌制5種改性瀝青混合料。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》 （JTG E20—2011）（以下簡稱《規(guī)程》）規(guī)定，成型標(biāo)準(zhǔn)試件需進(jìn)行路用性能試驗。

2 主要路用性能試驗及結(jié)果分析

本文采用車轍試驗進(jìn)行高溫性能檢驗；采用低溫彎曲試驗進(jìn)行低溫性能檢驗；采用浸水馬歇爾檢驗和凍融劈裂試驗進(jìn)行水穩(wěn)定性檢驗。

2.1 車轍試驗

按照《規(guī)程》要求制備車轍試驗試件，并在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行車轍試驗。試驗結(jié)果如圖2、圖3所示。

聚合物S改性劑的加入顯著提高了瀝青混合料的動穩(wěn)定度，且隨摻量增加增幅變大。與基質(zhì)地溝油基瀝青混合料相比，改性劑摻量為0.1%，0.3%，0.5%和0.7%的動穩(wěn)定度分別提高145%，251%，379%和543%。說明聚合物S改性劑能有效提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，試驗結(jié)果滿足規(guī)范要求。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是：聚合物S改性劑的加入顯著提高了原地溝油基改性瀝青的黏度及韌性，在高溫條件下表現(xiàn)為更好的高溫抗車轍性能。

? 納米材料P改性劑的加入同樣提高了基質(zhì)地溝油基瀝青混合料的動穩(wěn)定度，隨摻量增加動穩(wěn)定度先增大后變小，在5%時達(dá)到最大。改性劑摻量為1%、3%、5%和7%的動穩(wěn)定度與基質(zhì)混合料相比分別提高130%、162%、199%和191%。說明納米材料P改性劑可提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能；在摻量5%時高溫性能最好。試驗結(jié)果同樣滿足規(guī)范要求。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是：納米材料P的微觀納米化學(xué)特性在地溝油基改性瀝青內(nèi)部形成穩(wěn)定的膠團(tuán)使得瀝青混合料的黏度提高，勁度增加，高溫抗車轍性能提高；但隨著摻量的增加，納米材料P表現(xiàn)出更多的宏觀粉狀物理特性，使得瀝青混合料的黏度及韌性降低，進(jìn)而降低其高溫抗車轍性能。

2.2 低溫彎曲試驗

按照《規(guī)程》要求制備試驗試件，并在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果如圖4、圖5所示：

? 隨著聚合物S改性劑摻量的增加，瀝青混合料極限彎拉應(yīng)變先升后降，摻量為0.3%時，低溫性能最佳。說明改性劑S在高效改善高溫性能的同時，對低溫性能也有改善，但效果有限；改性劑S摻量0.3%是低溫特性的最佳摻量，此時極限彎拉應(yīng)變增幅21%。

根據(jù)SHRP計劃的研究結(jié)果：瀝青結(jié)合料是決定瀝青混合料低溫抗裂性能的關(guān)鍵因素，對瀝青混合料的低溫抗裂性能的貢獻(xiàn)率達(dá)到90%。使用聚合物S改性劑后的原地溝油基生物改性瀝青混合料低溫性能的提高，主要原因是其增加了地溝油基生物改性瀝青的黏度，提高了韌性及礦料間的黏結(jié)力。

隨納米材料P改性劑摻入量的增加，極限彎拉應(yīng)變略有下降。說明改性劑P對混合料的低溫性能產(chǎn)生了不利影響，但并不明顯，其結(jié)果仍滿足規(guī)范要求。主要原因可能是納米材料P的摻加降低了地溝油基生物改性瀝青的黏度，進(jìn)而影響其低溫性能。

2.3 水穩(wěn)定性試驗

2.3.1 浸水馬歇爾試驗

按照《規(guī)程》要求制備試驗試件，并在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果如圖6、圖7所示：

? 隨聚合物S改性劑摻量增加，殘留穩(wěn)定度先上升后下降，摻量為0.3%時達(dá)到峰值。結(jié)果表明：改性劑S對瀝青混合料水穩(wěn)定性有積極作用，但并不明顯。由浸水馬歇爾試驗得到的水穩(wěn)定性最佳摻量是0.3%。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是：加入聚合物S后，聚合物S與地溝油基改性瀝青結(jié)合，使瀝青和礦料的黏結(jié)力提高，增加了瀝青混合料抗剝落的能力，提高了殘留穩(wěn)定度。當(dāng)繼續(xù)加入聚合物S，混合料中的瀝青被吸收，減弱了瀝青部分的黏結(jié)力，造成瀝青混合料抗剝落能力下降，表現(xiàn)為殘留穩(wěn)定度明顯下?降。

