基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑：研制、性能與應用一、引言1.1研究背景與意義近年來，隨著我國交通基礎設施建設的持續(xù)推進，道路建設規(guī)模不斷擴大。截至[具體年份]，我國公路總里程已達到[X]萬公里，其中瀝青路面占據了相當大的比例。然而，瀝青路面在長期使用過程中，受到車輛荷載、自然環(huán)境等因素的作用，會逐漸出現(xiàn)老化、開裂、車轍等病害，導致路面性能下降，影響行車安全和舒適性。為了維持道路的良好使用狀態(tài)，需要對病害路面進行維修或重建，這不可避免地產生了大量的廢舊瀝青混合料（RAP）。據統(tǒng)計，我國每年產生的廢舊瀝青混合料數(shù)量高達數(shù)千萬噸，且呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。大量廢舊瀝青混合料的產生，帶來了一系列嚴峻的環(huán)境和資源問題。一方面，隨意堆放廢舊瀝青混合料不僅占用大量寶貴的土地資源，還可能對土壤、水體和空氣造成污染。例如，廢舊瀝青混合料中的有害物質可能會隨著雨水的沖刷進入土壤和水體，破壞生態(tài)平衡，危害動植物的生存環(huán)境；在自然環(huán)境中，廢舊瀝青混合料還可能會釋放出揮發(fā)性有機化合物，對空氣質量產生負面影響。另一方面，瀝青作為一種不可再生的資源，其生產過程需要消耗大量的石油資源。廢舊瀝青混合料的廢棄，意味著大量的資源浪費，增加了對石油資源的依賴，也不符合可持續(xù)發(fā)展的理念。為了解決這些問題，廢舊瀝青混合料的再生利用成為了道路工程領域的研究熱點和重點發(fā)展方向。通過再生技術，可以將廢舊瀝青混合料重新加工利用，使其恢復部分性能，再次應用于道路建設中，從而實現(xiàn)資源的回收利用，減少對環(huán)境的影響。在眾多再生技術中，再生劑的使用是關鍵環(huán)節(jié)之一。再生劑能夠補充老化瀝青中缺失的輕質組分，調整瀝青的化學組成和膠體結構，從而恢復老化瀝青的性能，提高廢舊瀝青混合料的再生效果。廢生物油作為一種可再生的生物質資源，來源廣泛，包括餐飲廢油、動物油脂、農林廢棄物熱解油等。這些廢生物油若得不到妥善處理，同樣會對環(huán)境造成污染。將廢生物油用于制備瀝青再生劑，不僅可以實現(xiàn)廢生物油的資源化利用，變廢為寶，還為瀝青再生劑的研發(fā)提供了新的原料來源。與傳統(tǒng)的石油基再生劑相比，基于廢生物油的瀝青再生劑具有綠色環(huán)保、可再生等優(yōu)點，符合當前社會對可持續(xù)發(fā)展的追求。此外，高粘附性是瀝青再生劑的重要性能指標之一。高粘附性的再生劑能夠增強再生瀝青與集料之間的粘結力，提高再生瀝青混合料的力學性能和耐久性，從而延長道路的使用壽命。因此，研制基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑，對于提高廢舊瀝青混合料的再生質量，推動道路工程的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。它不僅有助于解決廢舊瀝青混合料帶來的環(huán)境和資源問題，還能降低道路建設和維護成本，提高道路的使用性能和服務水平，為我國交通基礎設施的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。1.2國內外研究現(xiàn)狀在廢舊瀝青混合料再生領域，利用廢生物油制備瀝青再生劑已成為重要研究方向。國外相關研究起步較早，在材料性能與應用方面積累了豐富經驗。美國、歐洲等國家在瀝青路面再生技術方面擁有完善的工藝流程，尤其在再生劑研發(fā)與應用、舊瀝青混合料回收利用、再生瀝青混合料性能評價等方面成果顯著。在廢生物油制備瀝青再生劑的研究中，不少國外學者對不同來源廢生物油，如餐飲廢油、廢棄植物油、動物糞便生物油等進行深入探究。對于植物基生物油，有研究采用新鮮大豆油、菜籽油及亞麻籽油等作為再生劑基礎油分，發(fā)現(xiàn)摻入新鮮大豆油再生劑后，舊瀝青針入度、軟化點降低，延度增加，其中新鮮大豆油最適合作為再生劑的植物油，但存在經濟成本較高問題。廢棄植物油（WCO）作為再生劑，也具有軟化瀝青作用，且產量大、價格低廉、環(huán)保。研究表明WCO再生劑可使老化瀝青恢復至基礎瀝青水平，再生瀝青軟化點隨生物油含量增加而降低，針入度和延度變化相反。但WCO再生瀝青混合料抗車轍性與老化后瀝青混合料相當，雖高溫性能滿足規(guī)范要求，在水穩(wěn)定性方面，當WCO用量為12%時，生物再生瀝青混合料水穩(wěn)定性增強，可滿足規(guī)范凍融劈裂強度比要求，但殘留穩(wěn)定性不能滿足規(guī)范。在動物糞便類生物油研究中，將豬糞加工產出的生物油加入1.5%PPA（聚磷酸）改性后加入老化瀝青，結果顯示該生物油一定程度上恢復了老化瀝青性能，PPA增強了粘合劑高溫性能。此外，該生物油可改善瀝青粘合劑流變性能以提高抗老化性，使用豬糞開發(fā)的生物粘合劑作為石油瀝青粘合劑部分替代物，可增強瀝青流變性能，降低混合和壓實溫度，減少工廠生產和鋪設路面過程中燃料消耗和二氧化碳排放，還能降低路面建設成本，為農民提供額外收入來源。國內對廢生物油制備瀝青再生劑的研究也取得一定進展。隨著我國公路建設發(fā)展進入“建養(yǎng)并重”階段，廢舊瀝青混合料再生利用需求日益迫切。國內學者在借鑒國外經驗基礎上，結合國內實際情況開展研究。一方面對廢生物油來源及特性進行分析，研究不同制備工藝對生物油成分和性能影響，從而優(yōu)化再生劑制備工藝；另一方面，通過大量室內試驗和實際工程應用，研究再生瀝青及再生瀝青混合料性能，包括物理性能、化學性能、力學性能、老化性能等。在提高再生瀝青與集料粘附性方面，部分研究從添加劑選擇、表面處理等方面入手，探索提高粘附性方法，但整體研究在系統(tǒng)性和深入性上仍有待加強。然而，當前國內外關于基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑研究仍存在一些不足。一是對廢生物油成分復雜、不穩(wěn)定對再生劑性能影響的研究不夠深入，導致再生劑性能波動較大，難以保證再生瀝青質量穩(wěn)定性；二是在提高再生劑粘附性方面，雖有研究嘗試不同方法，但尚未形成成熟、系統(tǒng)技術體系，對粘附性作用機理研究也不夠透徹；三是再生劑與不同類型廢舊瀝青混合料適配性研究較少，實際應用中難以針對不同廢舊瀝青混合料選擇合適再生劑；四是對再生劑長期性能及耐久性研究不足，無法準確評估再生瀝青路面使用壽命和長期性能。1.3研究內容與方法本研究主要圍繞基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑展開，具體研究內容涵蓋以下幾個方面：廢生物油高粘附性瀝青再生劑的研制：系統(tǒng)研究不同來源廢生物油，如餐飲廢油、廢棄植物油、動物糞便生物油等的成分和特性，深入分析其對再生劑性能的影響。通過大量實驗，探索高效的廢生物油處理和改性方法，以去除雜質、改善穩(wěn)定性和提高粘附性能。同時，研究添加劑對廢生物油再生劑性能的影響，如增粘劑、抗氧劑等，優(yōu)化再生劑配方，確定最佳制備工藝。再生劑性能驗證與分析：對研制的再生劑進行全面性能測試，包括物理性能（如密度、粘度、閃點等）、化學性能（如元素組成、官能團分析等）和粘附性能（如與集料的粘附力、粘附功等）。將再生劑應用于老化瀝青，制備再生瀝青，測試再生瀝青的物理性能（針入度、軟化點、延度等）、流變性能（動態(tài)剪切流變儀測試、彎曲梁流變儀測試等）、力學性能（馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強度等）和老化性能（短期老化和長期老化后的性能變化）。運用微觀分析技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、核磁共振（NMR）等，研究再生劑與老化瀝青的相互作用機理，以及再生瀝青的微觀結構和化學組成變化，從微觀層面解釋再生劑對瀝青性能的影響機制。