蓖麻基生物油對(duì)不同老化程度瀝青的再生作用

劉瑞瑞，周濤，譚婷，曹麗萍，董澤蛟

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 交通科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱，150090)

隨著我國(guó)瀝青路面由大規(guī)模建設(shè)逐步向養(yǎng)護(hù)維修過(guò)渡，瀝青路面再生技術(shù)的應(yīng)用和推廣迎來(lái)新機(jī)遇。保證再生瀝青混合料性能的關(guān)鍵在于有效恢復(fù)老化瀝青性能，其中，使用再生劑是最行之有效的途徑。傳統(tǒng)石油基或人工合成類再生劑具有價(jià)格昂貴且不可再生的局限性，近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始尋找傳統(tǒng)再生劑的替代品，嘗試從動(dòng)物糞便、廢食用油、植物油、廢棄塑料及工業(yè)廢機(jī)油等提取出具有再生潛質(zhì)的生物油產(chǎn)品[1-3]，并針對(duì)不同種類生物油的再生能力開(kāi)展了系列研究，為生物基再生劑的開(kāi)發(fā)和利用奠定了基礎(chǔ)。

原材料來(lái)源及提煉工藝的差別使得不同類型的生物油具有不同的化學(xué)組成，導(dǎo)致各類生物油性質(zhì)也有所區(qū)別，用于瀝青再生時(shí)的效果也不盡相同[4]。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)生產(chǎn)較多的為油脂類生物油，其富含的輕質(zhì)組分可有效恢復(fù)老化瀝青的各項(xiàng)性能，同時(shí)提高瀝青-集料黏附性，但會(huì)降低高溫抗車(chē)轍能力[5-6]。

1) 從動(dòng)物糞便中提取出的生物油，可以改善瀝青低溫性能，但同樣導(dǎo)致高溫性能劣化[7]。

2) LI 等[8-9]通過(guò)化學(xué)改性來(lái)降低廢食用油酸值或?qū)⑵渑c廢機(jī)油復(fù)配以改善其性質(zhì)。

3) 大豆油富含大量輕質(zhì)組分，可恢復(fù)老化瀝青膠體穩(wěn)定性，其脂肪酸官能團(tuán)的氫鍵可與瀝青質(zhì)分子相互作用，從而起到一定的溶解分散作用[10-12]，且在最優(yōu)摻量下可保證瀝青的高溫性能[13]。

4) 源自廢木材的生物油再生劑因含有苯酚、木質(zhì)素、鄰苯二甲酸二乙酯等成分，與瀝青各組分之間均具有良好的相容性，可提高再生瀝青黏性成分占比，使其具有良好的施工和易性[14-15]。

5) 廢塑料水熱液化生產(chǎn)的生物油同樣具有較強(qiáng)的再生潛力，能夠降低老化瀝青勁度，使再生瀝青具有較高的交叉頻率和良好的流變特性[3]。

生物瀝青仍無(wú)法大范圍推廣的關(guān)鍵原因之一在于其抗老化性能較差，但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)采用蓖麻油煉制過(guò)程的廢棄底物作為再生劑，不僅對(duì)老化瀝青高低溫性能及耐疲勞特性有改善效果，而且具有優(yōu)異的抗老化性能[16-17]。此外，部分學(xué)者嘗試以生物油為基礎(chǔ)油分，引入增塑劑、穩(wěn)定劑和抗老化劑等進(jìn)行生物基再生劑的制備和優(yōu)化，但前期對(duì)基礎(chǔ)油分的性能研究較少[18-19]。

綜上所述，現(xiàn)有研究專注于生物油對(duì)老化瀝青物理性能及流變特性是否具有再生效果，未考慮瀝青老化程度對(duì)生物油再生能力的影響?；诖?，本文選用蓖麻基生物油，對(duì)不同老化程度下的瀝青進(jìn)行再生，從宏觀性能、流變特性、化學(xué)官能團(tuán)及微觀力學(xué)特征的變化等方面探究生物油對(duì)不同老化水平瀝青的再生作用，以便為實(shí)際工程中不同使用年限的瀝青路面再生提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與制備方法

