基于材料复合理论的老化沥青再生规律

通过复合材料的性能模型及相关沥青组分调合模型的研究,从理论上说明了再生沥青材料性能的可设计性及其材料复合效应.以老化沥青和新沥青及再生剂为基质组分,设计复合再生试验,通过常规物理指标、SHRP指标和感温指标分析新沥青、再生剂对老化沥青的复合再生规律,并推导了再生沥青的复合性能模型.试验结果表明:再生沥青与新沥青掺量在针入度、软化点、高温车辙因子、低温劲度模量及针入度指数指标方面具有良好的对数线性或线性复合关系;再生剂与旧沥青的复合针入度符合Grunberg方程,且再生剂对老化沥青的再生规律与新沥青对老化沥青的再生规律基本相同;尽管在低温延度方面,新沥青及再生剂与旧沥青的复合规律均较差,但再生剂对旧沥青延度及其他性能的改善远优于新沥青.     

废旧沥青的再生研究

通过对老化沥青组分的分析,提出了研制沥青再生剂的基本思路。使用自制再生剂对老化沥青进行再生,利用核磁共振和红外光谱的方法分析了再生沥青的组分,并考察了再生沥青的基本性能。结果表明,自制再生剂能有效改善旧沥青性能,再生沥青的饱和分和胶质含量上升了,针入度、软化点、延度可以恢复到新沥青的水平。     

不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能研究

目的研究在不同温拌剂、不同老化沥青掺量下的温拌再生沥青性能,分析温拌剂和老化沥青对温拌再生沥青的性能影响.方法对不同温拌再生沥青的旋转黏度、动态剪切流变试验的高温性能及抗疲劳性能、弯曲梁流变试验的低温性能进行分析.结果随老化沥青掺量的增加,沥青的旋转黏度、车辙因子及疲劳因子升高,低温蠕变速率下降;降黏型温拌再生沥青A与普通再生沥青相比,黏度下降20%~30%,高温性能和抗车辙能力降低,其抗疲劳性能和低温性能均有不同程度的提高;表面活性型温拌再生沥青B与普通再生沥青相比,其黏度、高温性能和抗车辙能力基本不变,抗疲劳性能和低温性能略有提高.结论老化沥青提高温拌再生沥青施工温度和高温性能,降低其抗疲劳和低温性能.不同温拌剂对再生沥青的性能影响不同,应根据实际需要选择相应温拌剂.     

渗透型再生剂对再生沥青性能影响的实验分析

为改性老化沥青,恢复老化沥青的路用性能,综合相容性和胶体调和原理,用回收食用油和扩散剂制备渗透型再生剂,对比分析普通型再生剂与渗透型再生剂用量对再生沥青粘滞性和低温性能的影响,并采用动态剪切流变试验测定再生沥青的车辙因子。结果表明,随着再生剂掺量的增加,再生沥青的针入度和延度呈近似的线性增大,软化点、动力粘度和低温蠕变劲度则降低;相比于普通型再生剂,渗透型再生剂的再生效果更好,当渗透型再生剂的用量为6%时,再生沥青的以上性能均可恢复至基质沥青的指标水平,且再生沥青具有合适的车辙因子以满足高温稳定性的要求。     

基于黏弹特性的SBS改性沥青多次再生效果评价

采用动态力学分析方法(DMA法)对SBS改性沥青多次再生前后的黏弹特性进行研究,通过比较复数剪切模量、相位角、车辙因子、弹性恢复率和不可恢复的蠕变柔量等参数评价SBS改性沥青独特黏弹特性的保留程度与再生效果,并采用荧光显微镜对老化与再生过程进行观测.结果表明:随着老化与再生次数的增多,再生剂对SBS改性沥青黏弹性能的再生效果越来越差,SBS改性沥青独特黏弹特性逐渐丧失;多次再生后沥青对应力水平的敏感性增强,弹性恢复能力变差,越来越接近硬质沥青,难以满足适用于SBS改性沥青的MSCR分级标准;老化过程中SBS逐渐发生聚合、相容性变差,再生剂只能补充老化过程中沥青组分的迁移造成的轻质组分的减少,但不能重新分散SBS改性剂、不能改善SBS与沥青的相容性;SBS改性沥青3次及以上再生时,如果只采用再生剂再生,可考虑将之作为硬质沥青进行应用,如果不降低改性沥青路面的路用性能,新添加的改性沥青应添补旧沥青丧失的SBS黏弹特性,针对性定制新的改性沥青将成为技术途径.     

