文献阅读：废机油再生沥青及其混合料的机理和性能研究

文献阅读：废机油再生沥青及其混合料的机理和性能研究的思维导图，主要包括内容、原料、制备、改性沥青机理试验、沥青粘结剂试验等内容。

废机油再生沥青及其混合料的机理和性能研究

• 内容
  • 为了提高废机油再生沥青的路用性能和贮存稳定性，将环氧树脂和糠醛萃取油与废机油结合，与再生沥青路面耦合再生沥青和沥青混合料，研究WEO-RA的再生机制、流变特性和物理性能，验证WEO作为沥青结合料和沥青混合料再生剂的可行性和改性效果。
• 原料
  • 沥青粘结剂
    • 70#道路石油沥青
  • WEO再生剂
    • 废机油、糠醛萃取油和环氧树脂组成
• 制备
  • WEO-RA的制备
    • 200克老化沥青在130◦C的烤箱中加热和熔化;软化后放入140◦C的容器中，按设计比例依次加入9克WEO, 10克糠醛油，1克环氧树脂。最后将容器放入140◦C油浴中，用高速剪切机以700 r/min预分散沥青10分钟，然后将剪切速度改为1000 r/min，剪切20分钟
• 改性沥青机理试验
  • 分子量测试
    • 凝胶渗透色谱法(GPC)
      • 讨论
        • WEO的分子量比原始沥青和老化沥青的分子量小得多
          • 可以用它来改性沥青的分子量
        • 老化沥青的数量平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)最高
          • 说明老化模拟试验提高了沥青的相对分子质量
        • 经WEO再生后，老化沥青的Mn和Mw下降到与原沥青差异不大
          • WEO显著降低了老化沥青的分子量，与原始沥青基本相同
        • 从多分散性来看，老化后原沥青的多分散性降低到3.246，再生后增加到4.231。
          • 小分子再生剂(WEO)的加入可以提高沥青的多分散性
  • 化学结构测试
    • 傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测原沥青、WEO和WEO- ra的化学官能团
      • • 2922 cm−1和2852 cm−1附近的吸收带分别代表- ch2 -反对称拉伸和- ch2 -对称拉伸的吸收带
        • 1600cm−1左右的吸收带是苯环上碳-碳骨架的振动，证明了芳香族化合物的存在。
        • 1460cm−1附近的吸收带是由- ch2弯曲振动和- ch3不对称弯曲振动引起的
        • 1376 cm−1处的吸收带为-CH3的对称弯曲振动。
        • 总结：与WEO和原始沥青相比，WEO-RA的 FTIR谱图中没有观察到新的化学基团
          • WEO与老化沥青在再生过程中没有发生化学反应
  • 热稳定性测试
    • 热重(TG)测试原始沥青、老化沥青和WEO-RA沥青的热稳定性
      • • 30-257◦C, WEO-RA的质量损失率比原始沥青高0.4%。
        • 257-500◦C，再生沥青的质量损失率相对较高，为1.48%
          • 质量损失主要是由于沥青的轻组分，如饱和的、芳香的等挥发和化学反应
        • 500-550◦C，再生沥青的质量损失率相对较高，为1.48%。
          • 质量趋于稳定，因为沥青的热分解在这一阶段完成
        • 总结：WEO- RA沥青的整体质量损失仅比原沥青高1.9%
          • WEO-RA的热稳定性略差于原沥青，但WEO-RA在低于200◦C温度范围内的热稳定性与原沥青相似。
• 沥青粘结剂试验
  • 物理性质
    • 25◦C渗透性、15◦C延展性和软化点测试
      • 检测原始沥青、老化沥青、再生沥青和储存10天和30天的物理性能
        • WEO-RA的渗透性比老化沥青高168%，与原始沥青基本相同(仅相差5.4%)
          • 10d和30d后WEO-RA只减少0.1%和1.7%的渗透
        • WEO-RA的软化点与老化沥青相比下降了6◦C，比原沥青高2.5◦C
          • 10d和30d后软化点只增加0.1℃和0.1℃
        • WEO-RA的延性从60 cm恢复到>100 cm，与原沥青基本相同
          • 10d和30d后延性> 100厘米
        • 总结;表明沥青的物理性质不改变,存储10 d和30d后,WEO-RA具有良好的贮存稳定性
  • 高温流变特性
