1、0引言近40年来，我国高速公路建设取得了令人瞩目的成就，但高速公路的建设消耗了大量不可再生的自然资源，如天然骨料和沥青，给环境带来巨大的压力，并增加了施工成本。与此同时，全球每年产生的废物超过15亿t且呈不断增加的趋势1-2。据统计，全球每年约有4 000万t的废机油（WEO）产生3，传统的处理措施是将WEO回收用于生产新的发动机机油或直接丢弃，因此超过一半的WEO被作废。对此，很多学者对WEO用于沥青再生或沥青改性开展研究，并取得了一定的成果。郭兴隆4认为WEO对老化沥青的软化点、针入度、布式旋转黏度等有改善作用，但低温性能恢复程度较小。崔亚楠等5对废机油再生剂开展室内试验研究，得出废机油掺
2、量的增加可提高再生沥青的流变性能和常规性能的结论。田秀华等6对废机油再生沥青的微观结构进行研究，认为在老化沥青中添加废机油之后，沥青在微观结构上不可恢复原样。上述研究多从WEO作为再生剂的角度开展研究，较少考虑将WEO作为改性剂。多聚磷酸（PPA）改性沥青具有高温性能优良、低温性能较差的特点7，而WEO能较好地改善沥青的低温性能，因此本文试图探讨WEO和PPA应用于沥青改性中的可行性。研究的开展可为WEO的二次利用提供思路，同时为工程实践选用合适的WEO、PPA掺量提供参考。1原材料和试验方法1.1原材料本文使用的基质沥青为90#沥青，其技术指标见表1。WEO和PPA的技术指标见表2和表3。本
3、研究中使用的WEO经过简单的精制，初步去除WEO中的水分、轻质燃料、金属粉末等。表190#沥青的技术指标检测指标针入度（24，100 g，5 s）延度（15，5 cm/min）延度（5，5 cm/min）软化点（环球法）短期老化（RTFOT）后质量损失针入度比10 延度单位0.1 mmcmcm%cm检测结果87.215015.846.5-0.0760.211试验方法T0604T0605T0605T0606T0610T0604T0605表2WEO的技术指标指标闪点机械杂质含量氧化稳定性运动黏度（40）单位%minmm2/s检测结果2130.0593842.4试验方法GB/T 3536GB/T 5
4、11SH/T 0193GB/T 265表3PPA的技术指标P2O5含量（%）78.4表面张力（Ncm-1）2.6310-625 密度（g/cm3）1.982沸点（）419多聚磷酸/废机油复合改性沥青性能研究窦健珍（广西北投交通养护科技集团有限公司，广西 南宁 530200）摘要：废机油（WEO）在沥青中的回收利用不仅可以节约不可再生的天然原油资源，还可以减少二氧化碳的排放，促进生态经济建设。文章探讨WEO和多聚磷酸（PPA）复合改性沥青的可行性，通过开展常规试验、温度扫描试验及频率扫描试验，得出试验结果如下：PPA的添加降低了复合改性沥青的针入度和延度，提高了其软化点、温度稳定性和高温性能，W
5、EO掺量的增加虽然有利于复合改性沥青的低温性能和施工性能，但是高温性能下降较多。综上考虑，2%WEO和3%PPA是复合改性沥青的较佳改性剂添加方案。关键词：沥青结合料；WEO；PPA；常规性能；流变性能中图分类号：U414.1文献标识码：A文章编号：1674-0688（2023）07-0086-05【作者简介】窦健珍，广西容县人，任职于广西北投交通养护科技集团有限公司，工程师，研究方向：公路养护管理。【引用本文】窦健珍.多聚磷酸/废机油复合改性沥青性能研究 J.企业科技与发展，2023（7）：86-90.窦健珍.多聚磷酸/废机油复合改性沥青性能研究企业技术实践86本研究中，试验设置的PPA掺量
6、有2种，分别为1%和2%（占沥青的质量），WEO掺量有3种，分别为3%、6%、9%（占沥青的质量）。因此，试验中共有7种沥青结合料，分别为90#沥青、1%PPA+3%WEO+90#沥青、1%PPA+6%WEO+90#沥青、1%PPA+9%WEO+90#沥 青、2%PPA+3%WEO+90#沥 青、2%PPA+6%WEO+90#沥青、2%PPA+9%WEO+90#沥青，将 7种沥青结合料分别命名为90#、1%PPA+3%WEO、1%PPA+6%WEO、1%PPA+9%WEO、2%PPA+3%WEO、2%PPA+6%WEO、2%PPA+9%WEO。1.2试验方法1.2.1常规试验针入度、软化点和延