老化SBS改性沥青再生性能预估分析

为了对老化SBS改性沥青再生后的性能进行预估,建立了老化SBS改性沥青再生性能的复合律方程模型;采用基质沥青、改性沥青和再生剂对老化SBS改性沥青进行了再生恢复,测定不同掺配率下再生SBS改性沥青的黏度、针入度、软化点和延度,对复合律方程进行求解得到黏度偏离指数;对不同再生方式再生后的老化SBS改性沥青的性能进行了对比分析.研究结果表明:利用再生性能复合律方程能够较好地预估老化SBS改性沥青的再生性能;基质沥青和再生剂对老化SBS改性沥青的黏度、软化点和针入度具有更好的再生效果,而改性沥青对延度有更好的再生效果.     

橡胶沥青胶结料的老化与再生研究

采用热氧老化的方法研究了老化对橡胶沥青胶结料粘弹性的影响规律,并通过添加再生剂对其软化点、针入度和延度等性能进行恢复。实验结果表明,老化后基质沥青和橡胶沥青的软化点升高、针入度变小、延度降低;老化过程中,基质沥青软化点和针入度的衰减率均大于橡胶沥青,但延度的衰减率则小于橡胶沥青;再生剂能够恢复橡胶沥青性能,但和原样沥青相比,软化点和延度有所降低,针入度则略有增加;延度的再生恢复效率最高,其次是针入度和软化点。     

老化沥青再生性能的预估分析

依托深圳市笋岗路大修工程的沥青路面热再生工程,建立了预估再生沥青性能的复合律方程;应用90#沥青、70#沥青和再生剂对老化沥青进行了再生试验,测定了再生沥青的粘度、针入度和软化点;进行了不同再生方法的复合律方程验证,并对不同再生方法的再生效果进行了比较.研究结果表明:再生沥青的针入度、软化点和粘度指标的再生规律很强,用复合律方程去预估再生沥青的性能是可靠的;再生沥青的针入度对数与沥青(或再生剂)的掺量成正比,再生沥青的粘度对数和软化点与沥青(或再生剂)掺量成反比,这些指标都可以根据复合律方程进行内插或一定程度的外延推算,用于确定再生沥青混合料的配合比设计用量;再生剂比新沥青有更好的再生效果,高标号沥青比低标号沥青有更好的恢复能力.     

“再生-改性”沥青性能研究

目的研究在再生剂和不同掺量改性剂作用下取得的"再生-改性"沥青的性能,为沥青路面再生-改性技术提供试验和理论依据.方法采用两种再生方案对老化沥青进行再生处理,对再生后的沥青进行针入度、软化点、延度、布氏黏度、动态剪切流变和弯曲梁流变等系列试验.结果采用添加再生剂方案再生的沥青其针入度、软化点、延度、车辙因子、临界温度、主曲线、劲度模量和蠕变速率与原样沥青非常接近;采用再生剂加改性剂的再生-改性方案可显著提升沥青的高温抗车辙和低温抗开裂的能力,且随着改性剂掺量的增加"再生-改性"沥青的高低温性能均逐渐增强.结论采用单一添加再生剂的普通再生方案可恢复沥青的高低温性能,采用再生-改性方案再生后沥青的高低温性能均显著优于原样沥青和普通再生沥青.     

萃取法生物油基再生沥青性能及再生机理

为了研究萃取法生物油作为再生剂的可行性,采用自行研制的萃取法生物油基再生剂(SW)分别制备生物油基再生基质沥青和生物油基再生SBS改性沥青。通过常规性能试验、动态剪切流变和弯曲梁流变对2种再生沥青的性能进行评价,采用傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱分析2种沥青的再生机理。研究结果表明：添加掺量(质量分数)为8%、10%的SW再生剂均可将老化基质沥青和老化SBS改性沥青的三大指标和黏度恢复至原样沥青水平;在SW再生剂的作用下,老化基质沥青和老化SBS改性沥青的高温稳定性显著下降,低温抗裂性显著提升,且均能恢复至原样沥青水平;SW再生剂在老化沥青中主要以物理共混形式存在,但仍存在苯酚与甲醛缩聚和烯烃类物质氧化裂解等化学反应;SW再生剂富含大量轻质组分,对老化沥青具有显著的稀释作用;其所含的酚基化合物可促使老化沥青中的高分子量组分转化为小分子量组分,从而导致大分子物质和中分子物质质量分数降低,小分子物质质量分数增加,分散性指数减小,进而改善老化沥青组分的相容性和分子量分布。     

