新-旧沥青混融行为机制分析及融合程度量化表征

为促进新沥青与老化沥青(新-旧沥青)的有效融合,提升再生沥青混合料的路用性能,从新-旧沥青混融行为理论解析、老化沥青转移特性、混融程度表征等方面,系统地回顾与梳理了混融过程的理论模型、影响要素、测试手段及评价方法.新-旧沥青混融行为理论方面,归纳了Fick定律、对流传质理论、分子动力学理论的分析原理、模型构建及应用实效;老化沥青转移特性方面,凝练了老化沥青在不同拌合条件下的转移特性及变化规律,阐明了间接评价老化沥青转移程度的分析方法;新-旧沥青混融程度量化表征方面,探讨了利用微宏观性能测试指标揭示混融扩散影响区域和扩散途径的适用性,阐述了基于不同测试方法对融合程度的量化表达过程.实践表明:形成完整的新-旧沥青混融行为理论体系,揭示混融扩散全过程的演化机制,构建混融程度的多尺度表征方法,有助于强化对新-旧沥青混融行为的理解与表达,为有效提升再生沥青混合料路用性能提供理论支撑和实践依据.

微波加热条件下新旧沥青融合效果研究

沥青混合料的再生利用涉及新旧沥青的融合问题,对其进行定量评价有利于深入探索新旧沥青的融合程度和融合机制。新旧沥青的表面自由能和官能团有一定差别,可通过表面自由能和傅里叶红外光谱试验进行研究。文中采用微波加热条件,掺加纳米SiC、Fe_(2)O_(3)两种吸波剂,比较分析新旧沥青融合界面表面自由能和官能团的变化。结果表明,与单独掺入纳米SiC或Fe_(2)O_(3)相比,同时掺入两种吸波剂的新旧沥青表面自由能、羰基指数和亚砜基指数下降更明显,更接近新沥青的指标,新旧沥青的融合效果更好。

新旧沥青融合程度对热再生沥青混合料性能影响

沥青混合料热再生过程中新旧沥青融合程度对其混合料的性能影响显著,目前我国热再生沥青混合料进行配合比设计时并未考虑新旧沥青的融合问题。为探究新旧沥青融合程度对热再生沥青混合料工作性能及配合比设计的影响,在质量分数为20%、30%、40%、50%废旧沥青路面回收材料(RAP)掺量下,对常规拌和方式及模拟新旧沥青100%融合拌和方式制备的热再生沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性以及抗反射开裂性能展开系统地对比研究,在建立两种拌制方式下路用性能差异与RAP掺量之间关系的基础上,确定了需要考虑融合程度的界限RAP掺量。结果表明:随着RAP掺量增大,混合料的高温性能增强,低温性能、水稳定性以及抗反射开裂性能降低;与常规拌和方式相比,新旧沥青100%融合条件下拌制混合料的低温性能、水稳定性以及抗反射开裂性能更优,高温性能较差;两种混合料之间高温性能差异、低温性能差异以及水稳定性差异随RAP掺量的增加逐渐增大,抗反射开裂性能差异无显著变化;以性能差异平均增长率所对应的RAP掺量为界限掺量,提出当RAP掺量大于30%时,热再生混合料设计中应考虑新旧沥青融合程度的影响。

基于荧光显微镜的再生新旧沥青融合程度研究

为定性、定量评价就地热再生新旧沥青混合料的融合程度,引入、改进了再生沥青混合料沥青分层剥离方式;采用荧光显微镜测试不同新旧沥青含量的标准样品,建立了旧沥青含量与荧光显微镜测试图片灰度值的关系;测定了现场取样再生沥青混合料新旧沥青融合后最内层的旧沥青含量,提出了新旧沥青融合程度定量评价方法。结果表明:新沥青混合料与再生剂、旧沥青混合料拌和后,新沥青、再生剂从旧沥青外层至内层逐步渗透、融合,外层沥青融合程度最高、内层最低,但融合程度变异较大,再生沥青混合料旧沥青内层总体表现为新旧沥青融合程度可达30%~60%。

基于原子力显微镜的新旧沥青融合机理及力学性质研究

采用原子力显微镜研究新旧沥青融合再生过程中不同区域的微观形态结构特征及力学性质,探索新旧沥青融合再生过程中微观形态结构的演变规律.利用分析软件提取新旧沥青及其融合区沥青微观结构的形态学参数并进行量化分析,研究再生沥青微观形态学参数与其力学性质的关系.

