复合生物再生沥青及混合料路用性能.pdf

第53卷第2 期2024年2 月摘要：环已烷1,2-二甲酸二异王基酯(DINCH)增塑剂与餐厨废弃油脂共混,制成复合生物再生剂,通过三大指标及布氏黏度实验确定复合沥青再生剂的最佳配比。在掺加再生剂与未掺再生剂的条件下,分别制备不同RAP(Re-claimed AsphaltPavement)掺量的再生沥青混合料并进行车辙实验、低温弯曲破坏实验、浸水马歇尔实验和冻融劈裂实验。结果表明,DINCH增塑剂与餐厨废弃油脂配比为0.4:1时,再生沥青常规性能恢复至原样沥青水平。再生沥青混合料在RAP掺量为30%50%的条件下，未掺加复合生物再生剂的沥青混合料低温抗裂性及水稳定性均不满足规范要求；掺加再生剂后，随着RAP掺量的增加，再生沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性降低，高温稳定性能提高，当RAP掺量为30%时,再生沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性与新拌混合料相当，高温稳定性能优于新拌沥青。关键词：再生沥青；复合生物再生剂；餐厨废油；增塑剂;路用性能中图分类号：TQ536;U414文献标识码：A文章编号：16 7 1-32 0 6(2 0 2 4)0 2-0 314-0 5Road performance of compound bio-reclaimed asphalt and mixture(School of Materials Science and Engineering,Chang an University,Xian 710064,China)Abstract:DINCH Plasticizer was used to make a compound bio-regenerant with kitchen waste grease,andthe best ratio of the compound asphalt regenerant was determined by three major indexes and Brookfieldviscosity test.Under the conditions of adding regenerant and not mixing regenerant,different RAP(Re-claimed Asphalt Pavement)mixes were prepared and subjected to rutting test,low temperature bendingdamage test,water immersion Marshall test and freeze-thaw splitting test.The results showed that the con-ventional performance of recycled asphalt was restored to the level of the original asphalt when the ratio ofDINCH plasticizer to kitchen waste grease was O.4:1.The low-temperature crack resistance and water sta-bility of asphalt mixture without compound bio-regenerative agent do not meet the specification require-ments under the condition that the RAP dose is 30%50%;after the addition of regenerant,with theincrease of RAP,recycled asphalt mixture of low-temperature crack resistance and water stability is re-duced,high-temperature stability can be improved,when the RAP dose of 30%,recycled asphalt mixtureof low-temperature crack resistance and water stability with the new mix,high-temperature stability is bet-ter than the new mix asphalt.Key words:reclaimed asphalt;compound biological regeneration agent;kitchen waste oil;plasticizer;road performance沥青再生剂以石油基为主，是不可再生资源，其内含有致癌性的多环芳烃,危害人体健康并污染环境12 。因此，非石油基再生剂开发具有重要意义。