7、度是评价沥青常温稠度、高温性能和低温性能的3个常用指标，本文采用这3个指标评价复合改性沥青的常规性能。针入度（25）通过用100 g的标准针穿透沥青5 s时的深度表示。软化点试验流程为把确定质量的钢球置于填满试样的金属环上，在规定的升温条件下，钢球进入试样，从一定的高度下落，当钢球触及底层金属挡板时的温度，视为其软化点。延度试验过程为将带有沥青样品的金属模具放置在水槽中，温度控制在10，沥青被拉伸至断裂的长度即为延度。上述操作均按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）中T0604、T0606、T0605的要求进行。1.2.2布式旋转黏度沥青的高温黏度对沥青混合料的施工温
8、度有重要影响。如果沥青的高温黏度过大，则会给沥青混合料的摊铺和碾压带来困难。为研究PPA/WEO对沥青高温黏度的影响，根据我国规范JTG E202011，采用Brookfield黏度计对沥青高温黏度进行评估。试验温度分别设置为75、90、105 和120。在每个试验温度下对应的剪切速度选择为10 r/min、20 r/min、30 r/min、40 r/min和50 r/min，确保扭矩在10%98%。通常，沥青在高温下的黏度越低，施工难度越低。1.2.3动态剪切流变试验利用动态剪切流变试验（DSR）通过复数模量、相位角和车辙因子表征沥青结合料的高温流变性能。通常，沥青的复数模量越大，相位角越
9、小，表明其黏弹性和高温抗变形性能越好。DSR 包含 2种工作模式，即温度扫描（TS）和频率扫描（FS），分别用于检测沥青的高温稳定性和黏弹性。考虑路面的实际工作温度，温度扫描（TS）选定的测试温度范围为5882（间隔温度为6），温度扫描（TS）中的频率恒定为10 rad/s。频率扫描（FS）试验中，频率范围为0.1100rad/s，控制应变为0.1%，满足线性黏弹性范围，测试温度为40。2试验结论2.1常规性能复合改性沥青的常规性能试验结果见表4。从表4中的数据可以看出，所有复合改性沥青的针入度都高于90#沥青。随着PPA掺量的增加，沥青的针入度降低，表明PPA的加入有利于提升沥青的硬度、稠度
10、和抗剪切破坏能力，而WEO则表现出负面影响。同时，1%PPA和 9%WEO添加剂的最大针入度也证明WEO对沥青常温稠度性不利的结论。PPA能够提升沥青常温稠度的原因可能是PPA的存在增加了沥青质的含量，导致沥青变硬；而WEO含有轻质成分，添加WEO后会使沥青的稠度下降，从而降低针入度。表4复合改性沥青常规性能沥青类型90#1%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO1%PPA+9%WEO2%PPA+3%WEO2%PPA+6%WEO2%PPA+9%WEO针入度（0.1.mm）87.2108.4158.7189.6100.3125.6170.1软化点（）46.545.543.240.750.446
11、.143.5延度（cm）355496101223664软化点对沥青的黏度、高温稳定性和温度敏感性有重要影响。从表4可知，软化点的变化趋势与针入度相反，但变化程度没有针入度明显。对于添加1%PPA+3%WEO、2%PPA+6%WEO 的 复 合 改 性 沥青，其软化点与 90#沥青的软化点接近。添加了1%PPA+9%WEO、2%PPA+3%WEO的复合改性沥青的软化点出现最小值和最大值，分别为 40.7和50.4，上升或下降幅度没有针入度指标大。上述结果表明：PPA有利于沥青的软化点，而WEO不利于沥青的软化点，但PPA提升沥青的软化点和WEO降低沥青软化点的程度较小。通常，在WEO含量相同的情
