文摘

再生沥青路面(RAP)材料通常是在大量的老化沥青涂层表面的聚集,这往往限制了其(RAP)的广泛应用。Bioasphalt是一种可再生材料的组成成分与普通石油沥青和有可能恢复老化沥青的性能在RAP材料。在这个实验室的研究中,最优bioasphalt剂量为振兴和优化针对温拌新生bioasphalt (WBA)性能,在styrene-butadiene-styrene (SBS)和环烷油添加剂,考察了。单因素和正交试验的实验室测试结果表明,最优用量的bioasphalt WBA环烷油SBS 30%至4%和10%,分别。试验结果进一步表明,WBA的延性性能高度响应bioasphalt剂量。环烷油,另一方面,对WBA流动性的影响最大。同样,布鲁克菲尔德粘度实验表明WBA的流动性和老化沥青与不同的内容为30%,40%,50%,60%,和70%,满意地分别会见了中国建筑的要求。附着力测试显示优异的附着力和良好的水分稳定WBA的属性。WBA混合合成PG分数的40%和70%沥青是PG 64 - 34岁和PG 70 - 22日。微观结构和表面形态分析表明羰基吸收峰高的复兴和表面裂缝修复潜力的WBA控制沥青评价的研究。

1。介绍

回收沥青路面(RAP)是一种可回收的材料,通过铣削和现有回收旧沥青路面1,2]。因为说唱的表面通常覆盖着各种老化沥青(3],RAP材料可能经常减少新拌沥青路面的性能时用作添加剂或骨料替代4,5]。因此,有必要添加一个沥青再生/再生剂(5]。然而,对沥青混合料中集料的说唱的应用(协会)和针对温拌沥青(WMA)技术可能面临二次老化沥青的问题(6,7),大大削弱了相应的沥青混合料的性能和使用寿命和路面结构8,9]。尽管修饰符如styrene-butadiene-styrene (SBS)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯(PE)可以改善其性能、沥青混合料可能仍然比原来容易老化沥青(10- - - - - -14]。

除了工业废料的副产品,bioasphalt是与环保沥青和兼容普通石油沥青(15- - - - - -17]。由于它的成本效益,容易获得,和再循环能力18,19),可以混合到石油沥青作为修饰符或用于回收/恢复或完全取代常规沥青(20.- - - - - -22]。然而,强烈的亲水性和水解bioasphalt往往会导致贫困的水分合成混合物的稳定性(23,24]。

在这个实验室的研究中,恢复bioasphalt追究其潜力,加强和优化的流变特性和性能针对温拌新生bioasphalt (WBA)。SBS和环烷油是用来改善WBA流动性。单因素和正交实验设计确定最优数量的每个组件。与不同数量的老化沥青混合后,调用布鲁克费尔德粘度作为控制指标评估和量化WBA流动性。动态剪切流变仪(域),弯曲梁流变仪(BBR)和附着力测试是用来评估的流变特性和水分分别回收沥青的易感性。傅里叶变换红外(ir)和扫描电子显微镜(SEM)观察被用来分析老年人沥青的修复和再生过程包括microevaluation修复机制和WBA对老年人的影响沥青。

2。材料、实验设计和测试方法

下面讨论的研究中使用的材料,也包括实验设计方案和测试方法。材料描述包括索引属性。

2.1。材料
2.1.1。Bioasphalt

Bioasphalt受雇的回春剂老化沥青。bioasphalt总结在表的主要技术指标1。

表1
Bioasphalt技术指标。
2.1.2。原始和年龄石油沥青

原始的、未老化的、石油沥青是分级 (即。,笔70) in compliance with the Chinese standard specifications [25岁],而沥青由原来的石油沥青,受到标准旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)和视为RTFOT残渣。

2.1.3。环烷油(没有)

环烷油用作柔软剂对原石油沥青。不包含许多饱和环碳链提供兼容原石油沥青。没有显示在表的索引属性2。

表2
环烷油指标特性。
2.1.4。Styrene-Butadiene-Styrene (SBS)