研究表明,以生物油作为再生剂,能够有效恢复老化沥青的流变性能及化学特性3-7 ,并提高沥青的疲劳性能8-9。生物油能够补充沥青中的轻质成分,改善沥青中各组分的比例，以此达到再生效果10-12 。除此外,增塑剂作为改性剂可以改善沥青的温度敏感性，并提高沥青的低温抗裂性能13-17 ，但对沥青的高温性能有不利影响18 。目前,对于复合生物再生剂的相关研究较少，另外，再生效果仅通过结合料实验无法全面评价。本文选取生物油收稿日期：2 0 2 3-0 5-31修改稿日期：2 0 2 3-0 7-0 9基金项目：陕西省重点研发项目（2 0 2 2 KW-37）作者简介：傅珍（197 6-），女，河南鹤壁人，长安大学教授，博士。电话：158 2 993958 3,E-mail：z h e n f u c h d.e d u.c n应用化工Applied Chemical Industry复合生物再生沥青及混合料路用性能傅珍，杨鹏凯，刘松然（长安大学材料科学与工程学院，陕西西安7 10 0 6 4）FU Zhen,YANG Peng-kai,LIU Song-ran合料的路用性能。1实验部分1.1 材料与仪器SBS改性沥青,主要技术指标见表1;增塑剂环已烷1,2-二甲酸二异壬基酯（DINCH),主要技术指标见表2；餐厨废弃油脂。表1SBS改性沥青的主要技术指标Table 1IMain technical indexes of SBS modified asphalt技术25 针人5 延指标度(0.1 mm)SBS 改性沥青54Vol.53 No.2Feb.2024复配增塑剂作为复合再生剂，研究再生沥青及其混软化135黏度/度/cm点/2470.0Pas2.58第2 期倾点/闪点/2 0 表面张力/参数(mN:m-l)数值-54224WSY-026型针入度仪；WSY-025E型软化点仪；LYY-10A-CL型延度仪;Brookfield DV2T型黏度计;HYCZ-5沥青车辙实验仪；UTM-30万能伺服压力材料实验机LWD-3马歇尔稳定度实验仪。1.2材料制备1.2.1老化沥青制备将沥青置于16 5左右的恒温烘箱中加热1.5h，至熔融流动状态。称取（50 0.5）g 沥青注人盛样皿中，将盛样皿放入163的薄膜加热烘箱中加热5h，制得短期老化沥青。采用压力老化容器对短期老化沥青进行长期老化,容器内温度为10 0,压力为2.1MPa,老化时间为2 0 h,技术指标见表3。表3老化沥青的主要技术指标Table 3 Main technical indexes of aged asphalt技术指标实验方法25 针人度(0.1 mm)345 延度/cm2软化点/76.5135黏度/Pas5.081.2.2再生沥青制备根据课题组相关研究19,餐厨废弃油脂掺量为沥青质量的4%。分别加入占沥青质量0.8%,1.2%,1.6%和2.0%的增塑剂，进行高速剪切,温度为16 5,剪切机转速为30 0 0 r/min，剪切时间为2 0 min,得到再生沥青（RAP）,分别记为4WCO/0.8P、4W C O/1.2 P、4W C O/1.6 P 和 4WCO/2.0P。1.2.3再生沥青混合料制备混合料类型为AC-Table 4Three major indicators of recycled asphalt and Brookfield viscosity原样沥青老化沥青延度/cm24针人度(0.1 mm)54软化点/70.0黏度/Pas2.58延度反映了沥青的柔韧性，延度越大，低温抗裂性能越好，由表4可知，老化沥青的延度远远低于原样沥青，表明老化会导致沥青的低温抗裂性能大幅降低。随着增加增塑剂掺量,其延度与增塑剂掺量成正比逐渐增大。增塑剂掺量小于1.6%时，再生沥青的延度均低于原样沥青。当增塑剂掺量为1.6%时,延度恢复至2 5cm,与原样沥青相当,表明该掺量下再生沥青的低温抗裂能力已经满足基质沥青的低温性能。当增塑剂掺量为2.0%时,延度达到2 6 cm，此时再生沥青的低温性能优于原样沥青。傅珍等：复合生物再生沥青及混合料路用性能表2 增塑剂DINCH性能参数表Table 2 Performance parameters of plasticizer DINCH皂化值/(mg KOH g1)30.7264老化沥青T 06042011T 06052011T 06062011T 06252011表4再生沥青三大指标及布氏粘度4WCO4WCO/0.8P216345676.570.05.083.18315折射率酯含25 比重量/%(mg KOH:g-)1.4630.942 0.95213，以马歇尔设计方法确定0，30%，40%和50%RAP掺量下再生沥青混合料的最佳油石比分别为4.39%，4.6 4%，4.7 8%和4.8 2%。将RAP在160的恒温烘箱中预热2 h,随后加人温度17 0 的拌和锅中,并加人所需质量的再生剂,与RAP共同拌和30 s，再加人预热至190 的新集料，拌和20 s,然后加人预热至17 0 的新沥青,拌和2 0 s，最后加人矿粉，拌和2 0 s,得到不同RAP掺量的再生沥青混合料。