12、况下，改性沥青的软化点随着PPA含量的增加而提高。由此可知，PPA可以提高沥青中树脂的含量，并调整原沥青组分的比例，它能使黏结剂的溶胶-凝胶结构逐渐改变，导致软化点增大8。企业科技与发展，2023年，第7期，总第501期87沥青的延度是评价沥青塑性和低温性能的重要指标之一。延度越大，沥青的塑性和低温性能越好。从表4中可以看出，与软化点相比，WEO/PPA的添加具有更大的延度。在PPA含量相同的情况下，改性沥青的延度随着WEO含量的增加而提高。但当WEO含量不变时，随着PPA含量的增加，沥青的延度呈现出相反的趋势，PPA可能与沥青发生反应，使沥青成为更复杂、更大分子量的结构，导致原始沥青的延展性
13、降低9。以上结果表明，PPA的存在导致WEO改性沥青的塑性降低。添加2%PPA和6%WEO的复合改性沥青的延度与 90#沥青基本相同，只有添加 2%PPA或 3%WEO 的复合改性沥青的延度低于原沥青。因此，WEO/PPA复合改性有利于提升沥青的低温性能和塑性。2.2布式旋转黏度采用布式旋转黏度试验对复合改性沥青的黏温特性进行评价，可用于指导复合改性沥青的施工温度。布式旋转黏度试验结果如图1所示，各种沥青的布式旋转黏度均随温度的升高而降低。经2%WEO和3%PPA改性的复合改性沥青在不同温度下的布式旋转黏度比90#沥青提高幅度均大；而添加1%WEO和9%PPA的复合改性沥青在不同温度下的布式旋
14、转黏度比90#沥青均有所降低。同时，在相同的WEO比例下，沥青的布式旋转黏度随着PPA的增加而增加，表明PPA的存在会增强沥青在外力作用下抵抗剪切变形的能力。这一结果可以解释为PPA增加了沥青中重组分如沥青质的含量。沥青材料具有黏温特性，其性能与温度有关。黏性活化能（Ea）是表征温度对沥青材料影响程度的指标。Ea越大，温度敏感性越高。Ea可以通过Arrhenius方程计算：（T）=AeEaRT（1）其中：为黏度（Pas）；A为回归系数；Ea为黏性活化能（kJ/mol）；R为气体常数（8.314 Jmol-1K-1）；T为绝对温度（K）。不同沥青类型的黏性活化能（Ea）结果如图2所示。由图2可以
15、看出，不同比例的PPA/WEO对90#沥青 Ea的 影 响 不 同。1%PPA+3%WEO、1%PPA+9%WEO、2%PPA+9%WEO复合改性沥青的Ea分别比90#沥青低0.8 kJ/mol、0.1 kJ/mol、0.6 kJ/mol。与90#沥青相比，添加2%PPA+3%WEO复合改性沥青的Ea显著提高，提高幅度达到9%。在PPA掺量相同的情况下，复合改性沥青的Ea随着WEO的增加而下降。导致此种现象的原因是WEO的轻组分对沥青产生软化作用，导致沥青分子的内部约束降低，从而 Ea下降10。90#1%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO1%PPA+9%WEO2%PPA+3%WEO2%P
16、PA+6%WEO2%PPA+9%WEO沥青类型图1布式旋转黏度试验结果90#1%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO1%PPA+9%WEO2%PPA+3%WEO2%PPA+6%WEO2%PPA+9%WEO沥青类型图2不同沥青类型的黏性活化能2.3温度扫描温度扫描试验结果如图3和图4所示。由图3可以发现，所有沥青的相位角都随着温度的上升而增大，说明温度上升会导致弹性的下降。在PPA掺量相同的情况下，WEO的存在增大了相位角，导致沥青弹性下降、黏性上升。当WEO掺量不变时，随着PPA掺量的增加，改性沥青的相位角减小。当PPA掺量不变时，随着WEO掺量增加，复合改性沥青的相位角变小，提升了复合改
17、性沥青的黏性。从图3中还可以发现，除了 2%PPA+3%WEO 和 2%PPA+6%WEO 组合，其余的复合改性沥青相位角在5282 温度范围内均高于 90#沥青；而 2%PPA+6%WEO 仅在 76 和82 温度条件下的相位角低于90#沥青。总体而言，增加PPA的掺量有利于提升90#沥青的弹性，而增加WEO的掺量不利于90#沥青的弹性。窦健珍.多聚磷酸/废机油复合改性沥青性能研究8890#1%PPA+9%WEO2%PPA+9%WEO1%PPA+3%WEO2%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO2%PPA+6%WEO图3相位角525864707682温度（）90#1%PPA+9%WEO2