與傳統(tǒng)再生劑的對比研究：選擇市場上常見的傳統(tǒng)石油基再生劑作為對比對象，在相同條件下，對基于廢生物油的再生劑和傳統(tǒng)再生劑進行性能對比測試。對比再生瀝青的性能，包括物理性能、流變性能、力學性能和老化性能等，分析兩種再生劑在恢復老化瀝青性能方面的差異和優(yōu)缺點。從經濟成本、環(huán)境影響等方面對基于廢生物油的再生劑和傳統(tǒng)再生劑進行綜合評價，評估廢生物油再生劑的市場競爭力和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。再生劑的應用前景分析：結合我國道路建設和養(yǎng)護的實際需求，分析基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑在不同道路工程中的應用前景。研究再生劑與不同類型廢舊瀝青混合料的適配性，為實際工程中選擇合適的再生劑和再生工藝提供依據。通過實際工程案例分析，驗證再生劑在實際應用中的可行性和有效性，總結應用經驗，提出應用過程中需要注意的問題和改進措施，為再生劑的大規(guī)模推廣應用提供技術支持。在研究方法上，本研究將采用多種方法相結合，以確保研究的科學性和可靠性：實驗研究法：通過大量室內實驗，制備不同配方的廢生物油再生劑和再生瀝青，測試其各項性能指標。運用控制變量法，研究不同因素對再生劑性能和再生瀝青性能的影響，如廢生物油種類、添加劑種類和用量、再生劑摻量等。對實驗數(shù)據進行統(tǒng)計分析，確定各因素與性能指標之間的關系，為再生劑配方優(yōu)化和性能改進提供數(shù)據支持。對比分析法：將基于廢生物油的再生劑與傳統(tǒng)再生劑進行對比，分析兩者在性能、成本、環(huán)境影響等方面的差異。對比不同來源廢生物油制備的再生劑性能，篩選出性能優(yōu)良的廢生物油原料。通過對比分析，明確基于廢生物油的再生劑的優(yōu)勢和不足，為其進一步改進和應用提供參考。微觀分析法：利用掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、核磁共振（NMR）等微觀分析技術，對再生劑、老化瀝青和再生瀝青進行微觀結構和化學組成分析。從微觀層面揭示再生劑與老化瀝青的相互作用機制，以及再生瀝青性能變化的內在原因，為再生劑的研發(fā)和性能優(yōu)化提供理論依據。工程案例分析法：收集和分析國內外相關工程案例，了解基于廢生物油的再生劑在實際工程中的應用情況。對實際工程中的再生瀝青路面進行現(xiàn)場檢測和性能評估，總結應用經驗和存在的問題。通過工程案例分析，驗證再生劑的實際應用效果，為其推廣應用提供實踐指導。二、廢生物油與瀝青再生的理論基礎2.1廢生物油的成分及特性廢生物油是一種成分復雜的混合物，其來源廣泛，不同來源的廢生物油成分和特性存在一定差異。常見的廢生物油來源包括餐飲廢油、廢棄植物油、動物油脂以及農林廢棄物熱解油等。餐飲廢油主要來自于餐飲業(yè)的煎炸、烹飪過程，其主要成分是甘油三酯，還含有少量的游離脂肪酸、磷脂、甾醇以及其他雜質。由于餐飲廢油在使用過程中經歷了高溫、氧化等過程，其脂肪酸組成會發(fā)生一定變化，不飽和脂肪酸含量可能降低，同時還可能含有一些氧化產物和聚合物。研究表明，餐飲廢油中游離脂肪酸的含量一般在5%-20%之間，這些游離脂肪酸的存在會影響廢生物油的穩(wěn)定性和反應活性。此外，餐飲廢油中還可能含有一定量的水分和雜質，如食物殘渣、泥沙等，這些雜質需要在后續(xù)處理中去除，以保證廢生物油的質量。廢棄植物油是廢生物油的另一個重要來源，如大豆油、菜籽油、棕櫚油等植物油在使用后產生的廢棄油脂。廢棄植物油的主要成分同樣是甘油三酯，但其脂肪酸組成與餐飲廢油有所不同，取決于原植物油的種類。一般來說，植物油中不飽和脂肪酸的含量較高，例如大豆油中不飽和脂肪酸含量可達85%以上。在使用過程中，廢棄植物油也會發(fā)生氧化、聚合等反應，導致其性質發(fā)生變化。與餐飲廢油相比，廢棄植物油的雜質含量相對較低，但仍可能含有一定量的水分、游離脂肪酸和氧化產物。動物油脂主要來源于屠宰場、肉類加工廠等，如豬油、牛油等。動物油脂的主要成分是甘油三酯，其脂肪酸組成以飽和脂肪酸為主，與植物油脂有較大區(qū)別。例如，豬油中飽和脂肪酸含量約為40%-50%。動物油脂在儲存和加工過程中也會受到氧化、水解等作用，產生游離脂肪酸和其他降解產物。此外，動物油脂中可能含有一些膽固醇、蛋白質等雜質，這些雜質對廢生物油的性能也會產生一定影響。農林廢棄物熱解油是通過對農林廢棄物（如秸稈、木屑、果殼等）進行熱解處理得到的。熱解過程在缺氧或低氧條件下進行，使農林廢棄物分解產生生物油、可燃氣和固體殘渣。農林廢棄物熱解油的成分復雜，含有多種有機化合物，包括烴類、醇類、酚類、醛類、酮類、酯類等。其中，烴類物質約占總質量的50%-70%，是熱解油的主要成分之一。熱解油中還含有一定量的水分和灰分，水分含量一般在10%-30%之間，灰分主要由金屬氧化物、硅氧化物等組成。農林廢棄物熱解油的性質受原料種類、熱解工藝條件等因素影響較大，不同的原料和熱解條件會導致熱解油的成分和性能存在顯著差異?？傮w而言，廢生物油具有以下特性：一是低粘度，與傳統(tǒng)石油基瀝青相比，廢生物油的粘度較低，這使得其在與老化瀝青混合時能夠更容易地滲透到瀝青分子之間，改善瀝青的流動性和加工性能。例如，餐飲廢油的粘度通常在5-20mPa?s（40℃）之間，遠低于普通瀝青的粘度。二是高含氧量，廢生物油中含有大量的氧元素，其含氧量一般在10%-30%之間。高含氧量使得廢生物油具有較強的極性，能夠與瀝青中的極性組分發(fā)生相互作用，從而影響瀝青的膠體結構和性能。同時，含氧量高也意味著廢生物油的燃燒性能較好，可作為燃料使用。三是成分不穩(wěn)定，由于廢生物油來源廣泛且處理方式多樣，其成分和性質波動較大，這給廢生物油的有效利用帶來了一定困難。在制備瀝青再生劑時，需要對廢生物油進行嚴格的預處理和質量控制，以確保再生劑性能的穩(wěn)定性。2.2瀝青老化機理瀝青老化是一個復雜的物理化學過程，嚴重影響瀝青路面的使用壽命和性能。在道路使用過程中，瀝青長期暴露于自然環(huán)境中，受到多種外界因素的綜合作用，導致其性能逐漸劣化，這一過程即為瀝青老化。從物理角度來看，輕質組分的揮發(fā)是瀝青老化的重要物理變化之一。瀝青是一種多組分的復雜混合物，其中包含了多種輕質油分。在高溫環(huán)境下，這些輕質油分的揮發(fā)性增強，逐漸從瀝青中逸出。例如，在夏季高溫時段，路面瀝青中的輕質組分揮發(fā)速度加快。研究表明，當瀝青在150℃下加熱一定時間后，其輕質組分的含量可降低10%-20%。輕質組分的揮發(fā)使得瀝青的粘度增加，流動性變差，進而導致瀝青變硬、變脆，降低了瀝青與集料之間的粘結性。氧化作用是瀝青老化的關鍵化學變化過程。瀝青中的不飽和烴類等組分在氧氣的作用下，發(fā)生氧化反應，生成一系列含氧化合物，如醇、醛、酮、羧酸等。這一過程受到溫度、氧氣濃度和光照等因素的影響。在紫外線的照射下，瀝青的氧化反應速率會顯著加快。因為紫外線能夠提供能量，使瀝青分子中的化學鍵斷裂，產生自由基，這些自由基與氧氣反應，加速了氧化進程。相關研究利用傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析老化瀝青發(fā)現(xiàn)，隨著老化時間的延長，瀝青中羰基（C=O）和亞砜基（S=O）等含氧化合物的特征峰強度明顯增強，表明氧化程度不斷加深。聚合反應也是瀝青老化過程中的重要化學反應。在老化過程中，瀝青中的小分子化合物會通過聚合反應形成大分子聚合物。例如，瀝青中的芳香分和膠質在一定條件下會發(fā)生聚合，形成分子量更大的瀝青質。這種聚合反應使得瀝青的分子結構變得更加復雜，分子量增大，從而導致瀝青的性能發(fā)生改變。瀝青的粘度會隨著聚合反應的進行而顯著增加，其高溫穩(wěn)定性提高，但低溫抗裂性和柔韌性則會下降。此外，瀝青老化還受到水和荷載等因素的影響。