1.3性能测试1.3.1再生沥青性能测试对再生沥青分别测定25时的针人度；升温速率在（50.5）/min范围内的软化点；5环境温度时拉伸速率为（50.25）c m/m i n 的延度;135时的布氏黏度。1.3.2再生沥青混合料性能测试通过HYCZ-5沥青车辙实验仪，UTM-30万能伺服压力材料实验机,LWD-3马歇尔稳定度实验仪分别进行车辙实验、低温弯曲破坏实验、浸水马歇尔实验和冻融劈裂实验,研究复合生物再生剂对不同RAP掺量下再生沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性的影响。2结果与讨论2.1复合生物再生沥青路用性能表4为不同增塑剂掺量下再生沥青5时的延度,2 5时的针入度，软化点及135时的布氏黏度。4WCO/1.2P2022626469.568.02.712.61为更清晰地反映增塑剂掺量对老化沥青延度的恢复效果,表5列出了不同增塑剂掺量下老化沥青延度的恢复百分率。表5不同增塑剂掺量下延度的恢复百分率Table 5Recovery percentage of elongationunder different plasticizer dosage增塑剂掺量/%00.81.21.62.0酸值/990.074WCP/1.6P256767.52.39延度恢复百分率/%66.783.391.7104.2108.3水含邻苯二甲酸量/%酯含量/%0.10.0104WCO/2.0P267166.02.33316由表5可知，当增塑剂掺量为1.6%和2.0%时，老化沥青延度的恢复百分率分别达到10 4.2%和10 8.3%。说明复合生物再生剂中餐厨废弃油脂与增塑剂的配比为1:0.4时,即可使老化沥青的低温性能完全恢复。由表4可知，老化沥青的针人度较小，说明老化作用会使沥青变硬,沥青越硬，稠度越大2 0 ，此时，老化沥青的高温性能有所提升。随着增塑剂掺量的增多,再生沥青针入度逐渐提高,说明复合再生剂可以改善老化沥青的稠度，同时会使再生沥青的高温性能有所降低。软化点是沥青材料在达到规定的条件黏度时所处的温度,是反映沥青热稳定性的重要指标。由表4可知，老化后沥青的软化点略高于原样沥青，这主要是由于老化过程会使沥青中的轻质组分转变为重质组分,从而导致软化点升高。随着增塑剂掺量的增加,其软化点逐渐降低，但降低程度不大，当增塑剂掺量为2.0%时,其软化点仅降低4，说明采用复合生物再生剂再生的老化沥青，在其低温性能得到完全恢复的同时,其热稳定性能也基本恢复至原样沥青水平。黏度是反映沥青抵抗流动变形能力的一个力学指标，其值越大，沥青路面的抗车辙能力越强。由表4可知,老化作用会显著增加沥青黏度,其中主要是由于芳香分向沥青质的转变，导致重质组分的不断积累,从而使沥青黏度增加。当增塑剂掺量为0.8%时,再生沥青的黏度即可满足规范要求（3Pas）。当增塑剂掺量为1.2%时，老化沥青的黏度基本恢复至原样沥青水平。当增塑剂掺量增加至1.6%时,其黏度与原样沥青相当,这是因为复合再生剂补充了沥青中所缺少的轻质成分，表明复合生物再生剂可以使老化沥青抗流动变形能力和施工和易性得到一定恢复。综上所述，当增塑剂掺量为1.6%时，再生沥青的低温性能优于原样沥青，热稳定性及黏滞性能够恢复至原样沥青水平，高温性能与原样沥青相比有所降低。因此复合生物再生剂中最佳增塑剂掺量为1.6%。2.2复合生物再生沥青混合料路用性能2.2.1高温稳定性通过车辙实验能够获得试件的动稳定度（DS），该指标用以评价混合料的高温稳定性。动态稳定度越大，表明沥青混合料高温稳定性越好，但其值过大时，会对沥青混合料的低温抗裂性能产生负面影响。对不同沥青混合料进行车辙实验，动稳定度结果见图1。由图1可知，不同组成沥青混合料的动稳定度均满足规范要求（2 40 0 次/mm）。沥青混合料的动稳定度随着RAP掺量的增加而增大，说明RAP掺量与再生沥青混合料的高温稳定性呈正相关。应用化工复合再生剂的掺人会导致再生沥青混合料的动稳定度降低,说明在同一RAP掺量下,掺人再生剂会降低再生沥青混合料的高温稳定性,这是由于再生剂对RAP中的老化沥青具有良好的再生恢复作用，能够对老化沥青起到软化效果，并且促进新添沥青与老化沥青的融合，从而使再生沥青混合料的整体模量降低。当RAP掺量为30%，40%和50%时，生物再生沥青混合料的动稳定度均大于新沥青混合料。说明30%50%RAP掺量下，生物再生沥青混合料的高温稳定性优于新拌沥青混合料。8000未掺再生剂掺加再生剂6000400020000图1再生沥青混合料的动稳定度Fig.1 Dynamic stability of reclaimed asphalt mixture2.2.2低温抗裂性通过低温弯曲破坏实验能够获得沥青混合料破坏时的最大弯拉应变（8 B）、抗弯拉强度（Rg）以及弯曲劲度模量（SB）,用以评价沥青混合料的低温抗裂性能。混合料的破坏强度和破坏应变越大，破坏劲度模量越小，其低温抗裂性能越好。图2 为不同组成的再生沥青混合料的低温弯曲实验结果。14a12864207000b6000500040003000耳2 0 0 010000第53卷030RAP掺量/%未掺再生剂掺加再生剂030RAP掺量/%a.