RAP掺量与新旧沥青融合程度对热再生混合料性能的影响

通过变化RAP掺量为20%~50%试验,研究常规未知新旧沥青融合状态与模拟新旧沥青100%融合状态下热再生混合料高温及低温性能、水稳定性、抗疲劳性能。结果表明:两种融合状态下,热再生混合料抗车辙性能均随RAP掺量增大而提高,低温抗裂性能和水稳定性均随RAP掺量增大而降低。新旧沥青融合程度和RAP掺量对热再生混合料的高温及低温性能、水稳定性、抗疲劳耐久性能有显著影响。与常规拌和工艺相比,新旧料100%融合工艺制备的热再生混合料其高温稳定性稍差,但具有更好的低温抗裂性能、水稳定性和抗疲劳耐久性能,配合比设计时应考虑新旧沥青融合程度对高RAP掺量热再生混合料路用性能与抗疲劳耐久性能的影响。

基于红外光谱仪的新旧沥青融合程度量化表征

为了对热再生中新旧沥青融合的程度进行定量分析,采用傅里叶红外光谱分析仪(fourier transform infrared,FTIR)对废旧沥青路面材料(recycle asphalt pavement,RAP)热再生过程中新旧沥青的融合程度进行研究。根据苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(styrene-butadiene block copolymer,SBS)和基质沥青具有不同红外特征峰的特点,将SBS作为沥青示踪剂,并基于分层溶解法提出了一种可以定量分析新旧沥青融合程度的方法,并通过此法对热再生过程中的拌和温度、拌和时间以及木质素纤维对新旧沥青融合程度的影响进行了研究,结果表明:随着拌和温度和拌和时间的提高,新旧沥青的融合和程度也随之提高,木质素纤维的加入也会提高新旧沥青的融合程度。

微波对旧沥青激活及新旧沥青融合的试验探究

本文将微波诱导加热技术应用于沥青混合料热再生中,开展旧沥青激活及新旧沥青融合试验探究,以烘箱加热技术作为对照组,考虑温度、拌和时间对加热效率的影响。结果表明:微波加热对旧沥青激活效率远高于烘箱加热,同时,温度及拌和时间对迁移量变化规律有较大影响,微波加热技术中的旧沥青迁移量系数是传统烘箱加热迁移量系数的数倍:新旧沥青融合与旧沥青激活规律相似,微波诱导加热技术要好于烘箱加热技术。

温拌再生新旧沥青的融合性试验研究

温拌再生沥青混合技术的关键点是新旧沥青二者之间的有效融合性,在性能试验基础上对混合料的融合性进行深入分析,并将浸水劈裂强度、劈裂强度、冻裂前后劈裂分析结果作为依据,对常温再生与沥青完全融合再生试验中分别加入不同旧料掺量的结果进行对比。试验对比结果显示,旧料比例对常温再生混合料试件的性能指标产生直接影响,二者之间为正比例关系,也就是说常温再生混合料试件性能指标会随旧料比例的增加而上升。与完全融合再生混合料试件性能相比其指标更高一些,旧料比例为50%以下时融合性能相对良好。

沥青再生过程中新-旧沥青界面混溶行为综述

随着公路里程的迅速增长,废旧沥青混合料(RAP)逐年增多,研究者开展了废旧沥青混合料回收技术的研究,发现随着RAP掺量的增大,再生沥青路面整体路用性能急剧下降。探讨其原因,废旧沥青混合料再生过程中,新-旧沥青局部融合。鉴于RAP不断增多,寻求RAP的有效处理途径成为当务之急,高掺量RAP对再生沥青路面路用性能的影响有待商榷。为解决一系列再生沥青路面的难题,需形成完整的新-旧沥青融合理论体系,探讨新沥青以及相容渗透剂在旧沥青中的扩散影响区域和扩散途径。迄今为止,国内外学者以宏观到微观的纵深演进思维,从宏观、细观、微观以及分子尺度分析新-旧沥青的混合效率,由部分融合的定性评价到融合程度量化分析的研究拓展,建立理论模型与评价指标。基于Fick扩散理论和分子动力学理论,运用混合效率和扩散速率等评价指标,探讨新-旧沥青融合影响因素及扩散机制。研究表明,影响新-旧沥青融合的因素有拌和温度、拌和时间以及材料参数,其中温度是主要因素。为满足再生沥青混合料的路用性能,研究者探讨施工参数(RAP掺量、拌和温度、拌和时间)与路用性能的关联性,从而提高废旧沥青混合料的回收利用效率。本文综合国内外的研究成果,介绍扩散理论与模型,归纳研究手段及对应的评价指标。试验研究方面,分析存在的问题及不足,详细介绍了分子示踪、分层抽提、凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶红外光谱(FTIR)以及原子力显微镜(AFM)等技术在新-旧沥青融合中的运用。鉴于目前研究现状,研究者仅在宏观层面上利用再生沥青、再生沥青混合料的流变性能以及预估性能,通过对比分析以确定混合效率存在的缺陷,故研究者常借助细微观研究手段来验证试验的可靠性,并指出了影响新-旧沥青融合程度的诸多因素。

