摻入廢棄食用植物油的再生瀝青物理特性分析,應用物理學論文廢食用油是指烹飪與食品加工中產(chǎn)生的廢棄油脂，包括煎炸廢油、餐飲廢油和地溝油。我們國家廢食用油已成為環(huán)境污染物，并沖擊食品安全。據(jù)報道[1],我們國家每年返回餐桌的地溝油約有200~300萬t,而食用油的年消耗量約2500萬t,由此估算餐桌上使用的油大約10%是地溝油。當前廢食用油主要有2種資源化利用方式[2-6]:〔1〕水解提取脂肪酸制取下游產(chǎn)品，如肥皂、甘油等，缺點是利用量太少，產(chǎn)生二次污染；〔2〕醇解制備生物柴油，是一個比擬好的方向，但存在催化劑不易回收、高能耗、易發(fā)生副反響、成本高等缺點。尋找一種消納量大、工藝簡單且無污染的廢食用油再利用方式方法是急需解決的問題。廢食用油中含有大量不飽和脂肪酸，類似于瀝青中的油分，而瀝青老化后其油分會減少。根據(jù)瀝青再生理論與相關研究[7-10],在老化瀝青中參加低黏度油分或者參加適當黏度的新瀝青進行調(diào)配，可使其再生、到達路用性能要求。關于廢食用油用于瀝青再生的研究，國內(nèi)尚未開展，但有相關專利中提到采用植物油來再生或軟化瀝青[11],國外近年來有少量報道[12-14].可見，廢食用油能夠用于老化瀝青再生。廢食用油用于老化瀝青再生有望通過以廢治廢的方式，實現(xiàn)廢食用油與廢舊瀝青材料的同時利用。只要充分地認識廢食用油對老化瀝青各項性能指標的影響，才能合理地選擇使用、充分地發(fā)揮其再生效果。本研究選取了SBS改性瀝青、AH-50、AH-70三種瀝青進行室內(nèi)加速老化，然后分別摻加3.0%~7.0%的廢食用油，通過測定針入度、軟化點、延度和黏度，研究廢食用油的摻量對不同老化瀝青常規(guī)物理性能的影響規(guī)律，并討論廢食用油用于瀝青再生的可行性。1、實驗部分1.1實驗原料瀝青：SBS改性瀝青、AH-50、AH-70,其基本物理性能指標見表1.廢食用油：25℃密度0.896g/cm3,20℃黏度0.05Pas.1.2老化瀝青制備將SBS改性瀝青、AH-50、AH-70三種瀝青進行室內(nèi)壓力老化，老化經(jīng)過根據(jù)(公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程〕〔T0630-2018〕中所規(guī)定的相關方式方法進行，以此來制得三種老化瀝青。1.3再生瀝青制備將三種老化瀝青分別摻加3.0%~7.0%廢食用油，并在130℃下，高速〔4000rmin-1〕剪切10min,以此來制得再生瀝青。1.4物理性能測試瀝青的軟化點、5℃延度、25℃針入度和135℃黏度分別根據(jù)(公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程〕〔T0606-2018,T0605-2018,T0604-2018,T0625-2018〕中所規(guī)定的相關方式方法進行測試。2、結果與討論2.1針入度針入度是瀝青的主要質量指標之一，能夠表示瀝青軟硬程度和稠度、抵抗剪切毀壞的能力，反映在一定條件下瀝青的相對黏度。圖1給出了廢食用油不同摻量對不同老化瀝青針入度的影響。由圖1可見：在廢食用油摻量為3.0%~7.0%的范圍內(nèi)，AH-70、SBS改性與AH-50三種再生瀝青25℃針入度值均隨著廢食用油摻量的增大而增大，但增大的幅度因瀝青類型的不同而有差異，以AH-70的效果最為明顯，SBS改性瀝青次之，AH-50相對較差。這講明廢食用油的摻入會使得老化瀝青的稠度減小、黏度降低，但為了保證再生瀝青與集料的黏附性能，則不希望再生瀝青的稠度過于減小，即廢食用油存在一個最佳摻量。2.2軟化點瀝青軟化點反映了瀝青的黏度，也反映了瀝青的溫度敏感性。瀝青軟化點越高，黏度越大，溫度穩(wěn)定性越好，也就是熱穩(wěn)定性好。圖2給出了廢食用油摻量對不同老化瀝青軟化點的影響。從圖2可見：在廢食用油摻量為3.0%~7.0%的范圍內(nèi)，AH-70、SBS改性與AH-50三種再生瀝青軟化點值均隨著廢食用油摻量的增大而減小，但減小的幅度因瀝青類型的不同也有差異，以SBS改性瀝青的效果最為明顯，AH-70次之，AH-50相對較差。華而不實，SBS老化瀝青和AH-50老化瀝青軟化點隨廢食用油摻量的增加，先迅速降低后緩慢降低；AH-70老化瀝青軟化點隨廢食用油摻量的增加，降低速率逐步增加。