1.1 試驗(yàn)原材料

基質(zhì)瀝青為遼河石化70 號(hào)道路石油瀝青(P70)；采用蓖麻基生物油作為老化瀝青的再生劑(以下簡(jiǎn)稱生物油)，其來(lái)源為蓖麻油精制脂肪酸、醇后的底物，經(jīng)脫鹽脫水處理后得到；借助GCMS分析蓖麻基生物油關(guān)鍵化學(xué)成分及含量，發(fā)現(xiàn)其主要成分為各類脂肪酸、醇及少量酯類[20]?；|(zhì)瀝青與生物油基本性能見(jiàn)表1，生物油主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表1 基質(zhì)瀝青與生物油基本性能Table 1 Basic properties of base asphalt and bio-oil

表2 生物油主要化學(xué)成分Table 2 Main chemical components of bio-oil

1.2 老化瀝青制備

采用瀝青薄膜加熱試驗(yàn)(TFOT)和壓力老化容器加速瀝青老化試驗(yàn)(PAV)模擬瀝青的短期及長(zhǎng)期老化過(guò)程。其中，短期老化試驗(yàn)選擇2.5 h 和5.0 h這2 種老化相同，其他試驗(yàn)過(guò)程與JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中的瀝青薄膜加熱試驗(yàn)(T 0609)過(guò)程一致；長(zhǎng)期老化實(shí)驗(yàn)按照壓力老化容器加速瀝青老化試驗(yàn)(T 0630)相關(guān)要求進(jìn)行，由此制備TFOT 2.5 h、TFOT 5.0 h及PAV 20 h 這3 種不同老化程度的瀝青，分別記為T(mén)2.5、T5.0及P20。

1.3 再生瀝青制備

將一定比例的生物油加入老化瀝青，對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生，主要步驟為：

1) 將老化瀝青與生物油分別預(yù)熱至(150±5) ℃和(100±5) ℃；

2) 在(150±5) ℃的溫度下以1 000 r/min 速率攪拌30 min；

3) 停止加熱并以200 r/min速率緩慢攪拌5 min，以消除氣泡。

對(duì)不同老化程度的瀝青進(jìn)行再生時(shí)，首先需要確定適宜的生物油摻量。以針入度是否恢復(fù)至未老化水平(即再生瀝青與基質(zhì)瀝青的針入度相差±4，0.1 mm)作為老化瀝青再生的判定依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合其他相關(guān)性能進(jìn)一步評(píng)價(jià)生物油的再生效果。不同生物油摻量下T5.0 瀝青針入度如圖1所示。從圖1可見(jiàn)：以老化瀝青T5.0為例，隨著生物油摻量增加，再生瀝青的針入度均明顯提高，針入度恢復(fù)水平與生物油摻量存在良好的線性關(guān)系，即以生物油摻量為x，針入度為y，滿足y=5.737x+54.965 的函數(shù)關(guān)系；當(dāng)生物油摻量為4.0%時(shí)，再生瀝青的針入度為77.7，因此，老化瀝青T5.0再生時(shí)所需的生物油摻量為4.0%。同理，得到老化瀝青T2.5和P20再生時(shí)所需的生物油摻量分別為2.0%和8.5%，以上3 種再生瀝青分別記為RT2.5、RT5.0及RP20。

圖1 不同生物油摻量下T5.0瀝青針入度Fig.1 Penetration of T5.0 asphalt with different bio-oil dosages

