废机油与木质素在沥青中的协同作用研究.pdf
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1、道路工程废机油与木质素在沥青中的协同作用研究吕东滨1,胡隆?(1.广西高速公路投资有限公司,广西南宁530 0 2 2;2.广西交科集团有限公司,广西南宁530 0 0 7)摘要:为了研究废机油和木质素在沥青中的协同作用,文章以木质素改性沥青、废机油改性沥青和二者复合改性沥青为研究对象,采用旋转黏度计、弯曲梁流变仪(BBR)和多重应力蠕变和恢复(MSCR)试验来表征沥青的流变特性,基于傅立叶变换红外光谱(FTIR)试验研究这两种改性剂对沥青化学组成的影响。结果表明:木质素改善了沥青的高温稳定性而不利于沥青的低温性能,废机油则降低了沥青的黏度并改善了其低温性能;废机油和木质素的协同作用能弥补单一
2、改性沥青的性能缺陷,复合改性沥青在高温和低温下都有更佳的流变性能。关键词:道路工程;木质素;废机油;流变性能中图分类号:U416.03文献标识码:ADOl:10.132 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 17文章编号:16 7 3-4 8 7 4(2 0 2 3)0 8-0 0 53-0 30引言由于车辆数量的增加伴随着发动机油消耗量的逐步增加,在交通行业中,我国的废机油年均产量为3000多万t1。然而其中只有4 0%的废机油被妥善处理,仅仅8%能被回收利用。废机油含有大量的铅、锌、钡和镁,如果使用过的机油没有得到妥善处理,会威胁生态环境和人身健康。此外
3、,木质素作为可再生资源,是全球仅次于纤维素的第二丰富生物材料2。在造纸行业中,每年平均会产生超千万吨的木质素黑液副产品,如果处理不当,这些黑液废弃物会造成环境污染。在此背景下,许多研究结果表明,由于废机油的化学成分与沥青相似,在沥青中添加废机油能降低其刚度、黏度和高温稳定性,而改善沥青的低温开裂和疲劳开裂性能 3-4。废机油还能降低沥青中的炭基含量,抑制热氧老化作用。同时,木质素已被证明可作为沥青的改性剂,在沥青中添加木质素可提高其粘附性、高温抗变形能力和抗老化性能 5-6。但木质素会使沥青的蠕变刚度提高而蠕变速率值降低,对沥青的低温开裂有负面影响 7。因此,可以考虑选择不同特性的改性剂(如木
4、质素和废机油),基于二者的协同作用进行复合改性,来弥补单一改性对沥青某项性能的负面影响。尽管目前已有针对木质素和废机油对沥青性能影响的研究,但关于两者在沥青中协同作用的研究仍有不足。废机油的软化作用可改善沥青的低温抗裂性,而木质素在高温下的硬化作用能提高沥青的高温抗车辙性能。因此,这两种废弃物的衍生物的综合应用对沥青性能具有改善效果,还能减缓因其处理问题而产生的环境压力。1试验材料和试验方法1.1原材料选择湖南某公司的7 0 号A级道路石油沥青作为基作者简介:吕东滨(19 8 4 一),高级工程师,主要从事高速公路项目建设管理工作。质沥青,表1为沥青的相关技术指标。使用的木质素是由江苏某化工公
5、司提供的基于木材和造纸工业黑液中提取的木质素,其基本性能如表2 所示。废机油是从湖南某汽车修理厂收集而来的,常温下为黑色液体,且并未做任何特殊处理,其元素组成和物理性质如表3所示。表1基质沥青的测试指标表测试指标测试值规范值针入度(0.1 mm)(25 ,10 0 g,5 s)62软化点()48.0延度(cm)(15 ,5 m m/m i n)100表2 木质素的元素组成及物理性质表参数碳(%)氢(%)氧(%)氮(%)硫(%)灰分(%)pH测试值 6 0.4 75.4828.941.000.762.97表3废废机油的元素组成及物理性质表碳拿氢氧氮矿硫密度参数(%)(%)(%)(%)(%)(g/
6、cm3)(MPa s)测试值 15.4 8054.98 28.591.2改性沥青制备以基质沥青、木质素和废机油为原料,共制备了5种改性沥青,如下页表4 所示。5种改性沥青的制备均是使用高速剪切仪在150 下以50 0 0 r/min的速度剪切45min。对于L6+W5和L12+W5沥青试样的制备,改性剂的添加顺序为先添加木质素后添加废机油。对基质沥青也采用上述改性沥青的制备过程处理,以防止老化对沥青试验结果的影响。1.3试验方法为了评价复合改性沥青的高温性能,采用旋转黏度试验和多重应力蠕变与恢复(MSCR)试验,黏度试样为未老化沥青,其测试温度分别为135、150 和16 5,而MSCR试验针
7、对短期老化沥青,测试温度为6 4。采6080461008.3黏度0.310.88982023年第8 期总第19 3期53道路工程用弯曲梁流变仪(BBR)试验,评价长期老化后沥青的低温性能,试验温度分别为-6 和-12。为表征木质素和废机油对沥青化学组成的影响,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验测定沥青试样的化学官能团组成。表4 不同类型改性沥青的组成汇总表沥青类型缩写基质沥青+6%(与基质沥青的质量比)木质素L6基质沥青+12%(与基质沥青的质量比)木质素L12基质沥青+5%(与基质沥青的质量比)废机油W5基质沥青+6%木质素+5%废机油L6+W5基质沥青+12%木质素+5%废机油L12+
8、W5青的高温抗车辙性能,这种性能提升对木质素12%掺量下的L12更为明显。沥青高温性能的改善是因为木质素的硬化作用,这使得沥青在高温下具备足够的刚度,而降低了其发生永久变形的可能性;另一方面,与基质沥青相比W5的R值降低而Ju增加,这说明废机油改性沥青的高温稳定性低于基质沥青。108(%)6R42RJ.312结果与讨论2.1黏度指标旋转黏度能作为表征沥青粘滞性能的指标,一般来说,旋转黏度值越大,沥青抗剪切作用变形的能力越强,则其高温稳定性越好。沥青黏度的差异性反映了沥青路面力学行为的差异性。图1显示了不同类型沥青在不同测试温度下的黏度值。8007006005004003002001000图1旋
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