18、%PPA+9%WEO1%PPA+3%WEO2%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO2%PPA+6%WEO8 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 0000复数模量（Pa）图4复数模量由图4可知，改性剂对90#沥青的复数模量影响趋势不一致。例如，2%PPA+3%WEO的复合改性沥青的复数模量比90#沥青高，而其他5组复合改性沥青复数模量均低于90#沥青。总体而言，PPA有利于提升90#沥青的复数模量，能够提高90#沥青的强度，而WEO弱化了90#沥青的强度。基于不同温度下的复数模量，计算复数模量指数GTS，用于评估沥青的温度敏感性，计算公式如公式（2）。GTS
19、计算结果见表5。GTS的绝对值越大，表明沥青的温度敏感性越高。通过计算结果可知，所有改性沥青的GTS的绝对值都低于90#沥青。因此，添加PPA/WEO 提高了 90#沥青的温度稳定性，同时在WEO含量相同的情况下，改性沥青的GTS随着PPA的增加而降低，表明 PPA 提升了 90#沥青的温度稳定性。lg（lgG*）=GTSlg（T）+C（2）其中：G*为复数模量（Pa）；GTS为复数模量指数；T为温度（K）；C为常数。2.4频率扫描DSR试验的频率扫描试验结果如图5和图6所示。由图5和图6可以发现，无论WEO/PPA的掺入比例如何，复数模量都会随着频率的增加而增加，相位角会随之减小，特别是复数
20、模量在高频时急剧增加，在低频时急剧减少，表明沥青混合料在高频下容易表现出弹性特性，同时较大比例的PPA有助于提高复数模量、减小相位角。当WEO的含量较低时，这种趋势更加明显。以往学者的研究证明，WEO对沥青的高温性能有害8。因此，WEO的最小含量和PPA的最大含量表现出最佳的抗变形性。由于WEO轻质组分的软化作用，WEO对沥青的流动性有积极影响，但会降低沥青的复数模量，而PPA的加入在一定程度上提高了沥青的分子量、重均分子量和分散系数，从而提升沥青的复数模量。表5GTS计算结果沥青类型90#1%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO1%PPA+9%WEO2%PPA+3%WEO2%PPA+6%
21、WEO2%PPA+9%WEOGTS（复数模量指数）-6.291-4.428-4.476-4.814-4.124-4.241-4.516C（常数）16.211.511.712.710.911.011.7R2（拟合系数）0.9980.9870.9810.9780.9840.9810.97990#1%PPA+3%WEO1%PPA+6%WEO1%PPA+9%WEO2%PPA+3%WEO2%PPA+6%WEO2%PPA+9%WEO图5相位角02040608010012010 000 0001 000 000100 00010 0001 000复数模量（Pa）90#1%PPA+6%WEO2%PPA+3%W
22、EO2%PPA+9%WEO角频率（rad/s）1%PPA+3%WEO2%PPA+9%WEO2%PPA+6%WEO图6复数模量3结语本文以90#沥青为基质沥青，对PPA/WEO复合企业科技与发展，2023年，第7期，总第501期89改性沥青开展常规试验（三大指标、弹性恢复）和温度扫描、频率扫描流变试验，得出结论如下。PPA的掺量越高，越有利于提升沥青的高温性能和弹性性能，但损害了沥青的低温性能，而WEO虽然对沥青的低温性能有利，但是对沥青的流变性能不利，因 此 2%PPA+3%WEO 为 复 合 改 性 沥 青 的 较 佳组合。4参考文献1 关婷，査道炯.固体废物跨国转移的动力机制与治理逻辑J.