抗弯拉强度未掺再生剂掺加再生剂030RAP掺量/%b.弯曲劲度模量404040505050未掺再生剂掺加再生剂第2 期3000C250020001500500F0图2 再生沥青混合料的低温弯曲实验结果Fig.2Low temperature bending testresults of recycled asphalt mixture由图2 可知,随着RAP掺量的增加,再生混合料的抗弯拉强度和最大弯拉应变逐渐减小,弯曲劲度模量逐渐增大,表明RAP掺量越大，再生沥青混合料的低温抗裂性能越差。在同一RAP掺量的条件下,掺加再生剂的再生沥青混合料存在更高的抗弯拉强度、最大弯拉应变及更低弯曲劲度模量，说明加入再生剂能够有效恢复再生沥青混合料的低温抗裂性能。同时，对于未掺加再生剂的沥青混合料,其最大弯拉应变均低于规范要求2 50 0 8,掺加再生剂后，不同RAP掺量的再生沥青混合料的最大弯拉应变均达到规范要求,其中，当RAP掺量为30%时,再生沥青混合料的最大弯拉应变基本恢复至新拌混合料的水平。2.2.3水稳定性通过浸水马歇尔实验，获得浸水前后沥青混合料马歇尔稳定度的变化情况，从而表征其抵抗水损害的能力。实验结果见图3。100未掺再生剂掺加再生剂8060200图3再生沥青混合料的浸水残留稳定度Fig.3Residual stability of reclaimedasphalt mixture after immersion由图3可知,RAP掺量为30%50%的再生沥青混合料，在未掺加再生剂的条件下，其浸水残留稳定度均小于规范要求（8 5%）,并且，随着RAP掺量的增加,其浸水残留稳定度逐渐降低，说明再生沥青混合料的水稳定性变差，这主要是由于再生沥青混合料中老化沥青对集料的黏结能力不如新沥青。掺加再生剂后，不同RAP掺量再生沥青混合料的浸水残留稳定度增大，说明再生剂的掺加能够有效改善再生沥青混合料的水稳定性。RAP掺量为30%时，再生沥青混合料与新沥青混合料的水稳傅珍等：复合生物再生沥青及混合料路用性能未掺再生剂掺加再生剂030RAP掺量/%C.最大弯拉应变030RAP掺量/%317定性相当。对不同RAP掺量下的再生沥青混合料试件进行冻融劈裂实验，获得再生沥青混合料的冻融劈裂强度比，结果见图4。100604050405040200图4再生沥青混合料的冻融劈裂强度比Fig.4Freeze-thaw splitting strengthratio of reclaimed asphalt mixture由图4可知，与再生沥青混合料浸水残留稳定度变化趋势相同,冻融劈裂强度比随着RAP掺量的增加而降低,且均不满足规范要求（8 0%）。掺加再生剂后,其冻融劈裂强度比明显升高,RAP掺量为30%和40%RAP时，再生混合料的冻融劈裂强度比满足规范要求，说明掺加再生剂提升了再生沥青混合料的抗水损害能力,这是因为再生剂能够促进新添沥青与RAP中老化沥青之间的扩散融合,形成性能良好且均质的再生沥青膜裹附在集料表面，从而改善再生混合料的水稳定性。3结论（1)老化沥青中各组分含量随着掺加再生剂而发生变化，从而使其热稳定性，低温性能及黏滞性能得到较好的恢复，同时也会导致再生沥青的高温性能相较于原样沥青有所下降。当增塑剂掺量为1.6%,再生效果最佳。(2)掺加复合生物再生剂，会导致再生沥青混合料动稳定度的降低，但均高于新拌沥青混合料，即再生沥青混合料的高温稳定性均大于新拌沥青混合料。(3)RAP掺量增加会对再生沥青混合料的低温抗裂性及水稳定性造成负面影响，在不使用再生剂的条件下,RAP掺量为30%50%时，再生混合料的低温抗裂性与水稳定性均不满足规范要求。使用复合生物再生剂能够有效恢复RAP中旧沥青的低温性能及水稳定性，使再生混合料的低温变形能力明显增强，同时抵抗水损害能力显著提升。（4)再生沥青混合料中RAP掺量越大,其低温抗裂性和水稳定性越弱。在RAP掺量不超过40%时,再生混合料的高低温性能和水稳定性能均能够满足规范要求,并且在RAP掺量为30%时,其各项性能接近新拌沥青混合料。030RAP掺量/%4050318参考文献：1 LU S T,LIU J,PENG X H,et al.Rheological and micro-scopic characteristics of bio-oil recycled asphalt J.Jour-nal of Cleaner Production,2021,295:126449.2宋奕臻,朱建勇,高诗龙，等.沥青再生剂环境影响研究与评价J.中外公路,2 0 16,36（5）：32 7-330.3唐伯明，曹芯芯，朱洪洲，等.生物油再生沥青胶结料路用性能分析J.中国公路学报,2 0 19,32（4）：207-213.4肖庆一,赵鹏,孙博伟.废植物油再生沥青结合料性能研究J.重庆交通大学学报,2 0 2 1,40（6）：94-97.5WANG H N,MA Z Y,CHEN X,et al.Preparation processof bio-oil and 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