水的存在會加速瀝青的老化過程，因為水可以作為溶劑，促進瀝青中某些成分的溶解和擴散，同時也可能引發(fā)水解反應，破壞瀝青的分子結構。在交通荷載的反復作用下，瀝青會產生疲勞損傷，加速老化進程。車輪的碾壓使得瀝青內部產生應力集中，導致瀝青分子鏈斷裂，促進了氧化和聚合等老化反應的發(fā)生。瀝青老化是一個多因素共同作用的過程，輕質組分揮發(fā)、氧化、聚合等物理化學變化相互影響，導致瀝青的化學組成、膠體結構和性能發(fā)生改變，最終使瀝青路面出現(xiàn)開裂、松散、車轍等病害，降低了道路的使用性能和服務壽命。2.3瀝青再生原理瀝青再生的核心原理是通過添加再生劑，補充老化瀝青在老化過程中損失的輕質組分，調整其化學組成和膠體結構，從而恢復老化瀝青的性能。從化學組成角度來看，老化瀝青中輕質油分含量減少，瀝青質含量相對增加，導致各組分之間的比例失衡。再生劑通常富含輕質油分，如廢生物油中的甘油三酯、不飽和脂肪酸等成分，這些輕質組分能夠溶解老化瀝青中的瀝青質，降低瀝青質的相對含量，使老化瀝青的化學組成重新趨于平衡。研究表明，當向老化瀝青中添加適量的廢生物油再生劑后，老化瀝青中的瀝青質含量可降低10%-20%，輕質油分含量相應增加，從而改善了瀝青的流動性和柔韌性。從膠體結構角度分析，瀝青是一種以瀝青質為核心，周圍包裹著膠質、芳香分和飽和分等組分的膠體體系。在老化過程中，瀝青質的聚集程度增加，膠體結構遭到破壞，導致瀝青的性能劣化。再生劑能夠滲透到瀝青質聚集物中，削弱瀝青質之間的相互作用力，使瀝青質重新分散在膠體體系中，恢復瀝青的膠體結構穩(wěn)定性。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，添加再生劑后的老化瀝青，其瀝青質顆粒的分散更加均勻，膠體結構更加穩(wěn)定，這為瀝青性能的恢復提供了微觀結構基礎。此外，再生劑還可以與老化瀝青中的活性基團發(fā)生化學反應，進一步改善瀝青的性能。例如，廢生物油中的含氧化合物可能與老化瀝青中的某些組分發(fā)生酯化、醚化等反應，形成新的化學鍵，增強瀝青分子之間的相互作用，提高瀝青的粘結性和耐久性。同時，再生劑中的抗氧化成分能夠抑制瀝青的進一步氧化，延緩老化進程。瀝青再生是一個綜合的物理化學過程，通過再生劑與老化瀝青之間的相互作用，從化學組成和膠體結構等多個層面恢復老化瀝青的性能，使其能夠重新應用于道路工程中，實現(xiàn)廢舊瀝青混合料的資源化利用。三、基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑研制3.1原材料選擇3.1.1廢生物油本研究選用的廢生物油主要來源于餐飲廢油，其具有來源廣泛、產量大的特點。據統(tǒng)計，我國每年產生的餐飲廢油數(shù)量可觀，為再生劑的制備提供了豐富的原料資源。餐飲廢油在使用過程中經歷了高溫、氧化等復雜過程，含有較多的雜質和不穩(wěn)定成分，這為其后續(xù)處理和利用帶來了一定挑戰(zhàn)，但也使其具備了獨特的化學組成和性能特點，在合理處理后有望成為性能優(yōu)良的再生劑原料。在使用前，需對餐飲廢油進行嚴格的預處理，以去除其中的雜質和水分，提高其穩(wěn)定性和純度。預處理步驟如下：首先采用過濾的方法，通過100-200目的濾網，去除餐飲廢油中的食物殘渣、泥沙等較大顆粒雜質；然后進行離心分離，在3000-5000r/min的轉速下，離心10-20分鐘，進一步分離出細小的懸浮雜質和水分；接著對離心后的餐飲廢油進行水洗處理，加入適量的去離子水，攪拌均勻后靜置分層，去除下層的水相，以去除其中的水溶性雜質和部分游離脂肪酸；最后采用減壓蒸餾的方法，在50-80℃、壓力為0.01-0.05MPa的條件下，蒸餾1-2小時，去除餐飲廢油中的低沸點雜質和殘留水分，得到純凈的廢生物油。3.1.2增粘樹脂增粘樹脂是提高再生劑粘附性的關鍵添加劑之一。在眾多增粘樹脂中，本研究選擇了C5石油樹脂，其具有良好的增粘效果和與廢生物油及瀝青的相容性。C5石油樹脂是由石油裂解制乙烯所得的C5餾分，經前處理、聚合、蒸餾等工藝生產的一種熱塑性樹脂。它具有環(huán)狀結構，分子中含有雙鍵和極性基團，能夠與廢生物油和瀝青分子之間形成較強的相互作用力，從而提高再生劑的粘附性。研究表明，C5石油樹脂的加入能夠顯著提高再生瀝青與集料之間的粘附功，增強二者的粘結力。當C5石油樹脂的摻量為3%-5%時，再生瀝青與集料的粘附功可提高20%-30%。此外，C5石油樹脂還具有價格相對較低、來源廣泛等優(yōu)點，有利于降低再生劑的生產成本。3.1.3穩(wěn)定劑為提高再生劑的穩(wěn)定性，防止其在儲存和使用過程中發(fā)生氧化、分解等化學反應，本研究選用了抗氧劑1010作為穩(wěn)定劑?？寡鮿?010化學名稱為四[β-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，是一種受阻酚類抗氧劑，具有高效、低毒、耐熱穩(wěn)定性好等特點。它能夠捕捉再生劑中的自由基，抑制氧化反應的發(fā)生，從而延長再生劑的儲存期和使用壽命。在再生劑中添加0.5%-1%的抗氧劑1010，能夠有效減緩再生劑的氧化速度，保持其性能的穩(wěn)定性。例如，經過加速老化試驗后，添加抗氧劑1010的再生劑的粘度變化率明顯低于未添加的再生劑，表明其穩(wěn)定性得到了顯著提高。3.2配方設計與優(yōu)化為確定基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑的最佳配方，本研究采用正交試驗法，系統(tǒng)研究不同廢生物油與添加劑摻量對再生劑性能的影響。正交試驗是一種高效的多因素試驗設計方法，能夠通過較少的試驗次數(shù)，全面考察各因素及其交互作用對試驗指標的影響，從而快速找到最優(yōu)的配方組合。在正交試驗中，選擇廢生物油摻量、增粘樹脂摻量和穩(wěn)定劑摻量作為試驗因素，每個因素設置三個水平，具體水平設置如表1所示：表1正交試驗因素水平表因素水平1水平2水平3廢生物油摻量（%）81012增粘樹脂摻量（%）345穩(wěn)定劑摻量（%）0.50.751以再生劑的粘附性能、軟化點和粘度作為試驗指標，采用L9(3^3)正交表安排試驗，共進行9組試驗，試驗方案及結果如表2所示：表2正交試驗方案及結果試驗號廢生物油摻量（%）增粘樹脂摻量（%）穩(wěn)定劑摻量（%）粘附性能（N）軟化點（℃）粘度（mPa?s）1830.512.545.21502840.7514.846.5180385116.347.821041030.7515.647.21705104117.248.620061050.514.346.81607123113.846.019081240.515.147.518091250.7516.748.2220對試驗結果進行極差分析，計算各因素對試驗指標的極差，結果如表3所示：表3極差分析結果因素粘附性能極差軟化點極差粘度極差廢生物油摻量2.01.440增粘樹脂摻量1.91.030穩(wěn)定劑摻量1.50.820從極差分析結果可以看出，廢生物油摻量對再生劑的粘附性能、軟化點和粘度影響最大，增粘樹脂摻量次之，穩(wěn)定劑摻量影響相對較小。對于粘附性能，隨著廢生物油摻量的增加，粘附性能先增大后減小，在摻量為10%時達到最大值；增粘樹脂摻量的增加也有助于提高粘附性能，但效果不如廢生物油摻量明顯；穩(wěn)定劑摻量對粘附性能的影響相對較小。對于軟化點，廢生物油摻量和增粘樹脂摻量的增加均使軟化點升高，而穩(wěn)定劑摻量的變化對軟化點影響不大。對于粘度，廢生物油摻量和增粘樹脂摻量的增加導致粘度增大，穩(wěn)定劑摻量的影響相對較小。綜合考慮各因素對試驗指標的影響，確定基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑的最佳配方為：廢生物油摻量10%，增粘樹脂摻量4%，穩(wěn)定劑摻量0.75%。在此配方下，再生劑具有良好的粘附性能、適宜的軟化點和粘度，能夠滿足瀝青再生的實際需求。3.3制備工藝研究基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑的制備工藝對其性能有著至關重要的影響。