生物油改性沥青再生机理研究综述
唐喜
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唐喜,. 生物油改性沥青再生机理研究综述[J]. 生物技术研究,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.157058.
摘要:
沥青路面在生产与长期使用的过程中,化学组分会发生变化,其中轻质组分的挥发以及其他各组分的氧化、聚合是沥青老化的主要原因,基于沥青胶体结构理论,可通过添加再生剂,使其恢复路用性能。本文分析了国内外部分有关生物油再生剂对老化沥青性能影响,综述了生物油改性沥青再生机理。
关键词: 老化沥青;生物油再生剂;性能影响;再生机理
DOI:10.12721/ccn.2023.157058
基金资助:

0引言

从2021年开始我国每年约有12%的沥青路面需要翻修,翻修的主要方式为铣刨重铺,该过程会产生大量的废旧沥青混合料[1]。据测算,我国仅干线公路大中修工程,每年产生的沥青路面旧料已达1.6亿t。沥青的再生技术旨在恢复老化沥青的流变性能,使其能用于沥青混合料的再生,提高沥青的可持续性和环境效益[2]

沥青在老化与再生过程中,沥青质、胶质、饱和分、芳香分的质量分数会发生变化,造成沥青胶体结构稳定性的改变,从而表现出物理性质的差异微观结构的多相态破坏越严重,导致宏观性能的衰减[3]

影响路面损坏的因素很多,沥青老化是其中最主要的原因。尤其是在西藏等高海拔地区,大部分地区年日照量大于2700小时,紫外辐照总量在 400MJ/m2·年左右[4],沥青路面会面临严重紫外光老化问题。此外,沥青还会受温度、阳光、氧气和荷载压力等外界因素影响,沥青发生挥发、氧化、聚合等物理和化学变化,导致沥青变得干涩、脆硬,其性能逐渐发生衰减劣化[5]

再生剂能使再生沥青恢复或接近基质沥青的性能,再通过添加、拌合等方式,使沥青混合料废弃物恢复其原来路用性能,从而提高路面使用寿命和使用范围,使得废旧沥青混合料重新利用,降低能耗。制备沥青再生剂的基础油大多数为石油产品,但是里面存在致癌物质,因此毒性较低的生物油再生成为再生领域的研究热点,基于此,本文分析了国内外部分有关生物油再生剂对老化沥青性能影响,综述了生物油改性沥青再生机理。

1 生物油再生剂对沥青性能影响

Zargar [6]等研究发现,地沟油的性能指标与基质沥青相似,可以成为一种再生剂,其被加入了老化沥青后,老化沥青的沥青质相对含量降低,从而改善了老化沥青的路用性能;Gong[7]等研究发现生物油能够使老化沥青的使用性能得到恢复;Guarin N[8]等以黏度、车辙和疲劳因子等为指标,研究现植物油具有改善沥青的扩散性和流变性的能力;符峰[9]研究发现,与基质沥青相比,掺入石油类再生剂组分RA-1、蒽油再生剂组分RA-3再生沥青的质量损失率明显增大,且蒽油RA-3对应两种再生沥青的质量损失远高于基质沥青和其他再生沥青,说明复合蒽油得到再生沥青的稳定性会变差。唐伯明、朱洪洲等[10-11]学者通过添加自主研发的生物基沥青再生剂,利用动态剪切流变DSR等试验对9种再生基质沥青的疲劳力学性能进行表征,结果表明,再生沥青抗疲劳特性相较原样沥青更优良。吴文亮等[12]研究结果发现:随着糠醛抽出油掺量的增加,老化沥青的中温抗疲劳性能和低温抗开裂性能均得到提升,高温抗变形性能则降低。

2 生物油再生改性沥青微观机理

BADROODI[13-14]等学者利用自主研发的沥青再生剂,对掺配100% RAP的废旧基质沥青再生性能进行了评价,得到羰基和砜基等基团比重较小、脂肪烃基比重较高的再生剂性能改善作用效果最优;此外,李进发现再生剂的加入可以使旧沥青分子量的分布变宽,并降低大分子量组分的含量,在此基础上,黄佳兴做了进一步研究发现,再生剂通过物理稀释作用能够降低老化沥青中的极性氧化物含量,调节分子量分布,恢复沥青分子的运动能力。林梅、龚明辉等发现沥青老化后,生物再生剂主要是通过降低氧化官能团和沥青质的比例、增加低-中分子量分子的含量来改变老化沥青的性质。

3 结论与展望

旧沥青混合料的回收利用是一项具有环保、节能等多重意义的工程,再生剂是旧沥青回收过程中必要的添加剂。但目前研究大多基于微观和宏观试验方面进行研究废旧沥青再生后的微观结构变化对性能的影响,其可信度缺少理论验证及多角度研究,针对再生剂对RAP废旧沥青再生性能的研究分析对象也时常集中于单一沥青种类,在同等条件下综合研究废旧基质沥青和改性沥青进行再生性能协同作用的文章尚不多见;另外,现有针对RAP废旧沥青再生性能的评价方法和指标并未得到统一,多数研究成果普遍采用宏观常规力学性能恢复程度或微观构相与化学成分特征变化情况进行量化判别,因此,如何综合评定再生剂引入不同种类沥青后,对RAP不同性能协同影响是一个尚需持续研究的问题。

参考文献(References):

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[2] KASEER F, MARTIN A E, ARAM BULAMERCAD OE.Use of recycling agents in asphalt mixtures with high recycled materials contents in the U nited States:a liter-ature review[J]. Construction and building materials,2019, 211 :974-987.

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[9] 朱洪洲,钟伟明,万逸秋,等.生物重油再生沥青物理性能试验研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2018,37(8):23-28.

[10] 吴文亮, 代生林, 斯李. 糠醛抽出油再生沥青的流变和感温性能研究[J]. 郑州大学学报(工学版), 2022, 3(5), 1-8.

[11] 李进.沥青再生剂扩散行为及其影响因素研究[D].北京:中国石油大学, 2010.

[12] 黄佳兴.再生沥青自愈合特性研究及微观分析[D].重庆交通大学,2020.

[13] 林梅,李萍, 念腾飞, 等. 再生沥青微观结构对流变性能的影响[J].华中科技大学学报(自然科学版),2019,47(06):121-126.

[14] 龚明辉. 生物质再生沥青混合料微观特性研究[D]. 东南大学, 2017.

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