廢食用油/納米蒙脫土復合改性瀝青流變性能研究

李蓓，王冰軒

（1.浙江省交通規劃設計研究院有限公司，杭州310000；2.寧波交通工程建設集團有限公司，浙江 寧波315000）

1 引言

納米蒙脫土屬于一種新型的復合材料，已有研究表明，納米蒙脫土對瀝青的高溫性能有顯著的改善作用，但會影響低溫性能【1】。而部分學者發現將廢棄食用油摻入能夠明顯提高瀝青的低溫抗裂性能以及低溫柔韌性【2】。因此，本文對納米蒙脫土及廢食用油復合改性瀝青性能進行研究，進而為納米蒙脫土及廢食用油復合改性的實際應用提供理論依據和技術支持。

2 改性瀝青的制備

選用70#瀝青作為基質瀝青，以納米蒙脫土、廢食用油作為添加劑，分別制備納米蒙脫土改性瀝青、廢食用油改性瀝青和廢食用油/納米蒙脫土復合改性瀝青。

2.1 納米蒙脫土改性瀝青的制備

首先將定量70#基質瀝青放入150℃烘箱中加熱溶解，然后從烘箱中將70#基質瀝青取出，按照室內聚合物改性瀝青的制備工藝進行制備。剪切溫度160℃，剪切速率4 500r/min，剪切時間20min。最后，在制備納米蒙脫土改性瀝青過程中，需要在剪切完成后，保持不低于160℃的溫度條件下，繼續手動攪拌15min，以保證瀝青材料充分均勻混合。

2.2 廢食用油改性瀝青的制備

按照室內聚合物改性瀝青的制備工藝，首先將定量70#基質瀝青放入135℃烘箱中加熱溶解，同時，使用油浴加熱的方式對定量的廢食用油加熱，溫度控制也是控制在135℃。然后從烘箱和油浴中將70#基質瀝青和廢食用油同時取出，控制剪切溫度150℃，剪切速率4 500r/min，剪切時間30min。

2.3 廢食用油/納米蒙脫土改性瀝青的制備

本次制備擬定先摻加廢食用油進行高速剪切，然后再添加納米蒙脫土進行后續的剪切。首先，按照廢食用油改性瀝青制備工藝進行制備，剪切溫度150℃，剪切速率4 500r/min，剪切時間30min。然后，添加定量的納米蒙脫土，繼續控制溫度在150℃，進行第二次剪切。剪切速率4 500r/min，剪切時間40min。此時，溫度控制較納米蒙脫土改性瀝青的稍低，這是為了保證瀝青的性能良好，溫度過高可能會引起老化，故而延長20min的剪切時間。剪切完成后，保持不低于150℃的溫度條件下，繼續手動攪拌15min，以保證瀝青材料充分均勻混合。

3 廢食用油/納米蒙脫土改性瀝青復配方案的優選

通過瀝青的3大指標實驗，針對不同摻量條件下針入度、軟化點及延度的變化，優選出廢食用油/納米蒙脫土復配的最佳方案。基于現有研究基礎，擬定廢食用油的摻量為1.0%、1.5%和2% 3個梯度；擬定納米蒙脫土的摻量為1.0%、3%和5% 3個梯度，試驗結果如下：

1）摻入廢食用油后，隨著摻量增大，瀝青針入度有所增加，但增加幅度很小；瀝青軟化點有所下降，但下降幅度較小；瀝青延度明顯增大，說明廢食用油可以有效改善瀝青的低溫性能，對高溫性能有不利影響，但影響較小。

2）摻入納米蒙脫土后，瀝青針入度隨著其摻量的增加而減小，當其摻量超過3%時反而針入度又呈增大趨勢，但仍小于基質瀝青的原始針入度；瀝青軟化點隨著其摻量增加而增大，但當其摻量超過3%時反而軟化點又呈下降趨勢，但依舊明顯大于基質瀝青的原始軟化點；瀝青的延度隨著其摻量的增加而減小，但當其摻量超過3%時反而延度又呈上升趨勢，但依舊明顯小于基質瀝青的原始延度值。說明納米蒙脫土可以有效改善瀝青的高溫性能，對低溫性能有負面影響。

