再生剂在老化沥青中浸润机理及影响因素研究

为了研究再生剂在老化沥青表面浸润的问题,运用悬滴法、躺滴法分别获得再生剂表面张力以及再生剂在老化沥青表面接触角,通过计算得到浸润热力学参数——铺展系数以及动力学参数——润湿初始速度率的方法。研究沥青种类、沥青老化程度、再生剂种类与铺展系数以及润湿速度指数的关系,揭示上述因素对再生剂浸润性能的影响,结果表明:再生剂在50号沥青与70号沥青的短期老化沥青上的浸湿功要大于在长期老化沥青上的浸湿功,这说明随着沥青老化程度的加深,再生剂在老化沥青表面扩散变难。旋转薄膜老化后的50号沥青与70号沥青再经过烘箱老化,再生剂在烘箱老化沥青上的润湿初始速度变小,表明沥青老化程度的加深阻碍了再生剂在老化沥青表面的扩散。通过分析浸湿功方程以及润湿初始速度方程,再生剂表面张力越大,其在老化沥青表面的扩散性能越好。对再生剂在老化沥青表面浸润效果进行评价,研究结果可为沥青再生的工程应用提供理论依据。     

再生剂-废旧沥青界面铺展润湿与扩散融合性能评价

分别采用液滴形态分析仪(DSA)和旋转剪切流变仪(DSR),针对不同作用温度、作用时间施加下的再生剂-废旧沥青界面铺展润湿行为和界面扩散融合特征进行量化评价,并建立二者性能演化的相关方程。结果表明:随作用温度逐步升高,再生剂-废旧沥青界面作用形式呈浸湿状态并趋向铺展,界面接触角δ逐级递减;自由能Wb先增后降,峰值点对应的温度范围在55～65℃区间;润湿速度V和融合速率DS呈线性函数增长,融合程度DOB呈抛物线增长并最终趋于稳定;短期老化废旧沥青Wb值和V值分别是长期老化废旧沥青的1.0～1.6倍和1.0～1.2倍,DOB值和DS值分别是长期老化废旧沥青的1.4～1.8倍和1.7～1.9倍,并且前者可实现100%完全融合状态,后者融合程度仅能达到70%。而随作用时间增加,V值和DS值呈指数函数快速下降,Wb值和DOB值呈对数函数快速增加,各行为参数最终均趋于稳定。再生剂-废旧沥青界面铺展润湿行为和扩散融合特征线性相关性显著,通过测试前一阶段界面铺展润湿行为效应可精准预估后一阶段扩散融合性能结果,为科学评价RAP沥青界面扩散融合特征提供了新途径。     

植物油再生剂老化时间对再生沥青与集料黏附性的影响研究

废弃植物油再生沥青成本低、绿色环保、性能较好，具有广阔发展前景。为探究植物油再生剂最佳老化时间及对再生沥青与集料黏附性的影响，将大豆油分别老化2、4、6、8、10、12、14、16、18、20 h,制备了11种不同老化程度的植物油再生剂，对短期老化后的50号基质沥青进行再生，并进行了布洛克菲尔黏度、红外光谱、改进型的水煮法以及接触角测试等试验。结果表明：(1)随植物油再生剂老化时间增加，再生沥青黏度增加；(2)植物油老化后羰基、亚砜基含量增加使再生沥青亲水基团含量增加，疏水性降低；(3)沥青再生后，再生剂含有的轻质组分使沥青与集料黏附性增加，随再生剂老化时间增加，剥落面积百分率降低，抗水损害能力增加；(4)Z11再生沥青部分指标接近或超出基质沥青，再生效果最佳，再生剂最佳老化时间为20 h。     