不同热氧老化强度对沥青及其再生性能的影响

为了探究热氧老化强度对沥青性能的影响,对沥青进行了不同次数的旋转薄膜烘箱老化实验(RTFOT)和不同次数RTFOT+压力老化箱老化(PAV)实验,分别测试了老化前后沥青样品的常规物理性能和动态剪切流变性能.为了使不同热氧老化强度下的沥青性能能够恢复到基质沥青水平,采用了黏度调和法来确定再生剂掺量.实验结果表明:不同热氧老化强度下的沥青其物理性能存在较大的差异;动态剪切流变实验发现,达到一定老化强度后沥青复数模量的增量明显减少,且最终沥青复数模量趋近于一个稳定值.通过物理性能和流变性能均能发现:对于长炼70#沥青,3次RTFOT的老化强度与1次RTFOT+PAV的老化强度相当.通过黏度调和法选取再生剂掺量时,发现各老化再生沥青的沥青复数模量均能恢复到基质沥青的水平,针入度略低于基质沥青,延度都有明显的提高,且软化点都高于基质沥青;同时,中低温下相位角能恢复到基质沥青的水平,但高温下却无法恢复到原基质沥青的水平.     

基于原子力显微镜的沥青再生机理

沥青的老化严重影响了沥青混合料在实际应用中的耐久性,为了研究沥青的老化和再生机理,将基质沥青进行SHRP(strategic highway research program)老化,利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)和动态剪切流变仪(dynamic shear rheometer, DSR)技术研究不同掺量的基质沥青和再生剂对老化沥青的再生效果。结果表明:基质沥青和再生剂均能对老化沥青产生再生效果,且随着它们掺量的增大,再生效果变好;老化沥青表面微观结构粗糙不均匀,基质沥青和再生剂的加入有效改善其表面微观形貌,降低其黏附力和粗糙度指标,同时使老化沥青相位角增大、复数剪切模量和抗车辙因子减小;温度的升高有助于再生剂在老化沥青中的扩散。可见再生剂的主要再生机理是增加并扩散老化沥青中缺失的组分。     

SMC再生SBS沥青的流变性能和微观特性研究

【目的】探究新型温拌再生剂甲基苯乙烯共聚物（styreneic methyl copolymer,SMC）对老化苯乙烯系热塑性弹性体（styrene butadiene styrene,SBS）改性沥青的再生效果和再生机理。【方法】首先,在室内制备不同老化程度的沥青。然后,采用SMC再生剂对不同老化程度的SBS改性沥青进行再生。接着,对再生后的SBS改性沥青进行动态剪切流变和低温弯曲蠕变试验,以评价其流变性能。最后,开展红外光谱试验以揭示其作用机理,进行电镜扫描试验以验证SMC再生剂的再生效果。【结果】SMC再生剂会降低老化SBS改性沥青的车辙因子,降低老化SBS改性沥青的恢复率,同时会使老化SBS改性沥青的低温性能得到极大提升。SMC再生剂未与SBS改性沥青发生化学反应,两者仅为物理共混。同时,SMC再生剂能够弥补沥青因老化产生的裂缝。【结论】SMC再生剂对老化SBS改性沥青具有较好的修复效果,能够为沥青的再生提供一种新的途径。     

再生剂在老化沥青中扩散行为的多尺度研究

【目的】深入了解再生剂在老化沥青中的扩散行为及影响因素。【方法】以紫外老化和热氧老化沥青为研究对象,通过动态剪切流变(dynamic shear rheological,DSR)试验研究了再生剂在老化沥青中的扩散规律,从而得到表征扩散程度的相对指标——复数模量恢复率,并分析了老化方式、扩散温度、扩散时间对扩散程度的影响。在微观层面通过原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)和傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)及热重(thermogravimetric,TG)试验对再生剂-老化沥青扩散体系进行测试,并对宏微观指标进行皮尔逊相关性分析。【结果】DSR试验结果表明,再生剂在老化沥青中存在扩散梯度;在相同的扩散条件下,再生剂在紫外老化沥青中的扩散程度比在热氧老化沥青中的大;扩散温度越高,扩散时间越长,再生剂的扩散现象越明显。微观试验结果表明,随着扩散进程的持续,再生剂对老化沥青黏弹性能有较好的恢复,使老化沥青内部的轻质组分得到补充,从而恢复沥青性能。皮尔逊相关性分析结果表明,宏微观指标具有...     

再生沥青路面原材料的试验研究

从高速公路沥青路面材料的再生利用出发,研究废旧沥青混合料中各种原材料的路用性能,以及沥青路面损害的原因及路面材料老化的机理.对原路面沥青混合料的筛分结果、骨料的性质以及原沥青与加入再生剂后沥青材料的性质进行了较为详细的研究与分析.结果表明:在旧沥青内添加适宜、适量的再生剂可以有效地改善旧沥青的路用性能,达到规范所规定的技术标准要求;提出了沥青路面混合料再生设计中应该注意的问题,对今后沥青路面的再生设计与施工具有一定的指导意义.     