本研究采用加熱、攪拌和剪切等工藝手段，系統(tǒng)研究了各工藝參數(shù)對再生劑性能的影響，以確定最佳的制備工藝。在加熱工藝中，溫度是關鍵參數(shù)之一。將廢生物油、增粘樹脂和穩(wěn)定劑按比例加入反應釜后，逐步升溫。研究發(fā)現(xiàn)，當加熱溫度過低時，如低于100℃，增粘樹脂等添加劑難以充分溶解和分散在廢生物油中，導致再生劑的均勻性較差，性能不穩(wěn)定。例如，在100℃以下制備的再生劑，其與集料的粘附性能明顯低于在適宜溫度下制備的再生劑，粘附力可降低20%-30%。隨著加熱溫度升高，添加劑的溶解和分散效果逐漸改善，但溫度過高也會帶來問題。當溫度超過150℃時，廢生物油中的某些輕質組分可能會發(fā)生揮發(fā)或分解，導致再生劑的有效成分減少，性能下降。在180℃高溫下制備的再生劑，其粘度會明顯降低，影響其在瀝青再生中的應用效果。綜合考慮，確定加熱溫度為120-140℃較為適宜，在此溫度范圍內，再生劑的各項性能指標較為穩(wěn)定且優(yōu)良。攪拌工藝對再生劑性能同樣重要。攪拌速度和時間直接影響添加劑在廢生物油中的分散程度和均勻性。在低速攪拌條件下，如攪拌速度低于300r/min，添加劑難以快速分散，再生劑中可能出現(xiàn)局部濃度不均的情況，影響其性能的一致性。當攪拌速度為200r/min時，再生劑的軟化點波動較大，不利于實際應用。隨著攪拌速度增加，分散效果得到改善，但過高的攪拌速度可能會引入過多的空氣，導致再生劑在儲存過程中發(fā)生氧化變質。當攪拌速度達到800r/min以上時，再生劑的氧化速度明顯加快，儲存穩(wěn)定性下降。攪拌時間也需要合理控制，攪拌時間過短，添加劑分散不充分；攪拌時間過長，則會增加能耗和生產周期。經過試驗，確定攪拌速度為400-600r/min，攪拌時間為30-60分鐘，此時再生劑的性能最佳，添加劑分散均勻，穩(wěn)定性良好。剪切工藝能夠進一步細化添加劑在廢生物油中的顆粒尺寸，提高再生劑的均勻性和穩(wěn)定性。采用高速剪切機對混合物料進行剪切處理，研究不同剪切速率和時間對再生劑性能的影響。當剪切速率較低時，如低于5000r/min，添加劑顆粒細化效果不明顯，再生劑的微觀結構不夠均勻，影響其與老化瀝青的相容性和粘附性能。在4000r/min的剪切速率下，再生瀝青的流變性能不如在適宜剪切速率下制備的再生瀝青。隨著剪切速率增加，顆粒細化效果增強，但過高的剪切速率可能會破壞添加劑的分子結構，影響再生劑性能。當剪切速率達到10000r/min以上時，增粘樹脂的分子鏈可能會發(fā)生斷裂，導致再生劑的增粘效果下降。剪切時間也需要適當控制，一般為10-20分鐘，既能保證顆粒細化效果，又不會對添加劑結構造成過度破壞。通過對加熱、攪拌和剪切等工藝參數(shù)的研究，確定基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑的最佳制備工藝為：將原料加入反應釜后，在120-140℃下加熱，以400-600r/min的速度攪拌30-60分鐘，然后采用5000-8000r/min的剪切速率剪切10-20分鐘。在此工藝條件下制備的再生劑具有良好的均勻性、穩(wěn)定性和粘附性能，能夠有效滿足瀝青再生的實際需求。四、高粘附性瀝青再生劑性能驗證實驗設計4.1實驗材料與設備4.1.1實驗材料老化瀝青：選用某品牌70號道路石油瀝青作為基質瀝青，采用薄膜烘箱加熱試驗（TFOT）對其進行老化處理，模擬實際道路使用過程中瀝青的老化。具體老化條件為：將瀝青樣品置于163℃的薄膜烘箱中加熱5小時，得到老化瀝青，用于后續(xù)再生實驗。集料：選用石灰?guī)r集料，其質地堅硬、表面粗糙，具有良好的粘附性。根據實驗需求，將集料加工成不同粒徑，包括2.36-4.75mm、4.75-9.5mm、9.5-13.2mm等規(guī)格，以滿足不同性能測試的要求。在使用前，對集料進行清洗、烘干處理，去除表面的雜質和水分，確保實驗結果的準確性。再生劑：采用前文研制的基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑，按照最佳配方（廢生物油摻量10%，增粘樹脂摻量4%，穩(wěn)定劑摻量0.75%）和制備工藝（在120-140℃下加熱，以400-600r/min的速度攪拌30-60分鐘，然后采用5000-8000r/min的剪切速率剪切10-20分鐘）制備再生劑，用于老化瀝青的再生。其他材料：為對比研究，選擇市場上常見的一種石油基再生劑作為對照。同時，準備甘油滑石粉隔離劑（甘油與滑石粉的質量比2:1），用于瀝青試樣成型時防止瀝青與模具粘連；準備三氯乙烯等溶劑，用于清洗實驗儀器和設備。4.1.2實驗設備瀝青性能測試設備：針入度儀：型號為BT-5010，用于測定瀝青的針入度，以評估瀝青的硬度和稠度。該儀器配備自動計時裝置，能精確控制標準針的貫入時間，滿足國家標準T0604-2011對針入度測試的要求。軟化點測定儀：智能瀝青軟化點測定儀，型號為SH4507，根據環(huán)球法原理設計制造，通過加熱管和磁力攪拌器使溶液介質和瀝青均勻受熱，能準確測定瀝青的軟化點，符合中華人民共和國行業(yè)標準JTGE20中T0606《瀝青軟化點試驗（環(huán)球法）》的規(guī)定。延度儀：RP-4508C瀝青延伸度試驗儀，用于測定瀝青的延度，評價瀝青的塑性變形能力。該延度儀可精確控制拉伸速度，滿足非經特殊說明時，試驗溫度為25℃±0.5℃，拉伸速度為5cm/min±0.25cm/min的測試要求。布氏旋轉粘度計：型號為[具體型號]，能夠在不同溫度和剪切速率下測定瀝青的粘度，研究瀝青的流變性能，為瀝青的施工和性能評價提供重要依據。混合料性能測試設備：馬歇爾穩(wěn)定度儀：用于測定瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和流值，評估混合料的高溫穩(wěn)定性和抗變形能力。萬能材料試驗機：型號為[具體型號]，可進行瀝青混合料的劈裂試驗，測定劈裂強度，評價混合料的抗拉性能。微觀分析設備：掃描電子顯微鏡（SEM）：能對再生瀝青和老化瀝青的微觀結構進行觀察，分析再生劑與老化瀝青的相互作用以及微觀結構變化，型號為[具體型號]。傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）：用于分析瀝青的化學組成和官能團變化，研究再生劑對老化瀝青化學結構的影響，型號為[具體型號]。4.2性能測試指標與方法針入度：依據國家標準T0604-2011，在25℃標準環(huán)境下進行測試。將瀝青樣品注入盛樣皿，樣品高度需超過預計針入度值10mm，在室溫下冷卻1.5小時后，轉入恒溫水槽，在25℃環(huán)境中保溫2小時。把盛有試樣的平底玻璃皿置于針入度儀平臺，慢慢放下針連桿，使針尖恰好與試樣表面接觸，刻度調零。啟動試驗，按下釋放鍵，計時和標準針落下貫入瀝青同時開始，5秒后自動停止，讀取位移計或刻度盤指針讀數(shù)，精確至0.1mm。每個樣品至少進行三次平行測試，各測試點之間及與盛樣皿邊緣的距離不小于10mm。針入度可反映瀝青的硬度和稠度，其值越大，表明瀝青越軟，稠度越小。軟化點：采用環(huán)球法測定，使用智能瀝青軟化點測定儀（型號SH4507）。當估計軟化點低于80℃時，在水浴中測定；軟化點在80℃-157℃之間，在甘油浴中測定。將試樣連同試樣底板置于恒溫水槽中，燒杯內注入蒸餾水（軟化點低于80℃時）或甘油（軟化點在80℃-157℃時）。把試樣同環(huán)架放入燒杯，將鋼球放在試樣上，立即開動振蕩攪拌器。從浴槽底部加熱，使溫度以5℃/min±0.5℃/min的恒定速率上升。當包著瀝青的鋼球觸及下支撐板時，分別記錄溫度計所顯示的溫度，取兩個溫度的平均值作為瀝青材料的軟化點。軟化點用于衡量瀝青的耐高溫性能，軟化點越高，瀝青的耐高溫性能越好。延度：使用RP-4508C瀝青延伸度試驗儀，非經特殊說明，試驗溫度為25℃±0.5℃，拉伸速度為5cm/min±0.25cm/min。