這講明廢食用油的摻入會使得老化瀝青的溫度穩(wěn)定性降低，因而廢食用油的摻入量不能過高，且對SBS再生瀝青的影響更為顯著。2.3黏度黏度是表征瀝青在外力作用下抵抗剪切變形的能力。瀝青混凝土路面是以瀝青作為膠結料，將松懈的砂石材料黏結起來構成具有一定抗剪能力和抗壓強度的構造物，因而瀝青的黏結性能是非常重要的。黏度反映了瀝青抵抗流動的能力，黏度越大，瀝青混凝土路面抵抗車轍的能力越強，瀝青黏度與瀝青混合料的動穩(wěn)定度基本上成正比關系。因而黏度是評價瀝青高溫性能的重要指標。圖3給出了廢食用油摻量對不同老化瀝青黏度的影響。從圖3可見：在廢食用油摻量為3.0%~7.0%的范圍內(nèi)，AH-70、SBS改性與AH-50三種再生瀝青黏度值均隨著廢食用油摻量的增大而減小，且對SBS老化瀝青的效果最為明顯，AH-50次之，AH-70相對較差。因而，廢食用油的摻入對SBS老化瀝青的降黏效果相對明顯些，而對基質瀝青則相對較差，該規(guī)律與對軟化點的影響規(guī)律有些類似。這講明廢食用油的摻入太多會使得老化瀝青的抗車轍能力變差，為了保證再生瀝青與集料的黏附性能，則不希望再生瀝青的黏度過于減小，因而廢食用油的摻入量不能過高。2.4延度延度能夠衡量瀝青在外力作用下發(fā)生拉伸變形而不毀壞的能力，延度反映了瀝青的柔韌性，柔韌性越好，延度就越大，低溫抗裂性能越好。圖4給出了廢食用油摻量對不同老化瀝青延度的影響。從圖4中可見：在廢食用油摻量為3.0%~7.0%的范圍內(nèi)，AH-70、SBS改性與AH-50三種再生瀝青延度值均隨著廢食用油摻量的增大而增大，但增大的幅度隨瀝青類型的不同而有差異，以AH-70的效果最為明顯，AH-50次之，SBS改性瀝青相對較差。華而不實，SBS老化瀝青延度隨廢食用油摻量的增加呈線性增加；AH-70老化瀝青和AH-50老化瀝青延度隨廢食用油摻量的增加，先迅速增加接著緩慢增加然后逐步加快。這講明廢食用油的摻入會使得老化瀝青的柔韌性變好，低溫抗裂性能變好，且對基質瀝青的效果相對明顯。2.5針入度指數(shù)針入度指數(shù)PI是用以描繪敘述瀝青的溫度敏感性的指標，PI增加，瀝青的彈性和觸變性增加。圖5給出了廢食用油摻量對不同老化瀝青PI的影響從圖5可見：在廢食用油摻量為3.0%~7.0%的范圍內(nèi)，AH-70、SBS改性與AH-50三種再生瀝青PI值均隨著廢食用油摻量的增大而增大，但增大的幅度隨瀝青類型的不同而有差異，以SBS改性瀝青的效果最為明顯，AH-70次之，AH-50相對較差。華而不實，AH-70老化瀝青隨廢食用油摻量的增加，PI先緩慢增加后逐步加快；SBS老化瀝青和AH-50老化瀝青隨廢食用油摻量的增加，PI先迅速增加接著緩慢增加然后逐步加快。這講明當摻入足夠多的廢食用油時能改變?yōu)r青的膠體構造，增加瀝青的彈性和觸變性。針入度指數(shù)可以用來表示瀝青的膠體類型，PI-2為溶膠型構造；PI=+2~-2為溶膠凝膠型；PI+2為凝膠型構造。從圖5中分析可知，AH-70老化瀝青和AH-50老化瀝青的膠體類型為溶膠凝膠型，而SBS老化瀝青的膠體類型為凝膠型；廢食用油摻量為3.0%~7.0%時，三種再生瀝青的膠體類型并未改變，AH-70再生瀝青和AH-50再生瀝青的膠體類型一直為溶膠凝膠型；而SBS再生瀝青的膠體類型一直為凝膠型，但均能知足(公路瀝青路面施工技術規(guī)范〕〔JTGF40-2004〕中PI0的要求。2.6最佳廢食用油摻量確實定對三種再生瀝青的各物理性能指標〔針入度PI、軟化點T、黏度、延度L〕與廢食用油摻量x進行回歸分析，結果如表2所示。以再生瀝青的各物理指標分別恢復到原樣瀝青為參考，根據(jù)回歸方程規(guī)劃求解廢食用油的最佳理論摻量，即求一個摻量使各物理指標與原樣瀝青各物理指標的平均誤差最小。由表2分析可知，廢食用油對不同老化瀝青各物理性能指標改善效果存在差異，華而不實，廢食用油對老化瀝青針入度的改善效果好，基本恢復到原樣瀝青水平；廢食用油對老化瀝青軟化點、黏度和針入度指數(shù)的改善效果良好，基本知足路用要求；廢食用油對老化瀝青低溫延度較大的瀝青〔AH-70和SBS改性瀝青〕的改善效果較差，雖講能勉強知足路用要求，但有待進一步改善。由表2可知三種再生瀝青的最佳理論摻量，結合再生劑技術要求、經(jīng)濟性原則和圖1~圖4分析可知，AH-70老化瀝青摻加6.0%的廢食用油后，針入度、軟化點、黏度分別達到原樣瀝青的107%、102%、116%,而延度只要原樣瀝青的73%,但也能知足路用要求，則6.0%廢食用油可視為此老化條件下AH-70再生瀝青的最佳摻量。