废食用油生物改性沥青粘结剂性能研究外文翻译资料

 2022-07-29 15:48:59

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废食用油生物改性沥青粘结剂性能研究

重点

  1. 以地沟油为原料制备的生物油作为沥青改性剂。
  2. 研究生物油和控制沥青的化学成分。
  3. 生物油可降低控制沥青的变形阻力。
  4. 生物油可以改善控制沥青的应力松弛性能。
  5. 生物油和控制沥青在静态加热下具有良好的相容性。

关键词：生物油 沥青改性剂 化学成分复数模量 蠕变劲度

摘要

本文研究了废食用油生物油改性沥青粘结剂的性能。首先，采用四组分分离试验和傅立叶变换红外光谱（FT-IR）测试了实验材料的化学成分。然后通过渗透性分级试验研究了生物油改性沥青混合料的物理力学性能、旋转粘度（RV）试验，分离倾向测试、动态剪切流变仪（DSR）试验和弯曲梁流变仪（BBR）试验。四组分分离试验结果表明生物油主要由芳烃、树脂、饱和脂肪烃组成。通过FT-IR测试结果，生物油和控制沥青之间几乎没有化学反应。生物油的加入降低了沥青的软化点和粘度，提高了沥青的渗透性和延展性。分离趋势试验结果表明，生物油和控制沥青在静态热储存条件下具有良好的相容性。此外，生物油的加入降低了复合模量和蠕变劲度，增加相位角与沥青的m值，这意味着增加生物油可以减少变形控制沥青的抗弹性和弹性恢复性能，改善应力松弛性能，也有助于提高控制沥青的抗热裂性能。

  1. 介绍

石油沥青是石油炼制的副产品，常用于路面施工。但是石油作为一种不可再生的资源日益稀缺，导致石油沥青短缺。寻找沥青替代品是解决这一问题的新途径。利用其他工业废料替代部分替代沥青，不仅可以降低石油沥青的消耗，同时也可以提高沥青的路用性能。这对资源循环利用和可持续发展具有重大的经济和社会意义。

近年来，许多研究者在寻找传统沥青胶结料的替代物或改性剂。替代粘合剂或改性剂的潜在应用，如生物粘合剂从微藻，分离生物油、棉籽油、甘油、有机蒙脱土纳米粘土等已进行了研究。杨还研究了一种生物油部分取代沥青粘结剂的性能，通过木材快速热解获得的。他们的研究表明，生物油的加入增加了沥青粘合剂的高温性能，降低了沥青混合料的混合温度，并且对沥青胶浆的中低温性能有不利影响。Fini等研究了猪粪热化学转化制备的生物粘结剂改性沥青粘结剂的性能。试验结果表明，生物粘结剂的加入改善了沥青的低温性能，但降低了沥青粘结剂的高温等级。Peralta等通过植物残渣快速热解制备生物粘合剂。结果表明，该生物粘结剂可作为沥青粘结剂的改性剂、添加剂或抗氧剂。生物粘结剂的基本性能满足沥青粘结剂的规范要求，掺入橡胶可以显著提高生物粘结剂的性能。虽然许多研究人员生产的沥青替代品或改性剂从生物质材料，很少有人集中在废油产品。在中国，每年有大量的废弃食用油产生，估计超过500万吨。近年来，人们用碱催化法从废食用油脂中提取生物柴油。然而，在生物柴油生产过程中，约10%的生物油副产物会产生。这种生物油是黑色粘稠液体与甘油和肥皂混合，被认为是一个潜在的沥青或沥青改性剂替代品。本文以生物油为沥青改性剂，研究了生物油改性沥青的性能，考察了生物油对沥青胶浆性能的影响。四组分分离试验、红外光谱测试、粘度分级试验，分离倾向测试，DSR试验和BBR试验主要研究了生物油的物理化学作用， 沥青胶结料的力学性能。与常规PG分级的试验条件不同的是，老化的效果是不包括在这项研究中的DSR和BBR试验期间。

  1. 原料与实验方法

2.1沥青粘结剂

在这项研究中，以40 / 60针入度沥青从中国吉林生产的为控制沥青。其基本性能如表1所示，均符合中国规范的要求（JTG F40-2004）。软化点试验的加热速度为5°C / min，拉伸试验拉伸速度为5 cm / min。

2.2生物油

本研究所用的生物油为黑色油状液体，是生物柴油废食用油精制的副产品。如图1所示，在废食用油生产生物柴油的过程中，废食用油中的游离脂肪酸首先通过甲醇转化为脂肪酸甲酯 硫酸催化剂，这一过程称为预酯化。然后废食用油中的脂肪酸甘油酯是由氢氧化钾催化剂作用甲醇转化为脂肪酸甲酯，这过程称为酯交换反应 。脂肪酸甲酯是生物柴油的主要组成部分，在这些过程中的残留物是在这项研究中使用的生物油。在加入生物油进入控制沥青之前，物理 生物油的性质进行了研究。具体而言，生物油的水分含量为3.1%重量，密度在15°C为0.95克/立方厘米。此外，在室温（25°C）的生物油的旋转粘度被确定为146 3兆帕。由于预酯化和酯交换过程中可能引入的酸和碱的原始混合物中，生物油的pH值也需测量，实验得6.1。因此， 生物油几乎是中性的。