23、国际政治研究，2021，42（4）：64-79，6-7.2 ANTUNES V，FREIRE AC，NEVES J.A review on the effect of RAP recycling on bituminous mixtures propertiesand the viability of multi-recyclingJ.Construction andBuilding Materials，2019，211：453-469.3ANTUNES V，FREIRE AC，NEVES J，etal.Pyrolysisand combustion of waste lubricant oi
24、l from diesel cars：Decomposition and pollutants J.Journal of Analytical&Applied Pyrolysis，2007，79（1-2）：215-226.4 郭兴隆.废机油再生SBS改性沥青及混合料性能研究 D.西安：长安大学，2022.5 崔亚楠，杜春晓，郭立典.废机油再生沥青的流变性研究J.功能材料，2022，53（10）：10116-10121，10129.6 田秀华，郭渭.废机油对改性沥青感温性及路用性能的影响 J.低碳世界，2019（10）：232-233.7 刘宇，庞守德，马前程.多聚磷酸改性沥青技术研究进展及展望
25、 J.交通运输研究，2022，8（4）：153-164.8 LIU S，PENG A，WU J，et al.Waste engine oil influenceson chemical and rheological properties of different asphaltbindersJ.ConstructionandBuildingMaterials，2018，191：1210-1220.9 LIU S，PENG A，ZHOU S，et al.Evaluation of the ageingbehaviour of waste engine oil-modified asphalt
26、binders J.Construction and Building Materials，2019，223：394-408.10 CAO Z，CHEN M，LIU Z，et al.Effect of different rejuvenators on the Theological properties of aged SBS modifiedbitumeninlongtermagingJ.ConstructionandBuilding Materials，2019，215（10）：709-717.减小钢筋率，不仅有助于提高混凝土浇筑的效率，还能够在确保浇筑质量的同时降低材料成本，实现经济效
27、益和结构性能的平衡。3结语本文针对箍筋约束混凝土结构的受压和受剪性能进行试验研究，得出关键性结论如下：在受压方面，局部受力结构的受压极限承载力与配筋率呈正比关系。当配筋强度相同时，线性方程的斜率越大，钢筋的强度越高，结构的承载能力提高越快。矩形箍筋约束混凝土试件相对于螺旋箍筋试件具有更高的承载能力，能提高受力结构的受压性能。在受剪方面，局部受力结构的受剪承载力包括混凝土抗剪承载力和箍筋抗剪承载力，通过采用高强度的箍筋配置，可以显著提高结构的抗剪承载力。矩形箍筋相对于螺旋箍筋可以使箍筋约束混凝土试件的受剪承载力提高约35%。当配筋率相同时，HRB500螺旋箍筋约束混凝土构件相对于1 860 MP
28、a螺旋箍筋约束混凝土构件的局部受剪承载力略低，表明配筋率与局部受压和受剪承载力都呈线性正比关系，并且高强度的钢筋配置可显著提高结构的承载能力。4参考文献1 蔡绍怀，薛立红.高强度混凝土的局部承压强度 J.土木工程学报，1994（5）：52-61.2 刘永颐，关建光，王传志.混凝土局部承压强度及破坏机理J.土木工程学报，1985（2）：53-65.3 杨波，赵景海，樊承谋.钢纤维混凝土局部承压的试验研究J.哈尔滨建筑工程学院学报，1994（2）：84-89.4 邱明红，邵旭东，刘琼伟，等.UHPC局部受压承载力计算方法 J.交通运输工程学报，2021，21（4）：116-129.5 倪洪将，余振鹏，谢兴华.普通混凝土局部受压与偏载力学性能试验研究 J.混凝土，2018（12）：44-47.6 肖飞，张玉良，纪晗，等.双重环箍在一柱一桩局部承压中的应用研究 J.建筑结构，2018，48（18）：107-112.（上接第71页）窦健珍.多聚磷酸/废机油复合改性沥青性能研究90