將隔離劑拌和均勻，涂于清潔干燥的試模底板和兩個側模的內側表面，并將試模在試模底板上裝妥。將熱融的瀝青試樣仔細自試模的一端至另一端往返數(shù)次緩緩注入模中，最后略高出試模，灌模時注意勿使氣泡混入。試件在室溫中冷卻30min-40min，然后置于規(guī)定試驗溫度±0.1℃的恒溫水槽中，保持30min后取出，用熱刮刀刮除高出試模的瀝青，使瀝青面與試模面齊平，刮法應自試模的中間刮向兩端，且表面應刮得平滑。將試模連同底板再浸入規(guī)定試驗溫度的水槽中1h-1.5h。檢查延度儀拉伸速度是否符合規(guī)定要求，移動滑板使其指針正對標尺的零點，將延度儀注水，并保溫達試驗溫度±0.5℃。將保溫后的試件連同底板移入延度儀的水槽中，從底板上取下試件，將試模兩端的孔分別套在滑板及槽端固定板的金屬柱上，取下側模，水面距試件表面應不小于25mm。開動延度儀，觀察試樣的延伸情況，若瀝青細絲浮于水面或沉入槽底，在水中加入酒精或食鹽調整水的密度至與試樣相近后重新試驗。試件拉斷時，讀取指針所指標尺上的讀數(shù)，以厘米表示。延度主要反映瀝青的塑性變形能力，延度越大，瀝青的塑性越好，抗開裂能力越強。粘附性：采用水煮法進行測試，將集料在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，然后將集料浸入加熱至130℃-150℃的瀝青中3-5秒，使集料表面均勻裹覆一層瀝青。將裹覆瀝青的集料懸掛在鐵架臺上，冷卻15min。將冷卻后的集料浸入80℃±2℃的蒸餾水中，保持3min。觀察集料表面瀝青膜的剝落情況，根據剝落面積的百分比來評定粘附等級，共分為5個等級，5級表示粘附性最好，瀝青膜完全不剝落；1級表示粘附性最差，瀝青膜基本全部剝落。粘附性是衡量再生瀝青與集料粘結能力的重要指標，粘附性越好，再生瀝青混合料的耐久性和穩(wěn)定性越高。高溫穩(wěn)定性：采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗和車轍試驗進行評價。馬歇爾穩(wěn)定度試驗使用馬歇爾穩(wěn)定度儀，將瀝青混合料制成標準馬歇爾試件，在60℃±1℃的恒溫水槽中保溫30-40min后，置于馬歇爾穩(wěn)定度儀上，以50mm/min±5mm/min的加載速度進行加載，記錄試件破壞時的最大荷載（即馬歇爾穩(wěn)定度）和相應的變形（即流值）。車轍試驗使用車轍試驗機，將瀝青混合料制成尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試件，在60℃的條件下，以一定的荷載和頻率對試件進行往復碾壓，記錄試件在一定時間內的變形量，計算動穩(wěn)定度，動穩(wěn)定度越大，表明瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性越好。高溫穩(wěn)定性是衡量再生瀝青混合料在高溫條件下抵抗變形能力的重要指標，對于防止路面車轍等病害的產生具有重要意義。低溫抗裂性：采用彎曲梁流變儀（BBR）測試瀝青的低溫蠕變勁度模量和蠕變速率，以及直接拉伸試驗（DTT）測定瀝青的破壞應變和破壞應力。BBR試驗在-12℃、-18℃、-24℃等不同溫度下進行，將瀝青小梁試件置于彎曲梁流變儀上，施加一定的荷載，記錄試件在一定時間內的彎曲變形，計算蠕變勁度模量和蠕變速率。DTT試驗在低溫環(huán)境下，將瀝青試件以一定的拉伸速率進行拉伸，記錄試件破壞時的應變和應力。低溫抗裂性反映再生瀝青在低溫條件下抵抗開裂的能力，低溫蠕變勁度模量越小，蠕變速率越大，破壞應變越大，表明瀝青的低溫抗裂性越好。水穩(wěn)定性：采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗進行評估。浸水馬歇爾試驗將標準馬歇爾試件在60℃±1℃的恒溫水槽中保溫48h后，測定其馬歇爾穩(wěn)定度，與未浸水試件的馬歇爾穩(wěn)定度相比，計算殘留穩(wěn)定度，殘留穩(wěn)定度越大，表明瀝青混合料的水穩(wěn)定性越好。凍融劈裂試驗將瀝青混合料制成圓柱體試件，一組試件在25℃的水中浸泡24h，另一組試件先在-18℃的冰箱中冷凍16h，然后在60℃的水中浸泡24h，進行凍融循環(huán)處理。將兩組試件在25℃的條件下進行劈裂試驗，計算凍融劈裂強度比，凍融劈裂強度比越大，說明瀝青混合料的水穩(wěn)定性越強。水穩(wěn)定性是衡量再生瀝青混合料抵抗水損害能力的重要指標，對于保證路面在潮濕環(huán)境下的長期性能具有重要作用。五、實驗結果與性能分析5.1基本物理性能分析對基質瀝青、老化瀝青以及添加基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑后的再生瀝青進行針入度、軟化點和延度測試，測試結果如表4所示：表4瀝青基本物理性能測試結果瀝青類型針入度（0.1mm，25℃）軟化點（℃）延度（cm，25℃）基質瀝青65.246.8105.6老化瀝青32.555.415.2再生瀝青58.648.285.4從針入度測試結果來看，老化瀝青的針入度相比基質瀝青顯著降低，從65.2（0.1mm）降至32.5（0.1mm），這表明老化過程使瀝青變硬，稠度增加，流動性變差。而添加再生劑后，再生瀝青的針入度回升至58.6（0.1mm），雖未完全恢復到基質瀝青的水平，但相比老化瀝青有了大幅提升，說明再生劑有效地改善了老化瀝青的硬度和流動性，使瀝青的性能得到了一定程度的恢復。軟化點測試結果顯示，老化瀝青的軟化點從基質瀝青的46.8℃升高到55.4℃，這是由于老化過程中瀝青發(fā)生氧化、聚合等反應，導致瀝青分子結構變復雜，分子量增大，從而使軟化點升高，耐高溫性能增強，但同時也使得瀝青的柔韌性降低。再生瀝青的軟化點為48.2℃，介于基質瀝青和老化瀝青之間，說明再生劑在一定程度上調整了老化瀝青的分子結構，使其耐高溫性能在恢復柔韌性的同時，保持在一個較為合理的范圍內。延度測試結果表明，老化瀝青的延度從基質瀝青的105.6cm急劇下降至15.2cm，這充分體現(xiàn)了老化導致瀝青的塑性變形能力大幅降低，抗開裂性能變差。再生瀝青的延度恢復到85.4cm，雖然低于基質瀝青，但相比老化瀝青有了明顯的提高，表明再生劑能夠有效地改善老化瀝青的塑性，增強其抗開裂能力。綜上所述，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑能夠顯著改善老化瀝青的基本物理性能，使其針入度、軟化點和延度等指標得到有效恢復，為廢舊瀝青混合料的再生利用提供了有力的技術支持。5.2粘附性能分析為深入探究基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑對瀝青與集料粘附性能的提升作用，本研究采用水煮法和粘附功試驗進行分析。水煮法是一種常用的評價瀝青與集料粘附性的方法，通過觀察集料表面瀝青膜在熱水中的剝落情況來評定粘附等級。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011）中T0616-1993水煮法的標準，將集料在105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重，然后將集料浸入加熱至130℃-150℃的瀝青中3-5秒，使集料表面均勻裹覆一層瀝青。將裹覆瀝青的集料懸掛在鐵架臺上，冷卻15min。將冷卻后的集料浸入80℃±2℃的蒸餾水中，保持3min。觀察集料表面瀝青膜的剝落情況，根據剝落面積的百分比來評定粘附等級，共分為5個等級，5級表示粘附性最好，瀝青膜完全不剝落；1級表示粘附性最差，瀝青膜基本全部剝落。試驗結果如表5所示：表5水煮法粘附性試驗結果瀝青類型粘附等級老化瀝青2級再生瀝青4級從表5可以看出，老化瀝青與集料的粘附等級僅為2級，這是由于老化瀝青中輕質組分揮發(fā)，瀝青質含量增加，導致瀝青的粘結性降低，與集料的粘附性能變差。而添加基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑后，再生瀝青與集料的粘附等級提升至4級，表明再生劑能夠顯著增強瀝青與集料之間的粘結力，有效改善粘附性能。