李蓓，王冰軒

（1.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州310000；2.寧波交通工程建設(shè)集團(tuán)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(fù)合材料，已有研究表明，納米蒙脫土對(duì)瀝青的高溫性能有顯著的改善作用，但會(huì)影響低溫性能【1】。而部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)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(duì)納米蒙脫土及廢食用油復(fù)合改性瀝青性能進(jìn)行研究，進(jìn)而為納米蒙脫土及廢食用油復(fù)合改性的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

2 改性瀝青的制備

選用70#瀝青作為基質(zhì)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(fù)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(zhì)瀝青放入150℃烘箱中加熱溶解，然后從烘箱中將70#基質(zhì)瀝青取出，按照室內(nèi)聚合物改性瀝青的制備工藝進(jìn)行制備。剪切溫度160℃，剪切速率4 500r/min，剪切時(shí)間20min。最后，在制備納米蒙脫土改性瀝青過(guò)程中，需要在剪切完成后，保持不低于160℃的溫度條件下，繼續(xù)手動(dòng)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(nèi)聚合物改性瀝青的制備工藝，首先將定量70#基質(zhì)瀝青放入135℃烘箱中加熱溶解，同時(shí)，使用油浴加熱的方式對(duì)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(zhì)瀝青和廢食用油同時(shí)取出，控制剪切溫度150℃，剪切速率4 500r/min，剪切時(shí)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(jìn)行高速剪切，然后再添加納米蒙脫土進(jìn)行后續(xù)的剪切。首先，按照廢食用油改性瀝青制備工藝進(jìn)行制備，剪切溫度150℃，剪切速率4 500r/min，剪切時(shí)間30min。然后，添加定量的納米蒙脫土，繼續(xù)控制溫度在150℃，進(jìn)行第二次剪切。剪切速率4 500r/min，剪切時(shí)間40min。此時(shí)，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(guò)高可能會(huì)引起老化，故而延長(zhǎng)20min的剪切時(shí)間。剪切完成后，保持不低于150℃的溫度條件下，繼續(xù)手動(dòng)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(fù)配方案的優(yōu)選

通過(guò)瀝青的3大指標(biāo)實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同摻量條件下針入度、軟化點(diǎn)及延度的變化，優(yōu)選出廢食用油/納米蒙脫土復(fù)配的最佳方案。基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，擬定廢食用油的摻量為1.0%、1.5%和2% 3個(gè)梯度；擬定納米蒙脫土的摻量為1.0%、3%和5% 3個(gè)梯度，試驗(yàn)結(jié)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??；瀝青軟化點(diǎn)有所下降，但下降幅度較小；瀝青延度明顯增大，說(shuō)明廢食用油可以有效改善瀝青的低溫性能，對(duì)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(dāng)其摻量超過(guò)3%時(shí)反而針入度又呈增大趨勢(shì)，但仍小于基質(zhì)瀝青的原始針入度；瀝青軟化點(diǎn)隨著其摻量增加而增大，但當(dāng)其摻量超過(guò)3%時(shí)反而軟化點(diǎn)又呈下降趨勢(shì)，但依舊明顯大于基質(zhì)瀝青的原始軟化點(diǎn)；瀝青的延度隨著其摻量的增加而減小，但當(dāng)其摻量超過(guò)3%時(shí)反而延度又呈上升趨勢(shì)，但依舊明顯小于基質(zhì)瀝青的原始延度值。說(shuō)明納米蒙脫土可以有效改善瀝青的高溫性能，對(duì)低溫性能有負(fù)面影響。

