应用 | 基于废旧食用油的温拌环氧橡胶复合改性沥青性能研究

背景

沥青路面在温度、水和车辆荷载耦合作用下，易产生永久变形等病害。环氧树脂改性沥青中的环氧树脂在沥青中形成具有三维空间网络结构的热固性材料，将沥青分子“锁住”，从而改变了沥青的热塑性性质，环氧改性沥青具备较高的强度和模量，在特殊重载道路和机场道面上得到广泛推广和应用。此外，我国每年产生大量废旧橡胶轮胎，道路工程领域常以其制备改性沥青，提高沥青胶结料的高温抗车辙性能和低温抗裂性能。然而，一方面由于环氧改性沥青和橡胶沥青粘度都很高，另一方面环氧改性沥青低温性能相对较差、成本较高，制约了其大范围推广和应用。

为了改善环氧沥青的低温性能，可复配橡胶粉和环氧沥青制备复合改性沥青，使其兼具橡胶改性沥青优异的低温性能和环氧改性沥青优异的高温性能，然而该体系的粘度较高，本研究提出利用废旧食用油降低环氧橡胶复合改性沥青的粘度。通过布氏粘度试验、动态热机械分析、接触角试验和热稳定性分析，探究废旧食用油对环氧橡胶复合改性沥青物理、化学和力学特性影响，从而揭示基于废旧食用油的温拌环氧橡胶复合改性沥青降粘特征和机理。

图1 废旧食用油环氧橡胶复合改性沥青制备流程

实验方法与仪器

采用光学接触角分析仪（德国KRüSS DSA100）测试改性沥青的接触角。测试基材为厚度3 mm的石灰岩薄片，以1500目砂纸对薄片表面抛光处理，清洗和烘干后使用。

结果与讨论

废旧食用油对环氧橡胶复合改性沥青接触角影响

图2 不同废旧食用油掺量环氧橡胶复合改性沥青的集料表面接触角-时间曲线

测试165 ℃下不同废旧食用油掺量环氧橡胶复合改性沥青在石灰岩集料的表面的接触角随时间的变化情况，探究废旧食用油对改性沥青在石灰岩表面铺展的影响，结果见图2。不同废旧食用油掺量环氧橡胶复合改性沥青与集料的接触角均先迅速减小，然后趋于平缓。从整体铺展趋势来看，废旧食用油降低了环氧橡胶复合改性沥青的接触角。定义接触角两阶段变化过程中的切线交点为铺展时间。由图2可见，随着废旧食用油掺量增大，铺展时间逐渐缩短。添加质量分数3%、5%和7%的废旧食用油的环氧橡胶复合改性沥青铺展时间分别为11.1、6.8和3.4 s，与未添加废旧食用油体系（14.7 s）相比，铺展时间分别减少了3.6，7.9，11.3 s。由此可见，废旧食用油显著降低了环氧橡胶复合改性沥青的表面张力，使得复合改性沥青在集料表面迅速铺展。

表1 不同废旧食用油掺量环氧橡胶复合改性沥青的接触角变化

为了进一步探究高温和低温状态废旧食用油对环氧橡胶复合改性沥青接触角影响，分别记录165 ℃（高温）和105 ℃（低温）改性沥青滴落10 s时的接触角（见表1）。随着废旧食用油掺量增大，环氧橡胶复合改性沥青的接触角逐渐减小。由于废旧食用油对环氧组分固化的阻碍和轻质组分的补充，使得环氧橡胶复合改性沥青表面张力及表面能降低，粘度减小，浸润能力提高，宏观表现为接触角减小。

与未添加废旧食用油复合改性沥青相比，添加质量分数3%、5%和7%废旧食用油的环氧橡胶复合改性沥青高温状态（165 ℃）接触角分别下降了4.7%、13.3%和17.1%；低温状态（105 ℃)接触角分别下降了7.9%、17.8%和20.7%。对比下降幅度发现，废旧食用油对环氧橡胶复合改性沥青的低温降粘效果更明显，可显著提高环氧橡胶复合改性沥青低温下的浸润效果，植物性食用油烟点通常在160~170 ℃，165 ℃高温状态下废旧食用油已经达到烟点，高温造成废旧食用油组分氧化和挥发，使其降粘效果变差。

小结

废旧食用油可显著降低环氧橡胶复合改性沥青的粘度，延长环氧橡胶复合改性沥青的施工时间，也提高了其浸润能力，宏观表现为接触角变小和铺展时间大幅度缩短。同时，与橡胶颗粒的交互作用，加剧了橡胶颗粒热解，环氧橡胶复合改性沥青热稳定性降低，表现为初始热解温度降低，但由于其掺量相对较少，对DTG峰值温度和残炭率影响不大。

参考文献：

[1]赫宏伟.基于废旧食用油的温拌环氧橡胶复合改性沥青性能研究[J].热固性树脂,2025,40(02):41-45.DOI:10.13650/j.cnki.rgxsz.2025.02.012.