石油沥青的老化不受欢迎地减少相应的沥青混合料的低温性能以及沥青的粘附聚集[26]。SBS在这项研究中使用的改性剂制备WBA减轻老化所带来的潜在的性能退化。

2.2。实验设计和测试方法

用单因素试验确定SBS的影响,不,和bioasphalt原沥青的性能。与SBS混合后,bioasphalt,没有单独的技术指标沥青混合使用以下测试方法进行评估:渗透,软化点,延性(在5°C),布鲁克菲尔德粘度(135°C) (27]。在单因素试验结果的基础上,每个影响因素的内容范围被确定为正交因子实验评估和量化的互动影响沥青混合。三个剂量进行正交试验来确定最佳的混合比例的WBA。三个组合SBS用量水平、bioasphalt,没有进行评估。根据正交实验计划,以下标准实验室测试的属性和性能特征进行了量化WBA:粘度、延性,BBR,安全域,傅立叶变换红外光谱和扫描电镜。

3所示。实验室测试结果和分析

实验室测试结果,进行了分析,并在这一节中讨论。这包括对原沥青添加剂影响属性,WBA混合比例,流变特性,附着力和微观结构分析。

3.1。添加剂对沥青性能的影响和性能

SBS的单因素试验结果,bioasphalt,没有添加剂对原沥青在下面讨论。

3.1.1。SBS对原沥青的影响

SBS和原沥青预热30分钟150°C,此后,温度升高到170°C。混合被混合在4000 rpm 40分钟,最后,在150°C, 30分钟。研究了SBS用量对原沥青性能的影响,各种SBS进行评估的内容包括0%,3%,4%,5%,和6%,分别按重量的沥青混合。渗透、延性、软化点和表观粘度结果绘制在图1。它已经在文献中报道,表观粘度在135°C (27)是一个指标的沥青的良好的可加工性。根据SHRP [26),最大3 Pa·s指定的表观粘度。图1 (d)显示,当SBS用量增加,表观粘度显著增加。6% SBS混合时,表观粘度是1.71 Pa·年代,此时渗透40(0.1毫米)和软化点是83°C。如图1 (c)68厘米发生的高峰延性SBS用量的4%。SBS用量时的延性下降到64厘米增加到6%。总的来说,延性的研究结果表明,4%是最佳SBS用量优化实验室性能(图1 (c))。

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图1
SBS变异的单因素试验结果。(一)渗透测试结果。(b)软化点测试结果。(c)延性测试结果。(d)布鲁克菲尔德粘度测试结果。
3.1.2。Bioasphalt对原沥青的影响

确保流动性,bioasphalt和原沥青被预热到140°C在烤箱烤45分钟。在1500 rpm之后,混合混合15分钟,以确保均匀混合。bioasphalt的质量分数是0,25%,30%,35%,和40%,分别。测试结果的渗透,软化点、延性和粘度图所示2。

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图2
bioasphalt变异的单因素试验结果。(一)渗透测试结果。(b)软化点测试结果。(c)延性测试结果。(d)布鲁克菲尔德粘度测试结果。

根据图2 (d)随着bioasphalt用量的增加,表观粘度降低,表明bioasphalt增强沥青混合的流动性。bioasphalt含量达到30%时,布鲁克菲尔德粘度的下降趋势变得温柔。图2(一个)表明沥青混合的渗透增加了。bioasphalt用量为30%时,渗透率值增加缓慢。数据2 (b)和2 (c)建议的延性和软化点沥青混合降低了。峰值,软化点41°C和延性55厘米,bioasphalt用量为0%时出现。这是因为光组件bioasphalt软化沥青质。总的来说,bioasphalt增强沥青混合的粘度特性,但它降低了低温延性性能的沥青混合。