渗透性沥青再生剂及再生沥青性能研究

再生剂的渗透能力对废旧沥青混合料(RAP)表层老化沥青的再生程度至关重要。为了提高再生剂的渗透性能,改善老化沥青的再生效果。基于组分调节理论和相容性理论,确定了渗透性沥青再生剂的基本组分,通过设计正交试验分析了渗透性沥青再生剂的基本组分搭配比例和混合温度对老化沥青针入度值和延度的影响,检测了渗透性沥青再生剂的基本性能指标及再生沥青的耐久性,研究了再生剂在老化沥青中的扩散进程、再生沥青胶浆的高温稳定性及再生沥青的低温抗裂性。试验结果表明:渗透性沥青再生剂的基本性能、再生沥青的耐老化性能均能符合现有规范要求;渗透性沥青再生剂作用下的沥青25℃针入度差值更大,其渗透能力优于普通沥青再生剂;通过掺入渗透性沥青再生剂对老化沥青进行再生,制备得到的再生沥青的高温稳定性及低温抗裂性与基质沥青相当。     

采用表界面张力理论解析油石粘附效果影响因素

基于材料固-液粘附表界面张力基本理论，采用沥青与矿料界面上的粘附功表征二者粘附效果，分析影响油石粘附效果的影响因素，对盘锦#90沥青，SBS，SEBS，SEAM改性沥青，在不同条件下的表面张力及沥青与花岗岩、玄武岩、石灰岩矿料在不同条件下的接触角进行测试，并对粘附功进行计算。结果表明:混合料制备温度升高，沥青的表面张力降低，油石粘附效果降低；矿料含水或者矿料表面存在浮尘污染后，沥青与矿料的接触角增大，油石粘附效果显著降低；SEBS改性沥青的表面张力最大，沥青与石灰岩矿料的接触角最小；SEBS改性沥青与石灰岩矿料在160℃条件下粘附功最大，油石粘附效果最优。     

顺酐化再生剂的再生效果及再生机理研究

根据专利《一种沥青再生剂及其制备方法和应用》(专利号：2018107948408)制备顺酐化再生剂，并通过沥青的针入度、延度、软化点、黏度和车辙因子试验，测试该再生剂的再生效果。结果表明，顺酐化再生剂技术指标满足RA-5等级，老化后的基质沥青、改性沥青中加入顺酐化再生剂后，其抗低温性能均有明显提高。改性沥青135℃旋转黏度及车辙因子测试结果表明，顺酐化再生剂的加入能增加沥青黏度，但对耐高温性能不利。从微观组成探究再生剂的作用机理，沥青的老化实质上是组分的转移，加入再生剂后，补充老化沥青中的轻质组分，使得沥青中的分散剂及分散相逐渐趋于稳定，进而增加沥青黏度，恢复老化沥青的抗低温性能，但轻质组分的增加对沥青的耐高温性能不利。     

温拌再生沥青混合料与沥青性能研究

研究了掺入旧沥青的改性沥青的性能,确定了混融再生沥青的变化趋势。实验研究了再生剂和表面活性剂型温拌剂的掺入对于混融再生沥青的影响。分析了温拌再生沥青混合料的马歇尔试验特性。试验表明:温拌剂可以显著降低搅拌压实温度;同时再生剂可以很好地提高混融再生沥青的针入度和延度指标;在40%的旧料掺量下,温拌再生沥青混合料的压实特性不随旧料的提高而变化。     

再生剂对不同老化程度沥青再生性能的影响

采用再生剂对不同老化程度的沥青进行再生,研究了再生剂对不同老化程度沥青再生性能的影响,并探讨了再生沥青的化学组成与物理性能之间的关系.结果表明,对于轻度老化沥青和中度老化沥青,当新沥青的用量分别为40%和60%时,掺入10%～15%的再生剂即可使再生沥青的物理性能满足新沥青的规范要求,而重度老化沥青由于其沥青质含量较高...     

沥青再生剂配制的试验研究

依据旧沥青老化及再生机理,研发了一种沥青再生剂。该再生剂以中黏度芳烃油为基质油,添加70#沥青和非胺类沥青抗剥落剂配制而成,采用正交试验方法进行了配方优化设计。通过再生沥青的针入度、软化点、延度及布氏黏度指标确定了再生剂的配方组分为:芳烃油∶70#沥青∶非胺类沥青抗剥落剂=15∶4∶1。再生沥青的性能试验结果表明:研发的再生剂对老化的70#沥青和SBS改性沥青均有良好的再生效果。     