掺轻质油分再生剂冷再生沥青混合料设计

目前冷再生技术对于旧混合料的利用仅限于作为"黑色集料"使用,通过在冷再生沥青混合料中添加轻质油分再生剂,实现对旧沥青混合料中老化沥青性能恢复和再利用无疑是对旧沥青混合料的最优化利用。通过试验研究轻质油分再生剂掺量、闷料时间以及轻质油分再生剂比例构成三因素对冷再生沥青混合料性能影响。试验结果表明:轻质油分再生剂的最佳掺量为0.75%,闷料时间为0 min对冷再生沥青混合料强度最佳,轻质油分与再生剂复配比例为7∶3最优。对路用性能分析得出,按最佳再生剂设计方案添加轻质油分再生剂,冷再生沥青混合料水稳定性和低温性能明显改善,但动稳定度略有降低。     

掺轻质油分再生剂冷再生沥青混合料设计研究

目前冷再生技术对于旧混合料的利用仅限于作为"黑色集料"使用,通过在冷再生沥青混合料中添加轻质油分再生剂,实现对旧沥青混合料中老化沥青性能恢复和再利用无疑是对旧沥青混合料的最优化利用。通过试验研究轻质油分再生剂掺量、闷料时间以及轻质油分再生剂比例构成三因素对冷再生沥青混合料性能影响。试验结果表明:轻质油分再生剂的最佳掺量为0.75%,闷料时间为0 min对冷再生沥青混合料强度最佳,轻质油分与再生剂复配比例为7∶3最优。对路用性能分析得出,按最佳再生剂设计方案添加轻质油分再生剂,冷再生沥青混合料水稳定性和低温性能明显改善,但动稳定度略有降低。     

再生沥青微观结构对流变性能的影响

为揭示再生沥青的再生机理及效果,基于灰熵关联分析法,结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)、电镜扫描(SEM)和动态剪切流变(DSR)测试,探讨了老化与再生沥青流变特性参数和特征官能团含量的变化情况及关联程度,并对其微观形貌进行表征对比.研究结果表明:沥青老化后,FTIR谱图中C=O基团与S=O基团指数明显增大,芳香分和非对称脂肪族化物指数含量减少;添加再生剂后,再生沥青的特征官能团含量变化与老化沥青呈相反趋势;复数模量降低,相位角升高;温度是影响沥青抗车辙性能和抗疲劳性的重要因素,抗车辙因子和疲劳因子均随温度的升高呈现幂指数衰减形式.沥青老化后微观特征由光滑形貌向密集褶皱转变,加入再生剂后基本恢复至光滑形貌.基于灰熵关联分析得出:再生沥青化学组分变化对高温流变特性参数影响程度,由大到小的排序依次为羰基、亚砜基、芳香族化合物、非对称脂肪族化合物.     

厂拌热再生混合料回收沥青老化特性对新沥青诱导老化的研究

为探究厂拌热再生沥青混合料中新旧沥青的老化进程及老化机理,模拟再生混合料的拌和与使用过程,首先测试了基质沥青、回收沥青以及新旧沥青三种试样依次经历旋转薄膜烘箱老化试验RTFOT和加速加压老化试验PAV之后各自的动力粘度与路用性能,对比分析了热再生中新旧沥青在老化过程中的宏观性能衰减规律,进而采用红外光谱和差示量热分析扫描等微观测试手段探明了新旧沥青的老化进程与老化机理。测试结果表明,先后经历RTFOT老化和PAV老化之后,回收沥青的粘度上升最显著,低温性能下降也十分迅速,但新旧沥青的动力粘度与低温性能变化幅度均远远高于基质沥青,证明其老化速率较基质沥青快;新旧沥青在经历RTFOT老化和PAV老化过程中,除新沥青和回收沥青各自独立的老化外,还存在一种介于二者之间的化学作用,即回收沥青中某些活性基团对新沥青的老化进程具有较明显的促进作用,称之为“诱导老化”,这种诱导老化通过改变基质沥青的老化进程而改变其老化机理。     

对沥青再生剂在沥青路面养护中的评价

沥青再生剂是现代高速公路养护中进行沥青路面预防性养护、改善沥青老化性能的一种新型养护材料。结合杭金衢高速公路施工实例，全面介绍总结沥青再生剂的使用施上技术和府用效果。