掺入废弃食用植物油的再生沥青物理特性分析,应用物理学论文.docx

《掺入废弃食用植物油的再生沥青物理特性分析,应用物理学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《掺入废弃食用植物油的再生沥青物理特性分析,应用物理学论文.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、掺入废弃食用植物油的再生沥青物理特性分析,应用物理学论文废食用油是指烹饪与食品加工中产生的废弃油脂，包括煎炸废油、餐饮废油和地沟油。我们国家废食用油已成为环境污染物，并冲击食品安全。据报道1,我们国家每年返回餐桌的地沟油约有200300万t,而食用油的年消耗量约2 500万t,由此估算餐桌上使用的油大约10%是地沟油。当前废食用油主要有2种资源化利用方式2-6:1水解提取脂肪酸制取下游产品，如肥皂、甘油等，缺点是利用量太少，产生二次污染；2醇解制备生物柴油，是一个比拟好的方向，但存在催化剂不易回收、高能耗、易发生副反响、成本高等缺点。寻找一种消纳量大、工艺简单且无污染的废食用油再利用方式方法是

2、急需解决的问题。 废食用油中含有大量不饱和脂肪酸，类似于沥青中的油分，而沥青老化后其油分会减少。根据沥青再生理论与相关研究7-10,在老化沥青中参加低黏度油分或者参加适当黏度的新沥青进行调配，可使其再生、到达路用性能要求。关于废食用油用于沥青再生的研究，国内尚未开展，但有相关专利中提到采用植物油来再生或软化沥青11,国外近年来有少量报道12-14.可见，废食用油能够用于老化沥青再生。废食用油用于老化沥青再生有望通过以废治废的方式，实现废食用油与废旧沥青材料的同时利用。只要充分地认识废食用油对老化沥青各项性能指标的影响，才能合理地选择使用、充分地发挥其再生效果。 本研究选取了SBS改性沥青、AH

3、-50、AH-70三种沥青进行室内加速老化，然后分别掺加3.0%7.0%的废食用油，通过测定针入度、软化点、延度和黏度，研究废食用油的掺量对不同老化沥青常规物理性能的影响规律，并讨论废食用油用于沥青再生的可行性。 1、实验部分 1.1实验原料 沥青：SBS改性沥青、AH-50、AH-70,其基本物理性能指标见表1. 废食用油：25密 度0.896g/cm3,20黏度0.05Pa s. 1.2老化沥青制备 将SBS改性沥青、AH-50、AH-70三种沥青进行室内压力老化，老化经过根据(公路工程沥青及沥青混合料试验规程T0630-2018中所规定的相关方式方法进行，以此来制得三种老化沥青。 1.3

4、再生沥青制备 将三种老化沥青分别掺加3.0%7.0%废食用油，并在130下，高速4 000r min-1剪切10min,以此来制得再生沥青。 1.4物理性能测试 沥青的软化点、5延度、25针入度和135黏度分别根据(公路工程沥青及沥青混合料试验规程T 0606-2018,T 0605-2018,T 0604-2018,T 0625-2018中所规定的相关方式方法进行测试。 2、结果与讨论 2.1针入度 针入度是沥青的主要质量指标之一，能够表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切毁坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度。图1给出了废食用油不同掺量对不同老化沥青针入度的影响。由图1可见：在废食用油掺 量

5、 为3.0% 7.0%的 范 围 内，AH-70、SBS改性与AH-50三种再生沥青25针入度值均随着废食用油掺量的增大而增大，但增大的幅度因沥青类型的不同而有差异，以AH-70的效果最为明显，SBS改性沥青次之，AH-50相对较差。 这讲明废食用油的掺入会使得老化沥青的稠度减小、黏度降低，但为了保证再生沥青与集料的黏附性能，则不希望再生沥青的稠度过于减小，即废食用油存在一个最佳掺量。 2.2软化点 沥青软化点反映了沥青的黏度，也反映了沥青的温度敏感性。沥青软化点越高，黏度越大，温度稳定性越好，也就是热稳定性好。图2给出了废食用油掺量对不同老化沥青软化点的影响。从图2可见：在 废食用油掺 量

6、为3.0% 7.0%的 范 围 内，AH-70、SBS改性与AH-50三种再生沥青软化点值均随着废食用油掺量的增大而减小，但减小的幅度因沥青类型的不同也有差异，以SBS改性沥青的效果最为明显，AH-70次之，AH-50相对较差。华而不实，SBS老化沥青和AH-50老化沥青软化点随废食用油掺量的增加，先迅速降低后缓慢降低；AH-70老化沥青软化点随废食用油掺量的增加，降低速率逐步增加。这讲明废食用油的掺入会使得老化沥青的温度稳定性降低，因而废食用油的掺入量不能过高，且对SBS再生沥青的影响更为显着。 2.3黏度 黏度是表征沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力。沥青混凝土路面是以沥青作为胶结料，将松