2.3材料的制备

首先，控制沥青在一个温度调节的加热器均匀地加热和使用高剪切混频器连续搅拌。然后，0%，2%，4%，6%和8%生物油加入控制沥青，当试验温度达到135°C时，用沥青混合料，用高剪切混合机混合，搅拌速度为5000转/分钟，达到均匀混合状态。沥青粘合剂的使用在本研究中，在表2。

2.4实验方法

首先进行了四组分分离试验和FT-IR实验，分析了BP和磁悬浮轴承的化学性质。然后，研究了渗透了磁力轴承的物理力学性能离子分级测试，RV试验，分离倾向测试，DSR试验和BBR试验。本研究所用的实验方法，简称中国规范（JTG e20-2011）。本研究的流程图如图2所示。

2.4.1四组分分离试验

根据T0618四组分分离试验，分析生物油和控制沥青之间的化学成分差异。在测试过程中，0.5–1 g样品溶解在正庚烷。在这个过程中，沥青质首先分离。正庚烷可溶组分倒入玻璃吸附柱中填充活性氧化铝，然后饱和，香料与树脂进行分离，用正庚烷、甲苯、甲苯/乙醇（体积比1:1）[21,22]。

2.4.2傅立叶变换红外光谱（FT-IR）测试

FT-IR测试进行分析的官能团之间的差异BP和磁力轴承。测试样品溶解在5重量%浓度的二硫化碳，滴落在KBr表和控制 填充膜的厚度要适当150 LM，然后进行32次测试的频谱范围从400到4000厘米Agrave;1 [ 16 ]。

2.4.3渗透软化点和延展性试验

根据T0604，渗透测试是用于评价沥青材料的硬度。在试验过程中，在25°C水浴下存放一个装有沥青样品的容器，存放90分钟， 然后由100克的针渗透，渗透深度测定单位为0.1毫米。

根据T0606，软化点试验是用来确定沥青材料发生whichphase变化的温度。在测试过程中，两个钢球被放置在水平线上垂直支撑金属环中沥青试样的滤饼盘。该组件在水浴中加热5°C /分钟。

软化点被记录为平均温度，在这两个磁盘软化足以让每一个球笼罩在沥青，下降距离为25毫米（1英寸）。它也被称为环和球软化温度（TR amp; B）[ 23 ]。

根据T0605，延展性测试被用来在标准测试条件下的破碎沥青样品的拉伸长度的衡量标准（5厘米/分钟的拉伸速度15°C）。通常认为，低塑性沥青粘结剂在使用中的低温性能较差。

2.4.4旋转粘度（RV）试验

根据T0625，Brookfield粘度计是用于旋转粘度（RV）试验测定沥青材料的流动阻力。在测试过程中，圆柱主轴与特定的DI 直径和有效长度的旋转内填充速度限制沥青容器。在本研究中，试验温度为60°C.

2.4.5分离倾向测试

根据T0661，分离倾向进行测试探讨生物油改性沥青离析的潜力。在测试过程中，将一个充满沥青的铝箔管样品垂直放置在烘箱中，在163°C保持48小时，然后切断水平成相等的部分后冷却，测定了上、下段的软化点。 如果差异小于2.5°C，认为生物油和控制沥青具有良好的相容性[ 24 ]。

2.4.6动态剪切流变仪（DSR）试验

根据T0628，动态剪切流变仪（DSR）是进行测试与测量频率扫描测试模式的复模量和相位角参数的沥青材料的实验，不考虑到老龄化的影响。测试温度包括0°C，10°C，20°C，30°C，40°C，50°C和60°C，在每个温度下，频率范围为0.1 -赫兹。应变控制模式在本试验中，所施加的应变水平被控制为0.5%。通过考察生物油改性沥青的线性行为范围，确定了该菌株的应变水平。8毫米直径仪表板和2毫米的间隙时，使用测试温度低于40°C，否则，使用的直径为25毫米的板和1毫米的差距。