2 老化及再生瀝青基本性能

2.1 常規(guī)路用性能

采用針入度、軟化點(diǎn)和延度指標(biāo)研究老化及再生瀝青的常規(guī)路用性能，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2 可見(jiàn)：隨著老化程度加重，瀝青的針入度和軟化點(diǎn)變化呈現(xiàn)一定規(guī)律性。針入度隨著瀝青老化而逐漸降低，軟化點(diǎn)隨著瀝青老化而逐漸升高。由延度可知，T2.5 瀝青的10 ℃延度仍大于100 cm，但T5.0瀝青延度已驟降至9.9 cm，說(shuō)明老化初期瀝青低溫性能變化較小，一旦達(dá)到某一臨界老化狀態(tài)，低溫性能會(huì)迅速劣化，極易發(fā)生低溫脆斷。生物油富含輕質(zhì)油分[21]，對(duì)老化瀝青具有軟化稀釋作用，加入生物油對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生后，3種老化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)均可恢復(fù)至老化前水平。同時(shí)，T5.0及P20延度同樣顯著提高，但距離老化前的延度仍有一定差距，說(shuō)明該摻量下生物油對(duì)瀝青的低溫性能恢復(fù)有限。

圖2 老化及再生瀝青常規(guī)路用性能Fig.2 Conventional pavement performance of aged and rejuvenated asphalts

2.2 黏度與活化能

采用旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)(T0625)測(cè)試?yán)匣霸偕鸀r青的布氏黏度，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3 可以看出：隨著老化時(shí)間增加，瀝青在各個(gè)溫度下的黏度均明顯增大。對(duì)比再生前后各瀝青的黏溫曲線發(fā)現(xiàn)生物油降黏效果顯著，在90 ℃和105 ℃下，布氏黏度均呈明顯降低趨勢(shì)，但135 ℃時(shí)布氏黏度并沒(méi)有明顯恢復(fù)，這是因?yàn)樵偕鸀r青是由生物油與老化瀝青組成的混合物，其黏度由老化瀝青和生物油各自的黏度與比例決定，同時(shí)也受二者黏度差的影響。低溫下瀝青與生物油黏度差值較大，而升溫至135 ℃后，二者黏度接近，此時(shí)，生物油再生對(duì)老化瀝青黏度的影響效果減弱。

圖3 老化及再生瀝青黏溫曲線Fig.3 Viscosity-temperature curves of aged and rejuvenated asphalts

基于Arrhenius 方程計(jì)算瀝青活化能Eη，并由此提出基于活化能的老化指數(shù)與再生指數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中：ηT為瀝青在溫度T時(shí)的黏度，Pa·s；K為材料常數(shù)；R為氣體常數(shù)，取8.314×10-3kJ·mol-1·K-1；Eη為瀝青活化能，kJ·mol-1；EA、ER和EO分別為老化瀝青、再生瀝青和基質(zhì)瀝青的活化能，kJ·mol-1；為老化指數(shù)；為再生指數(shù)。

表3所示為不同瀝青的活化能、老化指數(shù)及再生指數(shù)。從表3可見(jiàn)：瀝青的老化程度越大，則活化能越高，瀝青溫度敏感性越低，施工和易性也越差，其中，P20的老化指數(shù)約為T(mén)2.5老化指數(shù)的6 倍。生物油再生可以顯著降低老化瀝青的活化能，特別是對(duì)于短期老化瀝青T2.5 和T5.0，生物油的再生作用最明顯。采用基于活化能的再生指數(shù)表征生物油再生對(duì)老化瀝青性能的恢復(fù)程度，當(dāng)再生指數(shù)為0時(shí)，表示完全沒(méi)有再生作用；當(dāng)再生指數(shù)為1 時(shí)，表示已完全恢復(fù)至老化前水平。3種老化瀝青的再生指數(shù)在0.555～0.770 范圍內(nèi)，說(shuō)明生物油對(duì)瀝青黏度指標(biāo)有明顯的恢復(fù)效果，但與老化前相比，仍有相當(dāng)大的差距。

表3 不同瀝青的活化能、老化指數(shù)及再生指數(shù)結(jié)果Table 3 Activation energy, aging index and regeneration index of different asphalts