    • 动态剪切流变仪(DSR)
      • 测试原始沥青、老化沥青、WEO-RA、WEO-RA贮存10 d后和30 d后的高温流变特性
        • • 随着温度的升高，沥青的复模量逐渐减小，复模量的相位角逐渐增大，
            • 沥青的弹性成分逐渐转变为粘性成分，高温稳定性逐渐降低
          • 老化沥青的复模量明显高于原始沥青
            • 沥青在热氧化老化过程中具有硬度和刚度
          • 再生后WEO-RA的复模量明显低于老化沥青
            • WEO可以显著恢复老化沥青的高温性能,
          • WEO-RA沥青在贮存10 d和30 d后，其复模量变化不明显,仅增加4.5%和32.8%
            • WEO-RA沥青稳定性较好
        • • 老化沥青的车辙因子明显高于原有沥青粘结剂
            • 老化后沥青粘结剂的抗车辙性能要好得多。但是重组分的增加会改变沥青的组分平衡，使沥青的胶体结构退化
          • 再生后WEO-RA的车辙因子显著降低
            • WEO能软化老化沥青，恢复沥青组分平衡
          • 储存10 d和30d后，60◦C车辙因子增加7.9%和32.4%
            • WEO- RA在长时间储存过程中WEO的蒸发和挥发缓慢，
          • 总结：可以确定沥青的G*/sinδ等于1.0 kPa的温度为破坏温度，WEO-RA具有良好的贮存稳定性
  • 低温流变特性
    • 弯梁流变仪(BBR）
      • 原沥青、老化沥青、WEO-RA沥青、WEO-RA沥青贮存10天后、30天后低温弯曲试验
        • • 沥青结合料的S值增大，同时沥青结合料的m值减小
            • 由于沥青的温度敏感性，在较低的温度下会变得更加坚硬，刚度模量越大，沥青越脆，低温性能越差
          • 与老化沥青相比,WEO-RA的S值显著降低
            • WEO可以有效减少老化沥青的刚度模量
        • • 老化沥青的m值小于原沥青
            • 老化沥青在低温条件下的蠕变速率比原沥青慢，且在低温条件下更易开裂
          • WEO-RA在−12◦C处的m值比老化沥青高33.3%，与原始沥青基本一致
            • WEO-RA在−12◦C处的低温抗裂能力远好于老化沥青，与原始沥青基本相同
          • WEO-RA的破坏温度最低，低于原始沥青低于老化沥青
            • WEO-RA在这三种沥青结合剂中具有最好的低温性能
          • 储存10 d和30 d后，S值分别增加了25%和43.7%，基于S值的失效温度分别增加了2.8◦C和4.6◦C，同时基于m值的WEO-RA的失效温度分别增加了2.6◦C和2.5◦C。
  • 讨论：抗老化性能分析
    • FTIR
      • 1030 cm−1和1700 cm−1的吸收带分别代表亚砜官能团(S-O)和羰基官能团(C-O)。IC=O和IS=O是C-O和S-O的相对含量，其参数越高，沥青的老化程度越严重
      • 随着老化时间的延长，IS=O和IC=O都在增加
        • 说明沥青经历了TFOT老化，会产生一些典型的老化产物
      • WEO-RA的IS=O在未老化时比原沥青低8.7%，但在5h、10h、15h和 20 小时老化后比原沥青高5.2%、9.0%、14.2%和3.0%
        • WEO-RA的S-O相对含量略高于原沥青。
      • 与原始沥青相比老化5 h、10 h、15 h和20 h后WEO-RA的IC=O分别降低9.5%、7.4%、18.3%、5.7%和2.0%
        • 老化后WEO-RA的C-O含量低于原沥青。20 h后WEO-RA的C—O和S—O含量与原沥青基本相同
          • 长期热老化后WEO-RA的耐老化性能与原沥青相当
    • 经过不同时效时间后，WEO-RA的平均穿透度与未改性沥青仅相差6.5%，平均软化点仅比未改性沥青高1.3◦C，但其平均延性比未改性沥青低45.3%。
      • 不同时间TFOT老化后WEO-RA的高温性能与原沥青无明显差异，低温物理性能比原沥青差，但随着老化时间的增加，这种差异趋于减小。
• 沥青混合料试验
  • 冻融劈裂试验
    • 试验内容
      • 设置两组
        • 第一组在25◦C水浴中浸泡2 h，测试劈裂强度