7、懈的砂石材料黏结起来构成具有一定抗剪能力和抗压强度的构造物，因而沥青的黏结性能是非常重要的。黏度反映了沥青抵抗流动的能力，黏度越大，沥青混凝土路面抵抗车辙的能力越强，沥青黏度与沥青混合料的动稳定度基本上成正比关系。因而黏度是评价沥青高温性能的重要指标。图3给出了废食用油掺量对不同老化沥青黏度的影响。 从图3可见：在废食用油掺量为3.0%7.0%的范围内，AH-70、SBS改性与AH-50三种再生沥青黏度值均随着废食用油掺量的增大而减小，且对SBS老化沥青的效果最为明显，AH-50次之，AH-70相对较差。因而，废食用油的掺入对SBS老化沥青的降黏效果相对明显些，而对基质沥青则相对较差，该规律与

8、对软化点的影响规律有些类似。这讲明废食用油的掺入太多会使得老化沥青的抗车辙能力变差，为了保证再生沥青与集料的黏附性能，则不希望再生沥青的黏度过于减小，因而废食用油的掺入量不能过高。 2.4延度 延度能够衡量沥青在外力作用下发生拉伸变形而不毁坏的能力，延度反映了沥青的柔韧性，柔韧性越好，延度就越大，低温抗裂性能越好。图4给出了废食用油掺量对不同老化沥青延度的影响。从图4中可见：在废食用油掺量为3.0%7.0%的范围内，AH-70、SBS改性与AH-50三种再生沥青延度值均随着废食用油掺量的增大而增大，但增大的幅度随沥青类型的不同而有差异，以AH-70的效果最为明显，AH-50次之，SBS改性沥青

9、相对较差。华而不实，SBS老化沥青延度随废食用油掺量的增加呈线性增加；AH-70老化沥青和AH-50老化沥青延度随废食用油掺量的增加，先迅速增加接着缓慢增加然后逐步加快。这讲明废食用油的掺入会使得老化沥青的柔韧性变好，低温抗裂性能变好，且对基质沥青的效果相对明显。 2.5针入度指数 针入度指数PI是用以描绘叙述沥青的温度敏感性的指标，PI增加，沥青的弹性和触变性增加。图5给出了废食用油掺量对不同老化沥青PI的影响从图5可见：在废食用油掺量为3.0%7.0%的范围内，AH-70、SBS改性与AH-50三种再生沥青PI值均随着废食用油掺量的增大而增大，但增大的幅度随沥青类型的不同而有差异，以SBS

10、改性沥青的效果最为明显，AH-70次之，AH-50相对较差。华而不实，AH-70老化沥青随废食用油掺量的增加，PI先缓慢增加后逐步加快；SBS老化沥青和AH-50老化沥青随废食用油掺量的增加，PI先迅速增加接着缓慢增加然后逐步加快。这讲明当掺入足够多的废食用油时能改变沥青的胶体构造，增加沥青的弹性和触变性。 针入度指数可以用来表示沥青的胶体类型，PI -2为溶胶型构造；PI=+2 -2为溶胶凝胶型；PI +2为凝胶型构造。从图5中分析可知，AH-70老化沥青和AH-50老化沥青的胶体类型为溶胶凝胶型，而SBS老化沥青的胶体类型为凝胶型；废食用油掺量为3.0%7.0%时，三种再生沥青的胶体类型并

11、未改变，AH-70再生沥青和AH-50再生沥青的胶体类型一直为溶胶凝胶型；而SBS再生沥青的胶体类型一直为凝胶型，但均能知足(公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中PI 0的要求。 2.6最佳废食用油掺量确实定 对三种再生沥青的各物理性能指标针入度PI、软化点T、黏度 、延度L与废食用油掺量x进行回归分析，结果如表2所示。以再生沥青的各物理指标分别恢复到原样沥青为参考，根据回归方程规划求解废食用油的最佳理论掺量，即求一个掺量使各物理指标与原样沥青各物理指标的平均误差最小。由表2分析可知，废食用油对不同老化沥青各物理性能指标改善效果存在差异，华而不实，废食用油对老化沥青针入度的改善效

