紫外老化对废食用植物油再生沥青性能的影响
作者：标准集团 添加时间：2019-09-09 15:19
近年来,我国在道路工程建设领域产生了大量的废旧沥青混合料,面对日益增长的环境和资源压力,如果这些废旧沥青混合料得不到正确处理,会带来严重社会和环境问题.因此,如何高效再生利用废旧沥青混合料是道路界一直关注的问题.
传统的再生方式是利用矿物油再生剂对废旧沥青进行再生,但存在许多弊端,如矿物油再生剂只能在短期内降低老化沥青的黏度且自身易挥发,在高温下组分易散失,再生过程中也会产生大量的有害气体等[3-4].同时,石油资源日益枯竭,造成矿物油再生剂成本不断提高,因此,急需开发一种代替矿物油的再生剂来缓解此矛盾[5-6],国内外学者提出了利用废食用植物油作为再生剂的想法.冷滨滨[7]通过对SBS改性沥青、50#、70#三种沥青添加不同掺量废食用植物油进行再生,研究再生剂掺量对沥青的抗疲劳能力以及组成结构的影响规律,发现适宜掺量的废食用植物油可提高沥青的抗疲劳性能.满琦[8]发现在添加相同再生剂掺量的条件下,废食用植物油再生沥青比矿物油再生沥青的低温等级提高了1个等级且成本大幅度降低.季节[9]利用DSR、BBR和旋转黏度(RV)试验来测试再生沥青的高低温性能,结果表明添加6%～8%植物油再生剂能有效降低老化沥青的黏度和刚度,有利于提高再生沥青的高低温和抗疲劳性能.M.Zaumanis[10]研究了5种(废弃植物油、废蔬菜油脂、有机油、蒸馏妥尔油、芳香提取物)不同废食用植物油再生剂及其再生混合料的性能,发现废食用植物油可将沥青PG等级从PG94-12降到PG64-22,且再生混合料具有很好的抗车辙能力.谭忆秋[11]对紫外老化后的5种沥青进行了DSR、BBR以及红外光谱试验,发现胶质和芳香分是影响沥青紫外老化的主要因素.祁欣[12]分析了橡胶硫化沥青在紫外老化过程中性能的变化规律,发现其延度和软化点降低速率小于基质沥青,说明橡胶硫化沥青具有较强抗紫外老化的性能.王佳妮[13]利用红外光谱和紫外光谱分析了紫外老化过程中沥青组分的迁移和胶体结构的变化,发现随着紫外老化时间的延长,沥青胶体结构由溶胶向凝胶转变.
由此可见,国内外已经通过大量的试验来研究废食用植物油再生沥青的性能,但研究紫外光对废食用植物油再生沥青性能影响的相对较少.基于此,笔者以紫外光作为老化因素,在室内进行模拟70#和SBS两种废食用植物油再生沥青紫外老化试验,通过控制不同的紫外老化时间,重点研究紫外光对废食用植物油再生沥青性能的影响规律;试验表明:与紫外老化之前的废食用植物油再生沥青相比,经过紫外老化后,其低温性能变化不明显,而抗疲劳性能和弹性恢复能力降低.
1 试验方法与材料
1.1 DSR试验
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中的DSR(T0628)试验要求,主要进行温度扫描和频率扫描试验[14].
1.1.1 温度扫描
试验温度为4～31 ℃,以3 ℃为温度的变化梯度,转子类型选用8 mm,间隙为2 mm,频率设置为固定值10 rad/s.
1.1.2 频率扫描
试验温度为25 ℃,转子类型选用8 mm,间隙为2 mm,频率设置0.05～628 rad/s.
1.2 BBR试验
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定[14],进行BBR(T0627)试验.其中:试验温度为-6 ℃、-12 ℃以及-18 ℃.
1.3 试验材料
1.3.1 原样沥青
选用70#基质沥青和SBS改性沥青.
1.3.2 废食用植物油再生剂
采用废食用大豆油作为再生剂,其基本性能见表1.
1.3.3 老化沥青
分别对两种原样沥青进行旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和压力老化试验(PAV)得到不同老化沥青.
1.3.4 再生沥青
利用废食用大豆油对老化沥青进行再生,掺量为4%,其制备过程如图1所示.