2.4.7弯曲梁流变仪（BBR）试验

根据T0627，弯曲梁流变仪（BBR）进行测试，测量低温下沥青材料的刚度和较强的参数，也不考虑老化。测试温度包括- 18°C，- 24°C和- 30 C。

表1

40 / 60渗透等级沥青的性能

图1 生物油制备技术

表2

本研究中使用的沥青粘合剂的IDS

图3四组分分离试验结果

图2 生物油改性沥青试验流程图

  1. 结果与讨论

3.1 四部分组成

四组分分离试验结果如图3所示。研究表明，生物油中沥青质含量小于1%，在研究过程中可以忽略不计。相比在这项研究中采用的控制沥青，生物油中的沥青质和芳烃含量较小，而且饱和，生物油中的树脂含量相对较高。因此，类似 对于馏出物产品，生物油可被视为不含沥青质，应注意，与生物油相关的列在图3中不占到100%。事实上，我国规范四组分的百分比计算方法有两种（t0618 JTG e20-2011）。第一个建议测量沥青质的成分，芳烃和饱和SEP 分离测试，以百分百的减沥青质得到树脂成分、芳烃和饱和烃。在这种情况下，与生物油相关的列将高达100% 第二种方法是通过测定四组分分离试验中不同组分的实际残留重量，得到这四组分的百分比。因此，如果有一些挥发性生物油在分离试验过程中，最终残留量与原材料重量之间存在差异。因此，图3中与生物油相关联的列不可归纳为100%。

3.2 官能团

通过分析BP和AMB的红外光谱吸收峰的波数和相应的官能团如表3所示。很明显，BP和A0都含有饱和的碳氢化合物和酰胺。此外，BP有脂质，而具有芳香族化合物和亚磺酰基化合物A0。在控制沥青中添加生物油后，A4和A8的红外光谱有新的吸收峰。然而，有趣的是，这些新的吸收峰位置与BP的红外光谱基本一致，并没有其他新的吸收峰，这表明生物油和控制沥青是物理混合，他们之间几乎没有化学反应。

3.3渗透，软化点和延展性

渗透性，软化点和延展性测试结果显示在图4 - 6。图4表明，随着生物油的加入，渗透性增加。同时也发现生物油含量超过4%时，渗透浓度增加较快。图5表明随着生物油含量的增加软化点逐渐减小。图6表明生物油含量大于6%时，延展性增加生物油添加量增加，生物油含量急剧下降。8%掺量的异常点可能是由于生物油在控制沥青中的离析。不同的渗透和软化点的测试，在测试样品的拉伸延性断裂带5厘米/分钟拉伸速度。在这个过程中，样品的横截面的直径将得到SMA ller小到小于十分之一毫米。考虑到试验样品的较小规模和施加的拉伸加载方式，生物油在控制沥青中的离析现象 可对延展性试验效果更显著的效果。

综上所述，生物油改性沥青胶具有较高的渗透性、软化点和较大的塑性。一般来说，渗透和软化点表明沥青粘合剂的粘度，延展性。在渗透分级系统中，渗透深度、软化点和延性与沥青胶结料性能有着密切的关系。寒冷的气候下通常使用高渗透数、高塑性数和低软化点的沥青粘合剂，而低渗透数、低延展性的沥青粘合剂 纤维和高软化点用于温暖和热的气候。

3.4旋转粘度

电磁轴承的旋转粘度测试结果如图7所示。可以发现，生物油的加入降低了沥青粘合剂的粘度，因为稀释效应，然后减少 电磁搅拌混合料的施工温度。因此，与温拌沥青混合料相似，由于沥青混合料的能耗少，沥青烟排放对环境友好 。但过量加入生物油在沥青粘结剂将降低使用性能，如图所示。4 - 6。

3.5兼容性

图8给出了磁悬浮轴承的分离趋势测试结果。试验结果表明，上、下沥青胶结料的软化点差异均小于2.5°C ，48°C在烘箱中垂直存放163°C，说明生物油和控制沥青具有良好的相容性。因此，可以预见，对AMB没有分离问题。

3.6中高温复合模量和相位角

在不同的频率和温度的综合弹性模量和相位角数据进行水平移动，根据时温等效原理的参考温度（TTSP），然后 用广义凸轮模型拟合得到主曲线，根据广义凸轮对生物油改性沥青的力学性能进行了表征。模型，复模量主曲线方程如下：

相角主曲线方程如下：

广义凸轮模型参数的定义如图9所示，广义凸轮模型的典型拟合结果如图10所示。

本研究以20°C为参考温度，在图4中绘制了复合材料弹性模量主曲线和相位角主曲线。模型拟合参数 表4及表5。图11（a）表明复模量随加载频率的增加而增大。复模量主曲线与生物油水平水平方向移动 加入，这意味着生物油的加入降低了沥青复合材料在整个频域的复模量。图11（b）表明，相位角随时间的增加而减小的频率，相位角主曲线也与生物油的水平方向移动，这意味着，生物油的加入增加了沥青粘合剂的相位角的整体 频率域。复合模量（Gfrasl;）可以考虑样品的总变形抗力时反复剪切载荷，而相位角（D），在应用滞后 三维剪应力及由此产生的剪应变。直观的Gfrasl;价值较高、较硬的沥青胶结料。相角是表征粘度和弹性

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