重复再生沥青的性能研究

为研究重复再生沥青的再生规律及抗老化性能,测试了采用新沥青再生的重复再生沥青和再生剂再生的重复再生沥青的针入度、黏度、软化点和延度,同时对比测试新沥青、一次再生沥青和再生重复再生沥青在不同老化时间下的抗老化性能。研究结果表明:随着新沥青或再生剂掺量的增加,重复再生沥青的黏度和软化点逐渐降低,针入度和延度逐渐增加;采用再生剂再生的重复再生沥青的延度恢复效果明显优于采用新沥青再生的重复再生沥青;重复再生沥青的针入度对数、黏度对数和软化点与再生剂(或新沥青)掺量呈良好线性关系,满足再生方程;重复再生沥青的抗老化性能比新沥青、一次再生沥青都差。     

废油再生沥青二次老化后的性能与组分变化

目前对于回收废油再生沥青的研究热点集中于其是否能使老化沥青的各项性能恢复至原有水平，而对再生沥青二次老化后的性能损失关注较少。基于此，研究采用具有代表性的废食用油（RCOB）、废生物油（RBOB）、废机油（REOB）再生剂对具有13年服役历史的70^#沥青进行再生，并对再生沥青进行RTFOT，PAV20h，PAV40h三阶段的老化模拟，跟踪每阶段老化后再生沥青的基本指标、高温稳定性和低温抗裂性的变化，对各阶段老化后的再生沥青组分变化进行分析，探索其性能改变与组分变化间的深层原因。研究结果表明：3种再生剂都能以提升轻质组分的方式将回收沥青的基本性能恢复至原始水平附近；RCOB以提供饱和分为主，但其会在RTFOT后迅速流失，致使各项性能在该阶段迅速下降，继续老化后，组分状态趋于稳定，性能下降也逐渐缓和；REOB再生沥青由于原料中存在机械金属残渣构成的灰分，其对沥青的氧化和缩聚存在催化作用，导致REOB再生沥青在长期老化后性能迅速下降且没有逐渐稳定的趋势；RBOB再生沥青由于具备相对稳定的胶体结构，且不存在对老化起催化作用的灰分，在3阶段老化中其组分损失过程是最稳定有序的，因此，其性能也表现为阶段性的合理损失；研究基于组分变化提出了新指标"测试沥青与原始沥青各组分间的平均偏差σ"来衡量沥青的老化程度，该指标与针入度，延度，软化点，低温临界开裂温度，135℃高温黏度这5个指标具有显著相关性。研究表明对于再生沥青的评价，不能仅注重再生后与原始沥青的性能差距，应更多地集中到再生沥青二次老化后的性能损失上，以筛选出真正性能优良，抗老化能力显著的再生剂产品。     

高黏复合改性橡胶沥青技术性能研究

采用弯曲梁蠕变试验、线性振幅扫描试验分析高黏复合改性橡胶沥青的流变性能,并对其与SBS、高黏沥青进行了黏度试验和储存稳定性试验分析,研究了3种沥青的抗紫外线老化性能,最后采用显微镜分析了3种沥青的微观结构。结果表明:相较于SBS改性沥青和高黏沥青,高黏复合改性橡胶沥青的弹性恢复性能、低温抗开裂性能、疲劳性能和抗紫外线老化性能更优;高黏复合改性橡胶沥青具有高温黏度小、低温黏度大的特点,比高黏沥青更易于施工;另外,高黏复合改性沥青的储存稳定性显著提高,可实现橡胶沥青的工厂化生产。     

乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度的量化评价

针对乳化沥青与再生集料RAP黏附性不足而导致沥青与集料界面黏附性能薄弱，引发沥青路面耐久性差、服役年限短等问题，以不同掺量水泥作为外掺剂，制备乳化沥青胶浆，利用布氏黏度计测试其黏度，动态剪切流变仪（DSR）测试胶浆复数模量G^*和相位角δ，Zeta电位仪测定胶浆电位变化特性，确定了水泥和乳化沥青合理掺量；通过改进水煮法、光电比色法以及FTIR-ATR，GPC等微观分析手段研究了乳化沥青胶浆对RAP的裹覆特性，构筑了乳化沥青胶浆对RAP的"接触-裹覆-破乳-胶结"四阶段裹覆模型，并提出裹覆评价指标RCD，从而量化分析了乳化沥青胶浆对RAP的裹覆程度。研究结果表明：固定乳化沥青含量，随着水泥掺量增加，乳化沥青胶浆黏度增大直至凝固；最佳水泥与沥青质量比（30：48）能够提高乳化沥青胶浆黏度，增加复数模量G^*并延缓相位角δ增长速度，提高胶浆抵御高温变形能力；水泥加入不利于保持乳化沥青胶浆体系稳定性；改进水煮法和光电比色法都能有效评价乳化沥青胶浆对RAP的裹覆性能，其中，纯乳化沥青对RAP裹覆程度最低，合适的水泥掺量利于增强乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度，当水泥与沥青质量比为30：48时达最佳；GPC测试结果和改进水煮法及光电比色法的结果具有一致性，且RCD能够从微观角度定量地评价乳化沥青胶浆对RAP裹覆程度。     

分子动力学模拟老化沥青的再生机理

再生沥青路面(RAP)在使用过程中,通常会使用再生剂来保证其整体性能。然而,关于再生剂在RAP中的再生机理,很少有原子尺度的解释。本文主要聚焦老化沥青再生行为的原子建模,分别构建了三种类型的沥青模型(新沥青、老化沥青和再生沥青),对比分析了其热力学、玻璃化转变行为、自由体积、自扩散和原子结构。结果表明,掺加10%再生剂后,老化沥青的自由体积增加了4.43%,玻璃态转变温度降低了11.82℃。再生剂通过增加RAP粘结剂的内聚力,以提高其抗裂性。沥青氧化老化后形成致密且平行堆积的沥青质结构,再生剂的引入起到解聚作用,扭转老化的负面影响,恢复粘结剂的微观结构,从而恢复其部分性能。     

生物油再生沥青胶结料路用性能分析

为研究生物油再生沥青胶结料的路用性能，分析比较了基质沥青与生物油再生沥青胶结料的流变性质与化学特性。首先通过三大指标与黏度测试确定生物油在老化沥青中的最佳掺量；之后重点分析最佳生物油掺量下再生沥青与基质沥青的高温与疲劳性能，高温性能通过多应力蠕变回复试验（MSCR）测试，疲劳性能通过DSR时间扫描测试；最后利用红外光谱（FTIR）和凝胶渗透色谱（GPC）测试分析2种沥青的化学特性。研究结果表明：10%生物油可恢复老化沥青针入度与延度至基质沥青水平；基质沥青与10%生物油再生沥青的PG分级分别为PG64-16与PG70-16；MSCR结果表明再生沥青相比基质沥青具有较好的高温性能；N_f50指标表明再生沥青的抗疲劳性能较基质沥青胶结料更好，因为2种沥青模量相近，再生沥青的弹性组分含量更高；FTIR结果表明生物油稀释了老化沥青中高极性的亚砜基；GPC结果表明生物油降低了老化沥青中的大分子和小分子含量，改善了老化沥青分子量分散度。生物油改善了老化沥青的路用性能和化学特性，是一种较有潜力的沥青再生剂。     

复合纤维沥青胶浆性能与混合料高温性能研究

采用复配的2种复合纤维进行了纤维沥青胶浆的旋转粘度试验（RV）、Vialit试验、接触角试验、网篮析出试验、扫描电镜试验（SEM）和沥青混合料的扭剪试验、车辙试验,分析了复合纤维与其他单纤维沥青胶浆的粘度、粘附性、吸持性能、混合料扭剪强度和动稳定度等技术性能,结果表明随着复合纤维的加入,复合纤维沥青胶浆的粘度、表面能、吸持沥青能力随之增大,大幅提高了混合料的车辙动稳定度、扭剪强度,复合纤维Ⅰ、Ⅱ均可以较好地提高沥青混合料的抵抗高温变形能力。     