12、果好，基本恢复到原样沥青水平；废食用油对老化沥青软化点、黏度和针入度指数的改善效果良好，基本知足路用要求；废食用油对老化沥青低温延度较大的沥青AH-70和SBS改性沥青的改善效果较差，虽讲能勉强知足路用要求，但有待进一步改善。 由表2可知三种再生沥青的最佳理论掺量，结合再生剂技术要求、经济性原则和图1图4分析可知，AH-70老化沥青掺加6.0%的废食用油后，针入度、软 化 点、黏 度 分 别 达 到 原 样 沥 青 的107%、102%、116%,而延度只要原样沥青的73%,但也能知足路用要求，则6.0%废食用油可视为此老化条件下AH-70再生沥青的最佳掺量。其次，AH-50老化沥青掺加5.0

13、%的废食用油后，针入度、软化点、黏度、延度分别到达原样沥青的97%、105%、130%、118%,能知足路用要求，则5.0%废食用油可视为此老化条件下AH-50再生沥青的最佳掺量。另外，SBS老化沥青掺加4.0%的废食用油后，针入度、软化点、黏度分别到达原样沥青的95%、93%、110%,延度到达原样沥青的34%,但也能知足路用要求，则4.0%废食用油可视为此老化条件下SBS再生沥青的最佳掺量，但其延度有待进一步提高。 废弃植物油用于减缓沥青老化和沥青再生的可行性研究 3、结束语 1SBS改性沥青、AH-50、AH-70三种老化沥青针入度和延度随废食用油掺加量的增加而增加；而软化点和黏度随废食

14、用油掺加量的增加而减少。在4.0%,5.0%,6.0%的掺量下，废食用油分别能使SBS改性沥青、AH-50、AH-70对应的三种老化沥青的常规物理指标基本恢复到原样沥青的水平。 2废食用油对老化沥青不同物理性能指标的改善效果存在差异，华而不实，废食用油对针入度的改善效果好，一样掺量下能相对容易地恢复到原样沥青水平；废食用油对软化点、黏度和针入度指数的改善效果良好，基本能知足路用要求；废食用油对低温延度较大的沥青AH-70和SBS改性沥青的改善效果较差，虽能知足路用要求，但有待进一步改善。 3废食用油对不同老化沥青同一物理性能指标的改善效果也存在差异，华而不实，废食用油对三种老化沥青软化点、延度

15、和针入度指数的降低或增加效果 依 次 为：SBS老 化 沥 青、AH-70老 化 沥 青 和AH-50老化沥青；废食用油对三种老化沥青针入度的增加效果依次为：AH-70老化沥青、SBS老化沥青和AH-50老化沥青；废食用油对三种老化沥青黏度的降低效果依次为：SBS再生沥青、AH-50再生沥青和AH-70再生沥青。 综上所述，废食用油用于老化沥青再生是可行的，但有待深切进入研究。 【以下为参考文献】 1中国人每年300万吨地沟油N/OL.大河网-大河报，2018-09-04. 2 杨庆敏。日本废食用油处理途径及对中国的启示 J.现代论坛，2018,9. 3 王延耀，李里特。废食用油再利用的研究现

16、在状况与发展趋势 J.粮油加工与食品机械，2003,11. 4 CC Enweremadu,HL Rutto.Combustion,emissionand engine performance characteristics of used cookingoil biodiesel: A reviewJ.Renewable and SustainableEnergy Reviews,2018,14。 5 Hameed B H,Goh C S,Chin L H.Process optimiza-tion for methyl ester production from waste cooking

17、 oilusing activated carbon supported potassium fluorideJ.Fuel Processing Technology,2018,9012。 6 Ozbay N,Oktar N,Tapan N A.Etherification of freefatty acids in waste cooking oilsWCO：Role of ion-exchange resinsJ.Fuel,2008,87. 7 许真文，谭巍，郭德栋。沥青混合料再生剂的试验研究 J.山西建筑，2007,338。 8 吕伟民。沥青再生原理与再生剂的技术要求 J.石油沥青，20

18、07,216。 9 况栋梁，余剑英，蔡正文，宋献东。再生剂对不同老化程度沥青再生性能的影响 J.公路，2018,5。 10 樊统江，徐栋良，贾敬鹏，陈富强。沥青砼路面再生技术及其在国外的发展 J.重庆交通学院学报，2007,263。 11 赵永利，黄晓明，刘加平，等。一种环保型沥青再生剂及其制备方式方法：中国，101948622AP.2018. 12 Asphalt rejuvenation,US20180034586A1EB/OL. 13 Majid Zargar,Esmaeil Ahmadinia,Hallizza Asli.Moham-ed Rehan Karim.Investigati

19、on of the possibility of usingwaste cooking oil as a rejuvenating agent for aged bitumenJ.Journal of Hazardous Materials,2020,233-234。 14 Hallizza Asli,Esmaeil Ahmadinia,Majid Zargar,MohamedRehan Karim.Investigation on physical properties of wastecooking oil-Rejuvenated bitumen binderJ.Constructionand Building Materials,2020,37。