木焦油基再生沥青制备与性能研究

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沥青路面具有优良的行车体验,易于修复的优点,但同时也存在耐久性不足,易老化破坏的缺点。老化后的路面材料经铣刨后会产生大量的废旧沥青,合理有效地利用废旧沥青可以节约石油沥青资源,减少能源消耗。我国毛竹产量排名世界第一,具有丰富的毛竹资源,本文采用环境友好、来源广泛的毛竹裂解木焦油作为老化沥青再生剂的主体部分,附以生物质纤维等其他添加剂制备复合再生剂再生老化70#基质沥青及SBS改性沥青。以RA-102再生剂作为对照组,结合物理性能、流变性能、化学特性及微观特性等试验探究木焦油基再生剂沥青结(混)合料的性能和再生机理。研究得出的主要结论如下:(1)通过正交试验法得出木焦油基再生剂各组分占老化沥青质量的比例为:15%木焦油、0.3%生物质纤维、5%增塑剂、0.3%增容剂、1%稳定剂。(2)与RA-102再生沥青相比,木焦油基再生沥青具有更好的热储存稳定性,木焦油基再生剂不易与沥青产生分离,在搅拌均匀的前提下,木焦油基再生沥青的可储存时间更长,使用性能更稳定。(3)物理和流变性能试验结果表明木焦油基再生剂可显著提高老化沥青的低温延展性和抗裂性能,但会略微降低老化沥青的高温抗变形能力。由于生物质纤维的加筋作用,木焦油基再生沥青的高温抗变形能力略优于RA-102再生沥青。(4)组分分析试验结果表明,与老化沥青相比,木焦油基再生剂再生沥青饱和分和芳香分含量增加,胶质和沥青质含量减少,再生剂可通过稀释作用溶解老化沥青质,补充轻质组分达到恢复老化沥青使用性能的效果。红外光谱试验结果表明沥青再生后S=O键和C-O键强度减弱,再生SBS改性沥青还表现出对应丁二烯的C=C键强度略微增强,木焦油基再生剂可与SBS改性剂发生化学反应,修复改性剂的网状结构。(5)微观特性试验结果表明木焦油基再生剂可促进老化沥青蜂状结构的分解,减小蜂状结构的面积占比,提高分散相和连续相的含量,减小沥青表面的粗糙度,较好地恢复老化沥青的表面形貌。(6)AC-13型沥青混合料路用性能测试结果表明,木焦油与生物质纤维协同作用可显著提升再生沥青混合料的柔韧性,改善沥青路面使用性能,延长其使用寿命。木焦油基再生沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗老化性能优于RA-102再生沥青混合料。研究木焦油及其复合再生剂对老化沥青使用性能恢复的内在机制对实现农林废弃物的资源化和无害化处理,进一步提高我国废旧沥青资源循环再生利用技术具有重要的理论作用与实践意义。
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