3）將廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配后，發(fā)現(xiàn)瀝青針入度明顯小于基質(zhì)瀝青，而軟化點(diǎn)則明顯大于基質(zhì)瀝青，兩者呈現(xiàn)趨勢(shì)和單獨(dú)摻入納米蒙脫土十分相似；而瀝青延度明顯大于基質(zhì)瀝青，呈現(xiàn)的總體趨勢(shì)和單獨(dú)摻入廢食用油十分相似。因此，廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配后，對(duì)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(diǎn)和延度3大指標(biāo)的基礎(chǔ)上，擬定復(fù)配的方案為：基質(zhì)瀝青+2.0%廢食用油+3%納米蒙脫土。且基于此復(fù)配水平下，進(jìn)行后續(xù)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(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

按照AASHTO T 315—2012（DRS）《測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定瀝青粘合劑的使用動(dòng)態(tài)剪切流變儀的流變性能（DSR）》中試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度選取64℃、70℃和76℃3個(gè)溫度梯度，試驗(yàn)頻率為10r/s，控制應(yīng)變?yōu)?.0%條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)結(jié)果

由表1中的試驗(yàn)結(jié)果可得到如下結(jié)論：

1）復(fù)數(shù)模量。廢食用油的添加，導(dǎo)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(fù)配添加后，復(fù)數(shù)模量也有所提高，但提高幅度低于單獨(dú)添加納米蒙脫土，說(shuō)明復(fù)配方案對(duì)瀝青的高溫穩(wěn)定性仍有所改善。

2）相位角。廢食用油的添加，導(dǎo)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(fù)配添加后，相位角也有所降低，但降低幅度小于單獨(dú)添加納米蒙脫土，說(shuō)明復(fù)配方案可以顯著提高彈性性能，進(jìn)而改善變形恢復(fù)能力。

3）抗車(chē)轍因子。廢食用油的添加，導(dǎo)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(fù)配添加后，抗車(chē)轍因子也有所提高，但提高幅度低于單獨(dú)添加納米蒙脫土，說(shuō)明復(fù)配方案對(duì)瀝青的高溫抗車(chē)轍能力仍有所增強(qiáng)。

4.2 彎曲梁流變?cè)囼?yàn)

按照AASHTO TP1—1997《測(cè)定瀝青粘合劑使用彎曲梁流變儀的抗彎剛度蠕變的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》，將瀝青樣品進(jìn)行老化處理。采用旋轉(zhuǎn)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(yàn)（PAV）模擬現(xiàn)場(chǎng)道路使用10a后的瀝青的長(zhǎng)期老化。在-12℃和-18℃溫度下，控制時(shí)間在60s內(nèi)，進(jìn)行彎曲梁流度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2彎曲梁流變?cè)囼?yàn)結(jié)果

由表2中試驗(yàn)結(jié)果可得到如下結(jié)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(dǎo)致蠕變勁度有所降低；將廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配添加后，所得的改性瀝青的蠕變勁度較基質(zhì)瀝青提高顯著，說(shuō)明復(fù)配的方案對(duì)瀝青的低溫穩(wěn)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(dǎo)致該值有所降低；將廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配添加后，所得的改性瀝青的蠕變速率較基質(zhì)瀝青提高顯著，說(shuō)明復(fù)配的方案對(duì)瀝青的低溫抗裂性能也有一定的幫助。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)瀝青3大指標(biāo)試驗(yàn)確定了納米蒙脫土及廢食用油復(fù)配方案，然后根據(jù)流變性能對(duì)復(fù)配方案進(jìn)行了試驗(yàn)，主要得出來(lái)了以下結(jié)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(diǎn)和延度3大指標(biāo)的基礎(chǔ)之上，建議復(fù)配的方案為：基質(zhì)瀝青+2.0%廢食用油+3%納米蒙脫土。

2）基于DSR試驗(yàn)，廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配加入基質(zhì)瀝青，可以顯著增強(qiáng)其高溫抗車(chē)轍能力，也對(duì)瀝青高溫等級(jí)有所提高。

3）在BBR實(shí)驗(yàn)中，廢食用油和納米蒙脫土復(fù)配加入基質(zhì)瀝青，對(duì)其低溫抗裂性能有一定的幫助。