3.1.3。没有对原沥青的影响

环烷油和原沥青被预热到120°C在烤箱烤45分钟。此后,混合混合在1500 rpm,持续15分钟。图3 (d)表明,10%的混合时,表观粘度为0.18 Pa·s。然而,表观粘度表现出减少的趋势越来越没有dosage-a相似的响应趋势的软化点和bioasphalt共享,如图3 (b),2 (b),2 (d),分别。结果表明,不可能提高沥青的流动性,这是一个关键方面施工的和易性和压实性。数据3(一个)和3 (c)表现出增加的趋势渗透(所有剂量水平)和延性增加剂量高达8%。总的来说,这些图形结果显示虽然没有可以改善沥青的低温性能和性能,它可以影响沥青的高温性能。

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图3
单因素试验结果环烷油的变化。(一)渗透测试结果。(b)软化点测试结果。(c)延性测试结果。(d)布鲁克菲尔德粘度测试结果。
3.2。WBA最佳的混合比例

基于上述单因素试验结果,SBS以3%,4%,和5%剂量进行评估,以确定最优WBA连同bioasphalt比例(25%、30%和35%)和没有(6%、8%和10%)。由于相对贫穷的老化沥青的低温性能(28)和WMA施工的和易性,5°C延性和135°C布鲁克菲尔德粘度被选为指示性参数量化性能和确定最优添加剂用量。三因素三水平的正交试验实验,也就是说,l9(33),被选来确定最优混合WBA混合的每个组件。正交实验的测试结果和分析如表所示3和4,分别。

表3
正交试验的测试结果。
表4
相关性和范围分析。

表3显示,当调用布鲁克费尔德粘度作为参考参数,第一组的最小粘度值三个0.395 Pa·年代,50.6厘米的延性。增加更多的老化沥青的低温性能的WBA混合恶化,这组被遗弃。

第二组的最大延性值是59.60厘米(表3布鲁克费尔德粘度值的0.433 Pa·s。优化性能的最佳剂量组合是决定A2B2C3,即。bio-asphalt SBS, 4%, 30%, 10%。表4表明bioasphalt相关性最高的延性WBA。这是因为bioasphalt WBA更敏感的延性,登记相关最高震级为6.07,连续其次是没有(4.60)和SBS(2.37),分别。因此,WBA bioasphalt含量较高优先。相反,粘度略改变了这些添加剂。基于相对较低的相关性大小,表4表明影响粘度是无关紧要的SBS, bioasphalt、环烷油添加剂。

3.3。WBA表观粘度测试结果

满足WBA流动性需求,表观粘度测试是用来确定最优A2B2C3剂量。图4表明,布鲁克菲尔德粘度在120°C的WBA 0.91 Pa·s。当温度增加时,曲线的斜率变得平坦的转折点发生在120°C,这是选择确定不同数量的普通的布鲁克费尔德粘度沥青岁(即。RTFOT-aged)。结果如图5。


图4
WBA布鲁克费尔德粘度测试在不同的温度下(°C)。

图5
沥青和布鲁克费尔德粘度之间的关系在120°C。∗注意:Z30、Z40 Z50 Z60, Z70意味着总沥青重量的30%,等等,与WBA老化沥青的混合。

考虑环烷油在120°C的波动性以及潜在的混合和压实的大容量说唱在建设阶段,120°C被选为混合的温度。如图5岁,除了RTFOT沥青,布鲁克菲尔德粘度增加,推断在流动性增加硬度和衰变。老年人中轻组分的损失沥青对沥青的流动性能有不利影响。没有能够溶解老化沥青的沥青质,而光组件bioasphalt可以用作沥青岁返老还童药。老化沥青为70%时,布鲁克菲尔德粘度达到2.23 Pa·s,这符合中国(JTG F40 2004) WMA建设规范要求,即。的粘度不应超过3 Pa·s [28]。