3 老化及再生瀝青流變特性

考慮到上述瀝青基本性能與真實(shí)服役狀態(tài)下瀝青路面的使用性能關(guān)系不夠緊密，進(jìn)一步基于流變特性，探究生物油對(duì)老化瀝青性能的恢復(fù)情況。

3.1 高溫性能

采用動(dòng)態(tài)剪切流變儀(DSR)測(cè)試?yán)匣霸偕鸀r青在64 ℃時(shí)的車(chē)轍因子(G*/sinδ)，結(jié)果見(jiàn)圖4。與基本路用性能相似，瀝青老化后車(chē)轍因子增加明顯，導(dǎo)致高溫性能顯著提升；使用生物油對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生后，其64 ℃時(shí)的車(chē)轍因子顯著下降，但隨初始老化程度增加，其車(chē)轍因子比基質(zhì)瀝青的高，表明該生物油再生后不會(huì)對(duì)再生瀝青的高溫性能產(chǎn)生不利影響[22]。

圖4 老化及再生瀝青64 ℃下的車(chē)轍因子Fig.4 Rutting factor of aged and rejuvenated asphalts at 64 ℃

3.2 低溫抗開(kāi)裂性能

采用彎曲梁流變儀(BBR)測(cè)試瀝青的低溫性能，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5 可見(jiàn)：隨著瀝青老化程度加劇，其蠕變勁度明顯增加，而蠕變速率m相應(yīng)減小，說(shuō)明熱氧老化對(duì)瀝青延展能力和松弛性能均造成不利影響，導(dǎo)致瀝青低溫性能不斷劣化，但其PG 低溫等級(jí)仍與老化前一致(PG-22)。加入生物油對(duì)老化瀝青進(jìn)行再生后，相應(yīng)瀝青的蠕變勁度顯著減小而蠕變速率m相應(yīng)增大，且RP20 的低溫抗開(kāi)裂能力優(yōu)于基質(zhì)瀝青，達(dá)到PG-28等級(jí)。

圖5 老化及再生瀝青蠕變勁度S和蠕變速率mFig.5 Creep stiffness S and creep velocity m of aged and rejuvenated asphalts

瀝青老化及再生后其等級(jí)幾乎處于同一PG低溫等級(jí)，難以直接區(qū)分各瀝青低溫性能間的差異。本文參考ASTM D 7643-10中的連續(xù)分級(jí)指標(biāo)和美國(guó)AAPTP 06提出的溫度差異值指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)老化瀝青和再生瀝青的低溫性能[23-24]。使用插值法計(jì)算低溫連續(xù)分級(jí)溫度指標(biāo)和溫度差異值指標(biāo)，方法如下：

式中：TSC為蠕變勁度為300 MPa 時(shí)的溫度，℃；TmC為蠕變速率m為0.3時(shí)的溫度，℃；ΔTC為溫度差異值指標(biāo)，℃；Ta為蠕變勁度超過(guò)300 MPa的最低試驗(yàn)溫度，℃；Tb為蠕變勁度大于300 MPa的最高試驗(yàn)溫度，℃；Sa和Sb分別為溫度為T(mén)a和Tb時(shí)的蠕變勁度，MPa；Tc為蠕變速率m不小于0.3 的最低試驗(yàn)溫度，℃；Td為蠕變速率m小于0.3 的最高試驗(yàn)溫度，℃；mc和md分別是溫度為T(mén)c和Td時(shí)的蠕變速率。