3）將廢食用油和納米蒙脫土復配后，發現瀝青針入度明顯小于基質瀝青，而軟化點則明顯大于基質瀝青，兩者呈現趨勢和單獨摻入納米蒙脫土十分相似；而瀝青延度明顯大于基質瀝青，呈現的總體趨勢和單獨摻入廢食用油十分相似。因此，廢食用油和納米蒙脫土復配后，對瀝青的高溫和低溫性能均有改善作用。

本著最大限度地使用廢食用油，再綜合考慮針入度、軟化點和延度3大指標的基礎上，擬定復配的方案為：基質瀝青+2.0%廢食用油+3%納米蒙脫土。且基于此復配水平下，進行后續的流變性能研究。

4 廢食用油/納米蒙脫土改性瀝青流變性能研究

4.1 動態剪切流變試驗

按照AASHTO T 315—2012（DRS）《測試標準方法測定瀝青粘合劑的使用動態剪切流變儀的流變性能（DSR）》中試驗標準，采用動態剪切流變儀（DSR）進行試驗。試驗溫度選取64℃、70℃和76℃3個溫度梯度，試驗頻率為10r/s，控制應變為2.0%條件下進行試驗，試驗結果如表1所示。

表1動態剪切試驗結果

由表1中的試驗結果可得到如下結論：

1）復數模量。廢食用油的添加，導致其值有所降低；而納米蒙脫土的添加，其值顯著提高；將廢食用油和納米蒙脫土復配添加后，復數模量也有所提高，但提高幅度低于單獨添加納米蒙脫土，說明復配方案對瀝青的高溫穩定性仍有所改善。

2）相位角。廢食用油的添加，導致其值有所增大；而納米蒙脫土的添加，其值有所降低；將廢食用油和納米蒙脫土復配添加后，相位角也有所降低，但降低幅度小于單獨添加納米蒙脫土，說明復配方案可以顯著提高彈性性能，進而改善變形恢復能力。

3）抗車轍因子。廢食用油的添加，導致其值有所降低；而納米蒙脫土的添加，其值顯著提高；將廢食用油和納米蒙脫土復配添加后，抗車轍因子也有所提高，但提高幅度低于單獨添加納米蒙脫土，說明復配方案對瀝青的高溫抗車轍能力仍有所增強。

4.2 彎曲梁流變試驗

按照AASHTO TP1—1997《測定瀝青粘合劑使用彎曲梁流變儀的抗彎剛度蠕變的標準測試方法》，將瀝青樣品進行老化處理。采用旋轉薄膜烘箱（RTFO）方法人工模擬瀝青的短期老化，采用壓力老化試驗（PAV）模擬現場道路使用10a后的瀝青的長期老化。在-12℃和-18℃溫度下，控制時間在60s內，進行彎曲梁流度試驗，試驗結果如表2所示。

表2彎曲梁流變試驗結果

由表2中試驗結果可得到如下結論：

1）廢食用油的添加，可以顯著提高蠕變勁度；而納米蒙脫土的添加，則導致蠕變勁度有所降低；將廢食用油和納米蒙脫土復配添加后，所得的改性瀝青的蠕變勁度較基質瀝青提高顯著，說明復配的方案對瀝青的低溫穩定性的改善效果明顯。

2）廢食用油的添加，可以顯著增大蠕變速率；而納米蒙脫土的添加，則導致該值有所降低；將廢食用油和納米蒙脫土復配添加后，所得的改性瀝青的蠕變速率較基質瀝青提高顯著，說明復配的方案對瀝青的低溫抗裂性能也有一定的幫助。

5 結語

本文通過瀝青3大指標試驗確定了納米蒙脫土及廢食用油復配方案，然后根據流變性能對復配方案進行了試驗，主要得出來了以下結論：

1）本著最大限度地使用廢食用油，再綜合考慮針入度、軟化點和延度3大指標的基礎之上，建議復配的方案為：基質瀝青+2.0%廢食用油+3%納米蒙脫土。

2）基于DSR試驗，廢食用油和納米蒙脫土復配加入基質瀝青，可以顯著增強其高溫抗車轍能力，也對瀝青高溫等級有所提高。

3）在BBR實驗中，廢食用油和納米蒙脫土復配加入基質瀝青，對其低溫抗裂性能有一定的幫助。