新旧沥青界面扩散行为数值模拟研究

为研究沥青路面再生过程中新旧沥青界面扩散行为,量化了不同条件下新旧沥青的渗透融合程度。采用了Fick扩散理论和基于示踪剂的方法得到了不同沥青种类、保温温度和再生剂掺量下的扩散系数和融合度指标,分析了新旧沥青界面扩散行为的影响因素。研究结果为新旧沥青界面扩散行为研究提供了理论依据。

基于原子力显微技术的热再生混合料中新旧沥青融合程度量化指标和方法

厂拌热再生混合料中新旧沥青的融合程度对再生混合料设计及性能均有重要影响,目前已有较多学者开展了融合程度的量化研究,但现有量化方法在应用时大多需采用化学试剂对再生沥青进行抽提回收,这无疑会破坏混合料中新旧沥青真实的融合状态。基于原子力显微技术直接针对热再生混合料试件提出一种量化新旧沥青真实融合程度的方法。为此,首先在沥青层面探究了利用原子力显微技术中得到的力学、化学指标量化沥青融合程度的可行性,发现在单一沥青层面,DMT模量指标与宽带点光谱量化得到的羰基指数与沥青老化及融合特征相关性较好;接着选取DMT模量和羰基指数指标建立了完全混溶再生沥青纳观性能的预估方程;然后,在混合料层面利用不同来源的沥青对量化指标的适用性进行了检验,发现相较于羰基指数,采用DMT模量指标量化再生混合料中新旧沥青融合程度的误差更小;最后,基于该指标在混合料层面初步给出了直接量化厂拌热再生混合料中新旧沥青融合程度的方法;并以3种旧料掺量的再生混合料为例,对量化方法的应用进行了介绍。

新旧沥青界面融合实测与耗散粒子动力学模拟

为扩充新旧沥青界面再生融合特征的研究手段,多尺度量化剖析新旧沥青界面再生融合速率、融合程度等行为参数,通过动态剪切流变试验,基于细观尺度实测研究新旧沥青界面再生融合规律;通过耗散粒子动力学,基于介观尺度模拟研究新旧沥青界面再生融合机理行为并验证动态剪切流变试验实测结果。分析表明:加热温度、加热时间均与新旧沥青界面再生融合程度呈正相关关系,加热温度与新旧沥青界面再生融合速率呈线性正相关关系,加热时间与新旧沥青界面再生融合速率呈指数负相关关系;加热时间从10~120 min,沥青界面扩散激活能增长了3~5倍;采用新添沥青单一调和的方式再生效果不佳,各试验条件下沥青界面再生融合程度均不足50%,但采用新添沥青与再生剂复合的方式,新旧沥青界面再生融合程度提升2倍左右,并同比降低沥青界面扩散激活能10%~30%;剪切速率可较大幅度影响新旧沥青界面再生融合作用,并且相比于较高加热温度(358~418 K),在低温加热条件下(298~358 K)适当增加剪切速率对改善新旧沥青界面再生融合特征效果更明显;采用的沥青四组分分子结构模型、构建的耗散粒子动力学粗粒化结构模型和选取的模拟计算参数为跨尺度拓展量化表征新旧沥青界面再生融合行为特征与规律提供重要支撑。

新-旧沥青界面再生流变特征及分子动力学模拟研究

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。

温拌再生新旧沥青的融合性试验研究

新旧沥青的融合性是温拌再生沥青混合技术的重要内容,基于性能试验来分析混合料的融合性,并从劈裂强度、浸水劈裂强度、冻融前后的劈裂强度等指标分析上,分别从不同旧料掺量上进行常规温再生和沥青完全融合温再生试验对比。结果显示,常规温再生混合料试件的性能指标随旧料比例的增加而上升,比完全融合温再生混合料试件的性能指标均高,在旧料掺量小于50%时,融合性能良好。