3.4。WBA流变特性的表征

DSR试验被用来描述WBA的高温流变特性,最初的沥青,分别和RTFOT-aged沥青(29日]。发情的参数 /罪δ利用作为一个指示器的高温流变和antirutting沥青在高温条件下的特征。在该测试中,剪切速率是10 rad / s和测试温度范围从40°C到90°C (30.]。实验测试结果如图6和7。数据、Z40 Z50、Z60 Z70意味着总沥青重量的40%,等等,与WBA老化沥青的混合。


图6
之前的测试结果RTFOT老化。

图7
测试结果后RTFOT-aging沥青。

考虑一个类似的温度数据6和7, 结果如下:Z70 > Z60 > Z50 > Z40 >钢笔 > WBA。老年人沥青量越高,其高温性能越好。根据performance-grading原沥青(PG)规范要求 和RFTOT-aged沥青 ,WBA的高温PG分类数据6和7可以认为是PG 58-XX [31日,32]。笔 原沥青、Z50 Z40高温PG分类将PG 64 - xx。和高温级Z70 Z60将PG 70 - xx。从抗高温车辙的角度来看,RTFOT-aged原沥青Z40, Z50, Z60, Z70被发现明显比钢笔 和WBA沥青理论上预期[33]。

一般而言,年龄沥青在低温下更容易开裂是由于蒸发和退化的饱和烃和芳烃组件17,22]。因此,它是至关重要的调查与WBA老化沥青的低温性能。

的大小年代描述在低温条件下沥青的强度与变形(18,32]。值越小,低温环境下内部应力越小,其灵活性越好(33,34]。的米价值是刚度modulus-time响应曲线的斜率,用于描述沥青的应力松弛能力。比较年代笔的值 原沥青和再生沥青的等级次序年代优势如下:Z70 >钢笔 > Z60 > Z50 > Z40 > WBA。老化的沥青量大于70%时,年代Z70超过价值的钢笔 原沥青(图8)。


图8
蠕变劲度模量年代在不同的温度下。

对于给定的温度范围,绝对斜率(例如,m -值)的stiffness-temperature (ST)曲线在以下等级次序的优越性:Z70 >钢笔 > Z60 > Z50 > Z40 > WBA(图9)。结果表明,如果老年人沥青的比例不超过60%,低温WBA与年龄混合沥青的流变特性,优于原沥青。的PG分类、基于DSR和BBR测试结果,如表所示5。


图9
蠕变速率米在不同的温度下。
表5
PG分类。
3.5。粘附特性

附着力测试来表征沥青的粘附和水分的敏感性。据文献报道[19,35),bioasphalt水分不足的稳定性有明显的缺陷。在这项研究中,粘附优越性的等级次序被发现如下:WBA、Z40, Z50, Z60和Z70分别。测试结果如表所示6。类似于前面的数字,Z40、Z50 Z60, Z70意味着总沥青重量的30%,等等,与WBA老化沥青的混合。

表6
附着力测试结果。

粘附实验结果表中显示WBA附着力等级4,而粘附等级Z40, Z50, Z60, Z70都是5。结果表明WBA与年龄混合沥青具有良好的抗水损害性能。因此,WBA附着力等级最低的4展示最好的粘附聚集,与水分稳定符合中国建筑规范要求(20.]。

3.6。微观结构表征

正交实验,WBA准备使用SBS的最佳内容,bioasphalt,没有分别。Z40和Z70准备利用WBA混合了40%,和70%年龄在沥青在135°C和1500 rpm 15分钟,分别。

3.6.1。红外光谱测试结果和分析

分析再生机制WBA、傅立叶变换红外光谱测试是用来调查WBA和原始的官能团RTFOT和压力老化后沥青船(奶油水果蛋白饼)。如图10亚砜集团是1030年在波数厘米−1。老年人沥青亚砜集团的吸收峰,而WBA没有明显的亚砜集团吸收峰。波数在1700厘米−1是由于WBA的羰基的吸收峰。根据羰基Tauste et al .,有可能稀释亚砜集团,这就是为什么WBA可以提高性能的说唱。吸收峰在2924厘米−1这是由ch的不对称伸缩振动。在1456厘米的吸收峰−1和1376厘米−1是由于甲基和羧基的伸缩振动拉伸振动,分别。