新-旧沥青界面再生流变特征及分子动力学模拟研究（双语出版）

为扩展研究新-旧沥青界面再生融合行为的方法，量化表征界面再生融合速率、融合程度等参数，通过构建新-旧双层沥青试样模型，分别基于动态剪切试验（DSR）测试试样界面的再生流变特征，基于分子动力学系统（MS）模拟试样界面的再生机制和过程，同时验证不同试验条件下试样界面再生流变特征测试结果。研究结果表明：随着新添沥青标号的增加，新-旧沥青界面再生融合程度显著增大，再生融合速率明显提高；随着加热时间的增加，新-旧沥青界面再生融合程度逐渐增大，但再生融合速率呈指数递减；随着加热温度的增加，高标号新添沥青的界面再生融合程度和界面再生融合速率均呈线性增大，而低标号新添沥青呈抛物线形增大；分子动力学系统模拟计算结果与动态剪切流变特征实测结果具有较好的关联性，表明选取的分子结构模型和计算参数合理，采用分子动力学技术模拟新-旧沥青界面再生融合行为的方法和思路是可行的。     

石墨烯微胶囊沥青双机制愈合机理研究

石墨烯微胶囊沥青是一种具有较强自愈能力的新型先进路面材料。为分析石墨烯微胶囊对沥青自愈性能的影响,采用试验与模拟相结合的手段对石墨烯微胶囊沥青的愈合机理进行了研究。首先,基于动态剪切流变仪测试了石墨烯微胶囊沥青的自愈性能;然后,借助红外光谱、荧光显微镜和分子动力学模拟分析了石墨烯微胶囊沥青的“自修复”愈合机理;最后,借助动态剪切流变仪对“自修复-热诱导”双机制下石墨烯微胶囊沥青砂浆的自愈机理进行了分析。研究结果表明：石墨烯微胶囊的加入能够显著提高沥青自愈性,掺量和间歇时间增加均能显著提升石墨烯微胶囊沥青的自愈合效果;“自修复-热诱导”双机制作用下石墨烯微胶囊沥青砂浆自愈性能明显强于“自修复”单机制作用。“自修复-热诱导”双机制愈合机理为：裂缝处石墨烯微胶囊破裂,再生剂流出填充裂缝并促进裂缝快速融合;同时,石墨烯微胶囊囊壁的石墨烯与碳纤维形成导电通路,在电流作用下产生热量,加快了沥青分子与修复剂分子的扩散速度,进一步促进了裂缝的愈合。     

废旧电池粉末改性沥青的微观特性及其性能

为研究废旧电池粉末改性沥青的可行性，分别将不同掺量的废旧电池粉末加入70^#沥青中，以制备废旧电池粉末改性沥青，并对比基质沥青与SBS改性沥青进行性能评价。借助X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等研究废旧电池粉末改性沥青的化学组成与微观结构，分析废旧电池粉末改性机理；采用三大指标、布氏黏度试验对废旧电池粉末改性沥青的常规性能指标进行测试；通过动态剪切流变仪（DSR）、多重应力蠕变（MSCR）试验评价废旧电池粉末改性沥青的流变特性；利用车辙试验（70℃）与短期老化前后的浸水马歇尔试验分析废旧电池粉末改性沥青混合料的高温稳定性及老化前后的水稳定性。研究结果表明：废旧电池粉末以C为主要成分，并含有极少量金属氧化物，其颗粒表面有较多的褶皱与凹槽；废旧电池粉末改性沥青表面存在"蜂巢"结构，且随着掺量增加，其粗糙度呈上升趋势，沥青针入度逐渐降低，软化点提升，延度略微降低，黏度逐渐增加；相同温度下，随着掺量增加，废旧电池粉末改性沥青的动态剪切模量G^*明显提高且始终高于70^#沥青，但略低于SBS改性沥青；废旧电池粉末改性沥青混合料动稳定度与残留稳定度逐渐增大；废旧电池粉末改性沥青的方式属于物理共混，该成分可使沥青的高温性能得到改善，改善程度未及SBS改性沥青，但相差幅度不大；废旧电池粉末改性沥青表面粗糙程度较大，意味着其拥有较大的比表面积，能增强沥青与集料间的黏附能力，从而提高了沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。