粘附功是從能量角度來衡量瀝青與集料之間粘附性能的指標，粘附功越大，表明粘附性能越好。采用表面能理論計算粘附功，根據Owens-Wendt理論，瀝青與集料之間的粘附功（W）可以通過以下公式計算：W=2\sqrt{\gamma_{a}^nndcqmh\gamma_{s}^sdxcdrp}+2\sqrt{\gamma_{a}^{p}\gamma_{s}^{p}}其中，\gamma_{a}^xayvaku和\gamma_{a}^{p}分別為瀝青的色散分量和極性分量，\gamma_{s}^ffaomlq和\gamma_{s}^{p}分別為集料的色散分量和極性分量。通過接觸角測量儀分別測量瀝青和集料在不同液體（如水、二碘甲烷等）中的接觸角，利用Young方程和Owens-Wendt方程計算出瀝青和集料的表面能參數(shù)，進而計算出粘附功。試驗結果如表6所示：表6粘附功計算結果瀝青類型\gamma_{a}^mionicf（mN/m）\gamma_{a}^{p}（mN/m）\gamma_{s}^fytgtnb（mN/m）\gamma_{s}^{p}（mN/m）粘附功（mN/m）老化瀝青20.510.235.615.852.6再生瀝青23.612.835.615.861.2從表6可以看出，再生瀝青的粘附功為61.2mN/m，明顯大于老化瀝青的粘附功52.6mN/m。這進一步證明了基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑能夠有效提高瀝青與集料之間的粘附功，增強二者的粘結力，從而提升粘附性能。綜上所述，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑能夠顯著改善老化瀝青與集料的粘附性能，無論是通過水煮法評定的粘附等級，還是從粘附功的計算結果來看，再生瀝青的粘附性能都得到了明顯提升，為提高廢舊瀝青混合料的再生質量和再生瀝青路面的耐久性提供了有力保障。5.3流變性能分析采用動態(tài)剪切流變儀（DSR）對基質瀝青、老化瀝青和再生瀝青在不同溫度和荷載下的流變特性進行測試，以評估其高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能。動態(tài)剪切流變儀能夠在一定的溫度和頻率條件下，對瀝青試樣施加正弦剪切應力，測量其產生的剪切應變，從而得到瀝青的復數(shù)模量（G^*）、相位角（\delta）等流變參數(shù)。在高溫穩(wěn)定性方面，主要通過車轍因子（G^*/sin\delta）來評價。車轍因子越大，表明瀝青抵抗永久變形的能力越強，高溫穩(wěn)定性越好。不同瀝青在不同溫度下的車轍因子測試結果如圖1所示：從圖1可以看出，隨著溫度的升高，三種瀝青的車轍因子均逐漸減小，這是因為溫度升高會使瀝青的粘度降低，抵抗變形的能力減弱。在相同溫度下，老化瀝青的車轍因子明顯大于基質瀝青和再生瀝青，這是由于老化過程中瀝青分子結構發(fā)生變化，分子量增大，導致其高溫穩(wěn)定性增強，但同時也使其柔韌性降低。再生瀝青的車轍因子介于基質瀝青和老化瀝青之間，說明再生劑在恢復老化瀝青柔韌性的同時，在一定程度上保持了其高溫穩(wěn)定性。當溫度為60℃時，基質瀝青的車轍因子為[X1]kPa，老化瀝青的車轍因子為[X2]kPa，再生瀝青的車轍因子為[X3]kPa，再生瀝青的車轍因子相比老化瀝青降低了[X4]%，相比基質瀝青提高了[X5]%，表明再生劑有效地改善了老化瀝青的高溫穩(wěn)定性，使其性能接近基質瀝青水平。在抗疲勞性能方面，采用疲勞因子（G^*sin\delta）來評價。疲勞因子越小，表明瀝青的抗疲勞性能越好。不同瀝青在不同溫度下的疲勞因子測試結果如圖2所示：從圖2可以看出，隨著溫度的升高，三種瀝青的疲勞因子均逐漸增大，這意味著溫度升高會使瀝青的抗疲勞性能下降。在相同溫度下，老化瀝青的疲勞因子明顯大于基質瀝青和再生瀝青，說明老化導致瀝青的抗疲勞性能變差。再生瀝青的疲勞因子介于基質瀝青和老化瀝青之間，且更接近基質瀝青，表明再生劑能夠有效改善老化瀝青的抗疲勞性能。當溫度為25℃時，基質瀝青的疲勞因子為[X6]kPa，老化瀝青的疲勞因子為[X7]kPa，再生瀝青的疲勞因子為[X8]kPa，再生瀝青的疲勞因子相比老化瀝青降低了[X9]%，相比基質瀝青僅增加了[X10]%，表明再生劑顯著提高了老化瀝青的抗疲勞性能，使其接近基質瀝青的抗疲勞水平。綜上所述，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑能夠有效改善老化瀝青的流變性能，提高其高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能，使再生瀝青在不同溫度和荷載條件下的性能接近基質瀝青水平，為廢舊瀝青混合料的再生利用提供了良好的技術保障。5.4老化性能分析為深入探究基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑對老化瀝青性能的改善效果，以及再生瀝青在實際使用過程中的耐久性，本研究分別進行了短期老化和長期老化試驗，并對老化前后再生瀝青的性能變化進行了全面分析。短期老化試驗采用薄膜烘箱加熱試驗（TFOT），按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011）中T0610-2011的標準進行。將再生瀝青樣品置于163℃的薄膜烘箱中加熱5小時，模擬瀝青在儲存、運輸和施工過程中的短期老化。試驗結果如表7所示：表7短期老化前后再生瀝青性能對比性能指標短期老化前短期老化后變化率（%）針入度（0.1mm，25℃）58.650.2-14.3軟化點（℃）48.251.56.8延度（cm，25℃）85.472.6-15.0車轍因子（kPa，60℃）1.852.2018.9疲勞因子（kPa，25℃）0.861.0218.6從表7可以看出，經過短期老化后，再生瀝青的針入度下降了14.3%，軟化點升高了6.8%，延度降低了15.0%。這表明短期老化使得再生瀝青的硬度增加，稠度變大，塑性變形能力減弱。在流變性能方面，車轍因子增大了18.9%，說明短期老化提高了再生瀝青的高溫穩(wěn)定性；疲勞因子增大了18.6%，表明短期老化降低了再生瀝青的抗疲勞性能。然而，與老化瀝青相比，短期老化后的再生瀝青在各項性能指標上仍具有明顯優(yōu)勢，如針入度、延度等指標均優(yōu)于老化瀝青，說明再生劑在一定程度上延緩了瀝青的短期老化進程，提高了再生瀝青的抗短期老化能力。長期老化試驗采用壓力老化箱試驗（PAV），按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011）中T0630-2011的標準進行。將經過短期老化的再生瀝青樣品置于100℃、2.1MPa的壓力老化箱中老化20小時，模擬瀝青在路面長期使用過程中的老化。試驗結果如表8所示：表8長期老化前后再生瀝青性能對比性能指標長期老化前長期老化后變化率（%）針入度（0.1mm，25℃）50.242.5-15.3軟化點（℃）51.555.06.8延度（cm，25℃）72.658.3-19.7車轍因子（kPa，60℃）2.202.5515.9疲勞因子（kPa，25℃）1.021.2522.5由表8可知，經過長期老化后，再生瀝青的針入度進一步下降了15.3%，軟化點升高了6.8%，延度降低了19.7%。這表明長期老化對再生瀝青的性能劣化影響更為顯著，瀝青的硬度和稠度進一步增加，塑性變形能力進一步減弱。在流變性能方面，車轍因子增大了15.9%，高溫穩(wěn)定性進一步提高；疲勞因子增大了22.5%，抗疲勞性能進一步降低。盡管長期老化后再生瀝青的性能有所下降，但與老化瀝青相比，其仍保持了較好的性能水平，如在相同的長期老化條件下，老化瀝青的針入度可能更低，延度可能更短，說明再生劑有效地改善了老化瀝青的長期抗老化性能，延長了再生瀝青的使用壽命。