其次，AH-50老化瀝青摻加5.0%的廢食用油后，針入度、軟化點、黏度、延度分別到達原樣瀝青的97%、105%、130%、118%,能知足路用要求，則5.0%廢食用油可視為此老化條件下AH-50再生瀝青的最佳摻量。另外，SBS老化瀝青摻加4.0%的廢食用油后，針入度、軟化點、黏度分別到達原樣瀝青的95%、93%、110%,延度到達原樣瀝青的34%,但也能知足路用要求，則4.0%廢食用油可視為此老化條件下SBS再生瀝青的最佳摻量，但其延度有待進一步提高。廢棄植物油用于減緩瀝青老化和瀝青再生的可行性研究3、結束語〔1〕SBS改性瀝青、AH-50、AH-70三種老化瀝青針入度和延度隨廢食用油摻加量的增加而增加；而軟化點和黏度隨廢食用油摻加量的增加而減少。在4.0%,5.0%,6.0%的摻量下，廢食用油分別能使SBS改性瀝青、AH-50、AH-70對應的三種老化瀝青的常規(guī)物理指標基本恢復到原樣瀝青的水平?！?〕廢食用油對老化瀝青不同物理性能指標的改善效果存在差異，華而不實，廢食用油對針入度的改善效果好，一樣摻量下能相對容易地恢復到原樣瀝青水平；廢食用油對軟化點、黏度和針入度指數(shù)的改善效果良好，基本能知足路用要求；廢食用油對低溫延度較大的瀝青〔AH-70和SBS改性瀝青〕的改善效果較差，雖能知足路用要求，但有待進一步改善。〔3〕廢食用油對不同老化瀝青同一物理性能指標的改善效果也存在差異，華而不實，廢食用油對三種老化瀝青軟化點、延度和針入度指數(shù)的降低〔或增加〕效果依次為：SBS老化瀝青、AH-70老化瀝青和AH-50老化瀝青；廢食用油對三種老化瀝青針入度的增加效果依次為：AH-70老化瀝青、SBS老化瀝青和AH-50老化瀝青；廢食用油對三種老化瀝青黏度的降低效果依次為：SBS再生瀝青、AH-50再生瀝青和AH-70再生瀝青。綜上所述，廢食用油用于老化瀝青再生是可行的，但有待深切進入研究?！疽韵聻閰⒖嘉墨I】[1]中國人每年300萬噸地溝油[N/OL].大河網(wǎng)-大河報，2018-09-04.[2]楊慶敏。日本廢食用油處理途徑及對中國的啟示[J].現(xiàn)代論壇，2018,9.[3]王延耀，李里特。廢食用油再利用的研究現(xiàn)在狀況與發(fā)展趨勢[J].糧油加工與食品機械，2003,11.[4]CCEnweremadu,HLRutto.Combustion,emissionandengineperformancecharacteristicsofusedcookingoilbiodiesel:Areview[J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2018,〔14〕。[5]HameedBH,GohCS,ChinLH.Processoptimiza-tionformethylesterproductionfromwastecookingoilusingactivatedcarbonsupportedpotassiumfluoride[J].FuelProcessingTechnology,2018,90〔12〕。[6]OzbayN,OktarN,TapanNA.Etherificationoffreefattyacidsinwastecookingoils〔WCO〕：Roleofion-exchangeresins[J].Fuel,2008,87.[7]許真文，譚巍，郭德棟。瀝青混合料再生劑的試驗研究[J].山西建筑，2007,33〔8〕。[8]呂偉民。瀝青再生原理與再生劑的技術要求[J].石油瀝青，2007,21〔6〕。[9]況棟梁，余劍英，蔡正文，宋獻東。再生劑對不同老化程度瀝青再生性能的影響[J].公路，2018,〔5〕。[10]樊統(tǒng)江，徐棟良，賈敬鵬，陳富強。瀝青砼路面再生技術及其在國外的發(fā)展[J].重慶交通學院學報，2007,26〔3〕。[11]趙永利，黃曉明，劉加平，等。一種環(huán)保型瀝青再生劑及其制備方式方法：中國，101948622A[P].2018.[12]Asphaltrejuvenation,US20180034586A1[EB/OL].[13]MajidZargar,EsmaeilAhmadinia,HallizzaAsli.Moham-edRehanKarim.Investigationofthepossibilityofusingwastecookingo