废植物油对乳化沥青冷再生混合料性能影响研究

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面对我国“碳达峰、碳中和”的国家战略需求,沥青路面冷再生技术因其低能耗、低排放等优势,在公路和城市道路建设中得到了广泛应用。在实际工程应用中,传统的冷再生技术通常将废旧沥青混合料作为“黑色集料”对待,其表面的老化沥青不进行处治,导致老化沥青与乳化沥青界面结合薄弱,混合料路用性能较差,仅能用于路面基层。此外,废植物油(俗称地沟油)已不能再食用,但其富含的脂肪酸、多环芳烃等生物质组分基团与老化沥青缺失的轻油组分(饱和分、芳香分)极为相似。为提升冷再生沥青混合料路用性能,本文创新提出采用废植物油预润废旧沥青混合料,通过量化不同掺量废植物油对乳化沥青冷再生混合料各路用性能的影响,揭示植物油增强老化沥青与乳化沥青界面黏结强度的作用机理,确定为废植物油预润式乳化沥青冷再生技术的应用和推广提供技术储备。首先,为揭示不同掺量废植物油对回收老化沥青的再生效果的影响,根据课题组前期研究成果,以6.0%、8.0%、10.0%、12.0%四种掺量,采用废植物油预润再生老化沥青,以针入度、软化点、延度、粘度等宏观性能指标综合分析确定废植物油的掺量范围。通过沥青各组分含量变化、微观形貌变化、官能团变化等微观组成结构特征为指标,分析废植物油合理掺量范围内对老化沥青的再生影响。结果表明,随废植物油掺量增加,针入度和延度提高,软化点和粘度下降,废植物油的合理掺量范围为6.0%-10.0%。再生沥青轻质组分含量增加,重质组分含量减小,表面粗糙度增加,羰基和亚砜基官能团指数减小。其次,为确定不同废植物油掺量对乳化沥青冷再生混合料最佳乳化沥青用量的影响,采用重型击实试验、劈裂试验等确定废植物油掺入前后乳化沥青冷再生混合料的最佳乳化沥青用量。结果表明,在6.0%-10.0%掺量范围内,随废植物油掺量增加,最佳乳化沥青用量从3.9%降至3.49%。第三,为分析不同废植物油掺量对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,采用车辙试验、低温小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、马歇尔稳定度试验、劈裂试验等对废植物油掺入前后乳化沥青冷再生混合料的高温性能、低温性能、水稳定性、力学性能、温度敏感性、抗老化性能进行探究。结果表明,随废植物油掺量增加(6.0%-10.0%)和拌和工艺的改进,混合料路用性能除高温性能降低12%外均有所提高,其中低温性能改善显著,增幅近30%,高温性能虽略有下降但整体符合规范要求。最后,为阐明废植物油合理掺量内和不同拌和工艺下乳化沥青冷再生混合料性能提升机理,采用场发射电子显微镜扫描各混合料旧集料表面、集料-胶浆界面和胶浆内部空隙分布情况。结果表明,随废植物油掺量增加和拌和工艺的改进,旧集料表面沥青分布逐渐均匀,集料-胶浆界面裂缝缩小粘结性逐渐提高,胶浆内部空隙逐渐减少。
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