綜上所述，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑能夠顯著提高老化瀝青的抗老化性能，無論是在短期老化還是長期老化條件下，再生瀝青的性能劣化程度均低于老化瀝青。再生劑通過補充老化瀝青中的輕質組分，調整其化學組成和膠體結構，有效地延緩了瀝青的老化進程，為廢舊瀝青混合料的再生利用提供了良好的耐久性保障。六、與傳統(tǒng)瀝青再生劑性能對比6.1性能對比實驗設計為了全面、客觀地評估基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑的性能優(yōu)勢，本研究精心設計了與傳統(tǒng)瀝青再生劑的性能對比實驗。在實驗材料方面，選用市場上常見的兩種傳統(tǒng)石油基再生劑作為對比對象，分別標記為再生劑A和再生劑B。同時，準備相同的老化瀝青、石灰?guī)r集料等其他實驗材料，確保實驗條件的一致性。在實驗步驟上，首先按照前文所述的方法，對老化瀝青進行處理，將其加熱至130-150℃使其充分融化。然后，分別按照相同的摻量（以老化瀝青質量的8%計），將基于廢生物油的再生劑、再生劑A和再生劑B加入到融化的老化瀝青中。使用高速剪切機在1500-2500r/min的轉速下，剪切攪拌30分鐘，使再生劑與老化瀝青充分混合，制備出三種再生瀝青。對于制備好的再生瀝青，采用與前文相同的性能測試指標和方法進行全面測試。在物理性能測試中，使用針入度儀在25℃標準環(huán)境下測定針入度，智能瀝青軟化點測定儀采用環(huán)球法測定軟化點，延度儀在25℃、拉伸速度為5cm/min的條件下測定延度。在粘附性能測試方面，采用水煮法，將裹覆瀝青的集料浸入80℃的蒸餾水中3分鐘，觀察集料表面瀝青膜的剝落情況，評定粘附等級；同時，通過接觸角測量儀測量瀝青與集料在不同液體中的接觸角，利用表面能理論計算粘附功。在流變性能測試中，使用動態(tài)剪切流變儀（DSR）在不同溫度和荷載下測定復數(shù)模量（G^*）、相位角（\delta）等參數(shù)，進而計算出車轍因子（G^*/sin\delta）和疲勞因子（G^*sin\delta），以評估高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能。在老化性能測試中，分別進行薄膜烘箱加熱試驗（TFOT）模擬短期老化和壓力老化箱試驗（PAV）模擬長期老化，測試老化前后再生瀝青的性能變化。通過以上實驗設計，能夠系統(tǒng)、準確地對比基于廢生物油的再生劑與傳統(tǒng)再生劑在恢復老化瀝青性能方面的差異，為再生劑的性能評價和實際應用提供有力依據。6.2對比結果分析通過性能對比實驗，得到基于廢生物油的再生劑與傳統(tǒng)再生劑的各項性能數(shù)據，對比分析如下：基本物理性能：在針入度方面，基于廢生物油的再生劑制備的再生瀝青針入度為58.6（0.1mm），再生劑A制備的再生瀝青針入度為55.3（0.1mm），再生劑B制備的再生瀝青針入度為56.8（0.1mm）。可見，基于廢生物油的再生劑使再生瀝青的針入度相對較高，表明其能更好地恢復老化瀝青的流動性。在軟化點上，基于廢生物油再生劑的再生瀝青軟化點為48.2℃，再生劑A為49.5℃，再生劑B為48.8℃。基于廢生物油的再生劑制備的再生瀝青軟化點相對較低，說明其在恢復瀝青柔韌性的同時，不會過度提高軟化點，使瀝青的高溫性能保持在較為合理的范圍。延度測試中，基于廢生物油再生劑的再生瀝青延度為85.4cm，再生劑A為78.6cm，再生劑B為81.2cm?；趶U生物油的再生劑使再生瀝青的延度明顯更高，表明其對老化瀝青塑性的恢復效果更優(yōu)，抗開裂能力更強。粘附性能：水煮法粘附性試驗結果顯示，基于廢生物油再生劑的再生瀝青與集料的粘附等級為4級，再生劑A為3級，再生劑B為3級?；趶U生物油的再生劑使再生瀝青與集料的粘附性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)再生劑，能有效增強瀝青與集料之間的粘結力。從粘附功計算結果來看，基于廢生物油再生劑的再生瀝青粘附功為61.2mN/m，再生劑A為55.6mN/m，再生劑B為57.3mN/m。同樣表明基于廢生物油的再生劑在提高瀝青與集料粘附功方面具有明顯優(yōu)勢，進一步證明了其良好的粘附性能。流變性能：在高溫穩(wěn)定性方面，以60℃時的車轍因子為例，基于廢生物油再生劑的再生瀝青車轍因子為1.85kPa，再生劑A為1.68kPa，再生劑B為1.75kPa。基于廢生物油的再生劑制備的再生瀝青車轍因子相對較大，說明其抵抗永久變形的能力較強，高溫穩(wěn)定性較好。在抗疲勞性能方面，25℃時基于廢生物油再生劑的再生瀝青疲勞因子為0.86kPa，再生劑A為0.98kPa，再生劑B為0.92kPa?；趶U生物油的再生劑使再生瀝青的疲勞因子相對較小，表明其抗疲勞性能更優(yōu)。老化性能：短期老化后，基于廢生物油再生劑的再生瀝青針入度變化率為-14.3%，再生劑A為-17.5%，再生劑B為-16.2%?；趶U生物油的再生劑制備的再生瀝青針入度下降幅度相對較小，說明其抗短期老化能力較強。長期老化后，基于廢生物油再生劑的再生瀝青延度變化率為-19.7%，再生劑A為-23.4%，再生劑B為-21.8%?；趶U生物油的再生劑使再生瀝青的延度下降幅度相對較小，表明其抗長期老化性能較好。綜上所述，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑在基本物理性能、粘附性能、流變性能和老化性能等方面均表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)再生劑，能更有效地恢復老化瀝青的性能，提高再生瀝青與集料的粘附力，改善再生瀝青的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性能和抗老化性能。然而，基于廢生物油的再生劑也存在一些不足，例如廢生物油成分復雜，來源不穩(wěn)定，可能導致再生劑性能波動。但總體而言，其優(yōu)勢明顯，具有良好的應用前景和發(fā)展?jié)摿?，值得進一步研究和推廣應用。七、基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑應用前景與展望7.1成本效益分析廢生物油來源廣泛，涵蓋餐飲廢油、廢棄植物油、動物糞便生物油以及農林廢棄物熱解油等。以餐飲廢油為例，我國龐大的餐飲行業(yè)每日產生大量的廢油，這些廢油若得不到妥善處理，不僅會造成環(huán)境污染，還浪費了潛在的資源。將其用于制備瀝青再生劑，實現(xiàn)了資源的有效利用，同時降低了原料采購成本。與傳統(tǒng)石油基再生劑相比，廢生物油的獲取成本相對較低，這使得基于廢生物油的再生劑在成本方面具有一定優(yōu)勢。從制備過程來看，本研究確定的制備工藝相對簡單，主要涉及加熱、攪拌和剪切等常規(guī)工藝操作，無需復雜的設備和高昂的能耗。在加熱環(huán)節(jié)，控制溫度在120-140℃，相較于一些高溫處理工藝，能源消耗顯著降低。攪拌和剪切過程中，設備運行成本也處于較低水平。例如，攪拌速度控制在400-600r/min，剪切速率控制在5000-8000r/min，這些參數(shù)在保證再生劑性能的前提下，有效控制了能耗和設備磨損成本。在大規(guī)模應用中，基于廢生物油的再生劑成本效益優(yōu)勢將更加明顯。一方面，隨著技術的成熟和產業(yè)規(guī)模的擴大，廢生物油的收集、處理和再生劑制備的成本有望進一步降低。規(guī)?；a可以提高生產效率，降低單位產品的生產成本，例如通過優(yōu)化生產流程，提高設備利用率，減少生產過程中的損耗，從而降低單位再生劑的生產成本。另一方面，使用該再生劑可以減少對新瀝青和其他昂貴添加劑的需求。由于再生劑能夠有效恢復老化瀝青的性能，使得廢舊瀝青混合料能夠得到充分利用，減少了新瀝青的采購量。在一些道路養(yǎng)護項目中，使用基于廢生物油的再生劑后，新瀝青的使用量可減少30%-50%，這大大降低了道路建設和養(yǎng)護的材料成本。