图10
红外光谱测试结果。
操作。SEM测试结果和分析

利用SEM研究WBA和老年人沥青表面的微观结构,分析在说唱WBA的修复和再生效果。根据图11的表面的钢笔 RTFOT前原沥青老化相对光滑,没有碎片和开裂(数据均匀分布(11日)和11 (b))。RTFOT老化后沥青的表面粗糙。由于沥青在老化过程中更大的压力,有骨折碎片角(图生成11 (c))。WBA表面表现出一个复杂的网络交织结构,而SBS和其他人被剪成微观粒子在高速剪切(22]。此外,没有包含许多链结构饱和嫁接的支链的碳环(36]。这使得再生bioasphalt展览一个光滑的外观(图网络结构11 (d))[37]。与老年人沥青混合WBA之后,发现Z40和Z70类型的表面变得光滑。此外,比Z70 Z40是平滑的表面。主要原因是在Z40 WBA的比例高于Z70岁这样的损坏部分沥青可以很容易修复,如图11 (e)和11 (f),分别。这表明bioasphalt和没有WBA可能修复老化沥青的表面损伤和改善沥青在说唱的整体性能。

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图11
SEM测试结果。(a, b)原沥青在老化之前。(c)原沥青老化后。(d) WBA。Z40 (e)。Z70 (f)。

4所示。总结的结论和建议

本文bioasphalt, SBS,没有从废物工业产品和石油沥青被用来产生一个非传统的WBA。不同于传统的代理对沥青岁bioasphalt,成本效益(即。,it costs half as much as standard asphalt) and environmentally friendly material was innovatively used as a rejuvenated agent in the study. The key findings, conclusions, and recommendations drawn from this paper are shown as follows:(1)单因素和正交试验的结果表明,最优混合的bioasphalt WBA不,SBS 30%至4%和10%。此外,bioasphalt发现展览WBA延性高度敏感。环烷油,另一方面,影响最大的WBA流动性,材料施工能力的一个关键方面。(2)布鲁克费尔德粘度实验表明WBA的流动性和老化沥青与不同的内容满足施工要求。附着力测试显示优异的附着力和良好的水分稳定属性WBA附着力等级4。流变测试(安全域和BBR)表示改善老化沥青的高温和低温流变特性相对于未老化的钢笔 原来的沥青。(3)红外测试表明羰基在WBA稀释溶解老化沥青的亚砜集团,从而揭示bioasphalt的恢复机制。SEM测试结果重申的复兴潜力bioasphalt WBA通过表面形态特征。

总的来说,这项研究提供了一个基础的平台向使用bioasphalt WBA回春剂,具有巨大的潜力在再生沥青路面使用。然而,更多的这种性质的实验室检测建议未来的研究来自不同来源的多样化涉及广泛的材料包括领域相关性和验证,进一步增加了这些研究结果。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

信息披露

本文的内容(这不是一个标准)反映作者的观点是谁单独负责本文提供的事实和数据的准确性,不一定反映任何机构或机构的官方观点或政策。贸易名称信息为目的,而不是为产品代言,广告,促销,或认证。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

朱张负责概念化、调查方法,正式的分析、验证、写初稿,审查和编辑文章。Jiusu李负责概念化、资源收集、调查方法,正式的分析、验证,编写最初的草案,审查和编辑文章,和监督。Zhengjun段进行调查和实验测试。张Shuaipeng负责审查和编辑文章和实验测试。创意路进行了实验测试。

确认

也特别感谢和感激之情去那些帮助在研究过程中。作者欣赏金融支持长沙工业科技项目专员(CSKJ2017)。