        • 第二组是沉浸在0.09 MPa水和真空的15分钟,然后放入冰箱−18◦C 16 h。把它放在一个60◦C水浴24 h,然后浸泡在25◦C 2 h用水测试它的劈裂强度。
      • 用第二组抗拉强度与第一组抗拉强度的比值来评价水稳定性
      • 冻融劈裂强度比能反映沥青混合料的水稳定性，冻融劈裂强度比越高，沥青混合料的水稳定性越好
        • 与未添加RAP的沥青混合料相比，添加10%、20%、30%、40%和50% RAP的沥青混合料冻融劈裂强度比分别降低了3.1%、4%、6.9%、9.6%和12.0%。
          • 与未添加RAP的沥青混合料相比，添加10%、20%、30%、40%和50% RAP的沥青混合料冻融劈裂强度比分别降低了3.1%、4%、6.9%、9.6%和12.0%。
          • 当RAP材料掺量为50%时，沥青混合料冻融劈裂强度比最小，为77%，仍高于下限(75%)。
          • 总结：WEO再生50% RAP的沥青混合料仍然具有良好的水稳定性。
  • 动态单轴压缩试验
    • 从样品中钻取尺寸为Φ100 mm ×110 mm的岩心。加载应力为0.7 MPa，加载形式为0.1 s加载时间和0.9 s卸载时间组成的半正弦波加载方式。温度是50◦C和60◦C。当试件位移达到10mm时结束试验。
      • 在50◦C，不含RAP的沥青混合料的位移达到10 mm时，加载次数为295次，而含10%、20%、30%、40%和50%的沥青混合料的加载次数分别增加了87.8%、136.6%、149.8%、179.3%和458.6%。
      • 与没有RAP的沥青混合料相比，在60◦C的加载时间分别增加了1.8%、33.5%、157.7%、244.7%和406.1%。
      • 总结：WEO再生沥青混合料的高温稳定性明显优于原沥青混合料，且随着RA含量的增加，增强效果更明显;
  • 抗车辙试验
    • 样品放在50◦C的水浴30分钟，然后用72公斤的车轮以52次/分钟的速度滚动。直至车辙深度达到12.5 mm或重复加载次数达到20000次结束试验。
      • 当变形达到12.5毫米,初始沥青混合料的加载10301次,而10%,20%,30%,40%和50%的沥青混合料分别加载6564次,6122次,5559次,5144次,4803次,分别减少了36.2%,40.5%、46.0%、50.0%和53.3%。
        • • 在水与高温的耦合作用下，0% RAP材料的性能最好
  • 半圆弯曲拉伸试验(SCB)
    • 评估沥青混合料的低温性能
      • 试样沿半径方向切成两部分。测试由UTM-100进行，样品在−10◦C条件下工作5小时。缺口深度为6.25 mm。试验模座两圆杆之间距离为12cm，加载速率为50mm /min，直至断裂。
  • 疲劳试验
    • 重复加载半圆弯曲试验(R-SCB)对抗疲劳性能进行评价
      • 随着应力比的增加，沥青混合料的疲劳寿命逐渐降低
      • 当应力比从0.5增加到0.9时，未添加RAP的沥青混合料的疲劳寿命降低了83.6%
        • 表明疲劳性能具有显著的应力依赖性
      • 当应力比为0.5时，10%、20%、30%、40%和50% RAP混合料的疲劳寿命分别下降5.0%、7.3%、13.3%、15.2%和27.7%;
      • 当应力比为0.9时，添加10%、20%、30%、40%和50% RAP的沥青混合料疲劳寿命分别降低7.18%、9.7%、16.3%、34.0%和37.7%;
      • 总结：RAP对沥青混合料的抗疲劳性能有一定的降低作用，且随着RAP含量的增加，降低效果更明显
• 结论
  • 可以通过WEO对沥青组分的改性来恢复老化沥青，WEO- RA改性过程中没有产生新的化学官能团。WEO-RA的热稳定性略差于原始沥青，WEO-RA在(30-200◦C)内的热稳定性与原始沥青相似
  • WEO能显著恢复老化沥青粘结剂的技术性能。就WEO-RA的流变性能而言，在高温范围内更有利于抗车辙;WEO-RA的低温流变性能比原沥青好2。在抗老化性能方面，WEO-RA老化时间越久，其状态与原始沥青更相似
  • WEO-RA在贮藏10天和30天后，其物理和流变性能变化不明显，具有较好的贮藏稳性定。
  • 不同WEO再生RAP含量的沥青混合料的高温和低温性能均得到提高，但水稳定性和抗疲劳性能降低。但掺入50% RAP的沥青冻融劈裂强度比仍能满足水稳定性要求。另一方面，随着RAP含量的增加，沥青混合料在水-高温耦合条件下的抗车辙性能逐渐降低。