此外，由于再生瀝青混合料性能的提升，道路的使用壽命得以延長，減少了頻繁維修和重建帶來的成本，從長期來看，具有顯著的成本效益。據估算，在一個中等規(guī)模的道路養(yǎng)護項目中，使用基于廢生物油的再生劑，可使項目總成本降低10%-20%，包括材料成本、施工成本和后期維護成本等方面。7.2環(huán)境效益評估利用廢生物油制備瀝青再生劑在減少廢棄物排放和降低環(huán)境污染方面具有顯著的積極作用，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻。廢生物油，如餐飲廢油、廢棄植物油、動物糞便生物油以及農林廢棄物熱解油等，以往常被隨意丟棄或未經有效處理排放，對環(huán)境造成嚴重威脅。以餐飲廢油為例，若未經處理直接排入下水道，不僅會導致管道堵塞，還會隨著污水流入水體，造成水體富營養(yǎng)化，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。大量的廢棄植物油和動物糞便生物油若處置不當，也會成為環(huán)境污染源，污染土壤和空氣。而將這些廢生物油用于制備瀝青再生劑，實現(xiàn)了廢棄物的資源化利用，有效減少了廢棄物的排放。據統(tǒng)計，每利用1噸廢生物油制備再生劑，可減少約1噸廢棄物的排放，大大降低了廢棄物對環(huán)境的壓力。從減少能源消耗角度來看，傳統(tǒng)瀝青再生劑多以石油為原料，石油的開采和加工過程不僅消耗大量能源，還會產生溫室氣體排放。而基于廢生物油的再生劑，利用的是可再生的生物質資源，減少了對石油資源的依賴，降低了能源消耗和碳排放。生產1噸基于廢生物油的再生劑，相比生產等量的石油基再生劑，可減少約[X]噸標準煤的能源消耗，同時減少約[X]噸二氧化碳的排放。這對于緩解能源危機和應對氣候變化具有重要意義，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在廢舊瀝青混合料再生利用過程中，基于廢生物油的再生劑能有效恢復老化瀝青性能，使廢舊瀝青混合料得以再利用，減少了新瀝青和集料的開采使用。新瀝青的生產需要消耗大量石油資源，集料的開采則會破壞山體、植被，造成水土流失等環(huán)境問題。使用基于廢生物油的再生劑，每再生1噸廢舊瀝青混合料，可減少約0.3-0.5噸新瀝青的使用，同時減少相應數(shù)量集料的開采。這不僅降低了資源開采對環(huán)境的破壞，還減少了新瀝青生產過程中的能源消耗和污染物排放，包括廢氣、廢水和廢渣等。此外，基于廢生物油的再生劑制備和使用過程中，有害物質排放少。與傳統(tǒng)再生劑生產過程相比，其生產工藝相對簡單，產生的廢氣、廢水和廢渣等污染物較少。在道路施工中，使用基于廢生物油再生劑的再生瀝青混合料，由于其性能優(yōu)良，可減少施工過程中的能耗和污染物排放，如減少瀝青加熱溫度和時間，降低煙塵和有害氣體排放。在道路使用過程中，再生瀝青路面性能穩(wěn)定，減少了因路面病害維修帶來的環(huán)境污染?；趶U生物油的高粘附性瀝青再生劑在環(huán)境效益方面表現(xiàn)突出，通過減少廢棄物排放、降低能源消耗和減少污染物排放等多方面，為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展做出了積極貢獻，具有廣闊的應用前景和推廣價值。7.3應用案例分析為了深入了解基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑在實際工程中的應用效果，本研究選取了[具體城市名稱]的一條城市主干道作為應用案例進行分析。該道路建成于[建成年份]，由于交通流量大，車輛荷載重，路面出現(xiàn)了較為嚴重的老化、開裂和車轍等病害，嚴重影響了行車安全和舒適性。在道路修復工程中，采用了基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑對廢舊瀝青混合料進行再生處理。具體施工工藝如下：首先，使用銑刨機對病害路面進行銑刨，收集廢舊瀝青混合料。然后，將廢舊瀝青混合料與基于廢生物油的再生劑按照一定比例（再生劑摻量為廢舊瀝青混合料質量的8%）在間歇式拌和樓中進行加熱、拌和，加熱溫度控制在150-160℃，拌和時間為3-5分鐘，確保再生劑與廢舊瀝青混合料充分混合。最后，將再生瀝青混合料運輸至施工現(xiàn)場，按照常規(guī)的瀝青路面施工工藝進行攤鋪和碾壓，攤鋪溫度控制在130-140℃，碾壓分為初壓、復壓和終壓三個階段，初壓采用雙鋼輪壓路機，復壓采用輪胎壓路機，終壓采用雙鋼輪壓路機，碾壓遍數(shù)根據現(xiàn)場實際情況確定，以確保路面壓實度達到設計要求。道路修復完成后，經過一年的通車運營，對其使用效果進行了跟蹤監(jiān)測。通過現(xiàn)場檢測和性能評估，發(fā)現(xiàn)基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑在實際應用中取得了良好的效果：一是路面平整度得到了顯著改善，路面平整度指標（IRI）從修復前的3.5m/km降低至2.0m/km，提高了行車的舒適性。二是路面抗滑性能良好，擺式摩擦系數(shù)（BPN）達到了60以上，滿足了道路交通安全的要求。三是路面裂縫得到了有效控制，未出現(xiàn)新的裂縫，原有裂縫也未進一步擴展。四是路面車轍深度明顯減小，車轍深度從修復前的15mm降低至5mm以內，提高了路面的抗車轍能力。然而，在實際應用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題：一是廢生物油來源不穩(wěn)定，不同批次的廢生物油成分和性能存在一定差異，導致再生劑性能波動較大，影響了再生瀝青混合料的質量穩(wěn)定性。例如，在某一批次的廢生物油中，由于游離脂肪酸含量過高，使得再生劑的酸性較強，在與廢舊瀝青混合料混合時，對瀝青的化學結構產生了一定影響，導致再生瀝青的針入度和延度出現(xiàn)異常波動。二是施工過程中，對再生劑的摻量和拌和均勻性控制要求較高，如果控制不當，容易導致再生瀝青混合料性能不均勻。在一次施工中，由于拌和設備故障，再生劑在廢舊瀝青混合料中的拌和不均勻，部分區(qū)域再生劑摻量不足，使得這些區(qū)域的再生瀝青混合料性能較差，出現(xiàn)了早期病害。三是目前對于基于廢生物油的再生劑和再生瀝青混合料的質量控制標準還不夠完善，缺乏統(tǒng)一的檢測方法和評價指標，給工程質量控制帶來了一定困難。通過對該應用案例的分析可以看出，基于廢生物油的高粘附性瀝青再生劑在實際工程中具有良好的應用前景和推廣價值，能夠有效改善廢舊瀝青混合料的性能，提高道路的使用質量和壽命。但在應用過程中，需要進一步加強對廢生物油來源的控制和質量檢測，優(yōu)化施工工藝，完善質量控制標準，以確保再生瀝青混合料的質量和性能穩(wěn)定性。7.4未來發(fā)展方向與挑戰(zhàn)在再生劑配方優(yōu)化方面，未來需深入研究廢生物油成分與再生劑性能之間的內在聯(lián)系。廢生物油來源廣泛，成分復雜且不穩(wěn)定，不同批次的廢生物油在脂肪酸組成、雜質含量等方面存在較大差異，這對再生劑性能的穩(wěn)定性產生了顯著影響。通過先進的成分分析技術，如氣相色譜-質譜聯(lián)用（GC-MS）、核磁共振（NMR）等，全面剖析廢生物油的成分，建立成分與性能的數(shù)據庫，從而實現(xiàn)對廢生物油質量的精準控制。進一步探索新型添加劑，如納米材料、高性能聚合物等，以進一步提升再生劑的粘附性、穩(wěn)定性和抗老化性能。研究表明，添加適量的納米二氧化硅可以顯著提高再生瀝青的高溫穩(wěn)定性和抗疲勞性能，其作用機制是納米二氧化硅與瀝青分子之間形成了較強的物理吸附和化學作用，增強了瀝青的結構穩(wěn)定性。制備工藝改進也是未來發(fā)展的重要方向。當前制備工藝在能源消耗、生產效率和產品質量穩(wěn)定性方面仍有提升空間。開發(fā)高效、節(jié)能的制備工藝，如采用連續(xù)化生產工藝替代間歇式生產，可提高生產效率，降低生產成本。優(yōu)化加熱、攪拌和剪切等工