1.3.5 紫外老化再生沥青
利用紫外加速耐候仪(UV)对再生沥青进行紫外老化,紫外老化温度为60 ℃(模拟路面的温度情况),辐照强度为1.6 W/m2(根据拉萨地区平均日辐照量计算),由于紫外老化的发生主要集中在前期,后期老化比较缓慢[15],以24 h为一个老化周期(1 T),老化时间分别取1 T的1/4、1/2、2倍、4倍及6.25倍,即紫外老化时间分别为6 h,12 h,24 h,48 h,96 h,150 h.图2、图3为正在进行紫外老化以及经过紫外老化后的沥青试样.
2 试验结果与讨论
2.1 DSR试验
2.1.1 温度扫描
图4为经过不同紫外老化时间后的70#和SBS改性再生沥青的疲劳因子(G*·sinδ)与温度之间的关系.
由图4和表2可知:
(1)无论是70#还是SBS改性再生沥青,在同一温度下,随着紫外老化时间的不断增加,两种再生沥青的疲劳因子在不断下降,但疲劳极限温度却在逐渐增加,说明紫外老化时间的增加会降低再生沥青的疲劳性能.
(2)相对于SBS改性沥青,70#沥青经过不同紫外老化时间后,其疲劳因子下降幅度要高于SBS改性沥青,如在19 ℃时,经过紫外老化6 h与150 h后的70#沥青,其疲劳因子的下降幅度了800 MPa,而对于SBS改性沥青,其疲劳因子的下降幅度为375 MPa,仅为70#沥青的50%左右.
(3)当紫外老化时间小于48 h时,70#沥青的疲劳极限温度增加0.68 ℃,变化幅度为70%,而SBS改性沥青的疲劳极限温度却增加0.4 ℃,变化幅度为65%.当紫外老化时间大于48 h时,SBS改性沥青的疲劳极限温度变化幅度仅为70#沥青的2/3,说明紫外老化对70#沥青的疲劳性能影响大.
2.1.2 频率扫描
图5为经过不同紫外老化时间后的70#和SBS改性再生沥青的相位角与频率之间的关系.
由图5可知:
(1)相同频率下,无论是70#沥青还是SBS改性沥青,随着紫外老化时间的增加,沥青的相位角在逐渐减小,说明随着紫外老化时间的增加,沥青的弹性恢复能力逐渐降低.
(2)同一紫外老化时间下,无论是70#沥青还是SBS改性沥青,其相位角随频率的增加下降幅度先快后慢,如在0～100 rad/s内,70#沥青相位角的下降幅度为80%,而在100～628 rad/s内,相位角下降幅度仅仅为20%,说明随着频率的增加,70#沥青的弹性恢复能力先急速降低,后缓慢趋于平稳.而对于SBS改性沥青,其相位角下降幅度比70#沥青平稳,如在0～628 rad/s内,相位角下降幅度均为50%,没有明显的转折点,说明SBS改性沥青弹性恢复能力下降幅度较为缓慢.
(3)相同频率下,随着紫外老化时间的增加,70#沥青相位角下降幅度比SBS改性沥青相位角下降的幅度大.如在200 rad/s时,70#沥青经过6 h和150 h的紫外老化后,相位角下降幅度为10°,而对于SBS改性沥青,相位角下降幅度为6°,仅为70#沥青的60%,说明70#沥青相位角的变化对紫外老化时间更加敏感.
2.2 BBR试验
图6、图7为经过不同紫外老化时间的70#和SBS改性再生沥青蠕变劲度S和蠕变速率m-值随温度的变化.
由图6、图7可以看出,同一温度下,无论是70#还是SBS改性沥青在经过不同紫外老化后,其S和m-值变化不显着,如对于70#沥青,在-6 ℃时,经过6 h和150 h紫外老化后,其S差值在5MPa以内,变化幅度小于5%,而m-值差值也仅在0.05以内,变化幅度小于1%,这种现象也同样存在在SBS改性沥青中,说明紫外老化对再生沥青低温性能影响不明显.
3 结 论
(1)相同温度下,随着紫外老化时间的增加,再生沥青疲劳因子逐渐增加,说明再生沥青的抗疲劳性能随老化时间的延长而不断下降.相对于SBS改性沥青,紫外老化对70#沥青抗疲劳性能的影响更为显着.
(2)相同频率下,随着紫外老化时间的增加,再生沥青的相位角不断降低,说明随着紫外老化时间的增加,沥青的弹性恢复能力逐渐降低.相对于SBS改性沥青,70#沥青相位角降低的幅度大,说明紫外老化对70#沥青弹性恢复能力的影响更为明显.
(3)无论是70#沥青还是SBS改性沥青,随着紫外老化时间的增加,再生沥青的S和m-值变化幅度都在5%以内,说明紫外老化对于两种沥青的低温性能影响较小.