隨著納米材料P改性劑的摻量增加，殘留穩(wěn)定度的變化表現(xiàn)出與改性劑S相同的趨勢和改善效果，僅是變化幅度有所不同，同樣在摻量為0.3%時水穩(wěn)定性效果最佳。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是：納米材料P改性劑提高了瀝青的黏度，使得改性后的瀝青與集料的黏附性增強(qiáng)。而添加劑提高水穩(wěn)性的原因可能是①添加劑與集料干拌時部分熔融于集料表面，提高了集料的黏結(jié)性，即添加劑對集料進(jìn)行了預(yù)改性；②部分添加劑與瀝青形成膠結(jié)作用，增加了瀝青的黏附性。

2.3.2 凍融劈裂試驗

按照《規(guī)程》要求制備試驗試件，并在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果如圖8、圖9所示：

?兩種改性劑凍融劈裂試驗結(jié)果與浸水馬歇爾試驗結(jié)果變化趨勢相似。聚合物S改性劑摻量為0.5%時改善作用最佳；納米材料P改性劑在摻量為0.3%時改善作用最佳。產(chǎn)生這種變化的原因同浸水馬歇爾試驗一致。

3 結(jié)論

（１）地溝油用于瀝青復(fù)合改性技術(shù)，其路用性能技術(shù)指標(biāo)均能滿足規(guī)范規(guī)定，可實現(xiàn)廢物資源化再利用，創(chuàng)造額外價值，本思路存在可行性和現(xiàn)實性。

（２）聚合物S改性劑改善地溝油基生物瀝青混合料的高溫、低溫及水穩(wěn)性能顯著；納米材料P改性劑改善地溝油基生物瀝青混合料的高溫性能及水穩(wěn)性能顯著。

（３）聚合物S改性劑改善地溝油基生物瀝青混合料高溫性能的最佳摻量在試驗范圍內(nèi)越多越好；其改善低溫性能最佳摻量為0.3%；改善水穩(wěn)性能最佳摻量為0.3%（浸水馬歇爾試驗）和0.5%（凍融劈裂試驗）。

（４）納米材料P改性劑改善地溝油基生物瀝青混合料的高溫性能最佳摻量為5%；其對低溫性能產(chǎn)生不利影響，但不明顯；水穩(wěn)性能最佳摻量為3%。

（５）根據(jù)高溫、低溫、水穩(wěn)性能試驗結(jié)果，結(jié)合經(jīng)濟(jì)適用性原則，推薦聚合物S改性劑最佳摻量為0.3%；納米材料P改性劑最佳摻量為3%。

參考文獻(xiàn)：

1. 薛榮. 食品安全危機(jī)預(yù)警機(jī)制建構(gòu)問題研究[D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2011.
2. 陳向國. 地溝油能源化： 必須解決原料供應(yīng)難保障的問題[J]. 節(jié)能與環(huán)保， 2019， （12）： 24?25.
3. 李孟婷， 周博涵， 徐初陽. 地溝油的回收及再生利用現(xiàn)狀[J]. 安徽化工， 2019， 45（4）： 73?74+79.
4. 朱澤宇. 淺析激勵理論在基層政府人事行政中的應(yīng)用[J]. 中國管理信息化， 2019， 22（14）： 186?187.
5. 于華洋， 馬濤， 王大為， 等. 中國路面工程學(xué)術(shù)研究綜述.? 2020[J]. 中國公路學(xué)報， 2020， 33（10）： 1?66.
6. 張歡. 聚氨酯改性瀝青及其混合料路用性能研究[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2020.
7. 魯玉瑩， 余黎明， 方潔， 等. 聚合物改性瀝青的研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料， 2020， 48（4）： 222?225+230.
8. 李俊禧， 尹應(yīng)梅， 張榮輝， 等. 高聚物改性乳化瀝青制備及路用性能研究[J]. 廣東建材， 2020， 36（4）： 11?15.
9. 葛守飛， 張洪亮. 納米改性瀝青綜述[J]. 公路交通科技 （應(yīng)用技術(shù)版） ， 2013， 9（11）： 39?43+46.
10. 張增平， 吳興嬌， 南曉粉， 等. 納米改性瀝青技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 化工新型材料， 2016， 44（2）： 229?231.
11. FINI E H， OLDHAM D J， ABU?LEBDEH T. Synthesis and characterization of biomodified rubber asphalt： sustainable waste management solution for scrap tire and swine manure[J]. Journal of Environmental Engineering， 2013， 139（12）： 1454?1461.
12. PERALTA J， SILVA H M R D， WILLIAMS R C， et al. Development of an innovative bio?binder using asphaltrubber technology[J]. International Journal of Pavement Researchamp;Technology， 2013， 6（4）： 447?456.