圖6 所示為老化及再生瀝青低溫連續(xù)PG 分級(jí)溫度。與基質(zhì)瀝青(P70)相比，短期老化瀝青低溫連續(xù)分級(jí)溫度變化并不顯著，說(shuō)明短期老化對(duì)瀝青低溫性能的影響較小，這與各瀝青10 ℃時(shí)的延度變化規(guī)律一致。3種再生瀝青的低溫連續(xù)分級(jí)水平，分別為PG-28.7、PG-27.9 和PG-30.0，均高于于基質(zhì)瀝青的分級(jí)水平，這是因?yàn)樯镉鸵肓舜罅枯p質(zhì)組分，瀝青中的柔性小分子物質(zhì)占比增加，瀝青黏韌性和塑性變形能力增強(qiáng)，低溫性能明顯改善。各瀝青ΔTC始終大于0 ℃，說(shuō)明低溫環(huán)境下的開(kāi)裂失效主要由蠕變勁度主導(dǎo)，即瀝青低溫性能劣化主要是瀝青的剛性和硬度升高所致。

圖6 老化及再生瀝青低溫連續(xù)PG分級(jí)Fig.6 Low-temperature continuous performance grade of aged and rejuvenated asphalts

3.3 疲勞性能

采用線性振幅掃描(LAS)試驗(yàn)，并基于黏彈連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)模型(VECD)預(yù)估老化及再生瀝青的疲勞壽命。根據(jù)線性振幅掃描估算瀝青耐疲勞性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法(AASHTO TPT 101-12)繪制老化及再生瀝青的損傷曲線。在中高強(qiáng)度的損傷水平范圍內(nèi)，擬合曲線與實(shí)測(cè)曲線偏差較大。圖7所示為L(zhǎng)AS試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。新的疲勞損傷參數(shù)R表征加載過(guò)程中偽應(yīng)力-應(yīng)變曲線與真應(yīng)力-應(yīng)變曲線面積的差異，將峰值應(yīng)力出現(xiàn)點(diǎn)視為疲勞失效臨界點(diǎn)[25]。由圖8可知，使用損傷參數(shù)R擬合得出的損傷曲線與實(shí)測(cè)曲線吻合良好(R2≥99%)，表明使用該參數(shù)量化瀝青的疲勞損傷是可行的。

圖7 LAS試驗(yàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.7 Stress-strain curves of LAS test

圖8 老化及再生瀝青疲勞損傷參數(shù)-累計(jì)損傷關(guān)系曲線Fig.8 Relationship curves between fatigue damage parameter and cumulative damage of aged and reclaimed asphalt

圖9所示為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下老化及再生瀝青在不同加載應(yīng)變下的疲勞壽命。從圖9可以看出：不同加載應(yīng)變下瀝青疲勞壽命的變化規(guī)律是一致的。以加載至峰值應(yīng)力為疲勞失效準(zhǔn)則，不同種類瀝青的疲勞壽命見(jiàn)表4，各瀝青疲勞壽命由大到小依次是RP20、P70、T2.5、RT5.0、RT2.5、T2.5 和P20。隨著老化程度加重，疲勞壽命持續(xù)下降，所能承受的最大峰值應(yīng)變也不斷減??；加入生物油對(duì)其再生后，3 種再生瀝青疲勞壽命均明顯提升，盡管只有RP20 成功恢復(fù)至老化前的水平，但RT2.5 與RT5.0 再生瀝青的疲勞壽命已接近未老化瀝青的疲勞壽命，說(shuō)明在適宜摻量下，生物油對(duì)老化瀝青疲勞性能同樣具有良好的再生恢復(fù)能力。

圖9 雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下老化及再生瀝青在不同加載應(yīng)變時(shí)的疲勞壽命Fig.9 Fatigue life of aged and rejuvenated asphalt at different loading strains under double logarithmic coordinates

表4 老化及再生瀝青疲勞壽命Table 4 Fatigue life of aged and rejuvenated asphalts

4 生物油對(duì)老化瀝青的再生機(jī)理

采用衰減全反射傅里葉變換紅外光儀(ATRFTIR)探究老化及再生過(guò)程中瀝青化學(xué)特征官能團(tuán)的變化。圖10 所示為生物油、老化瀝青及再生瀝青的紅外光譜圖。從圖10(a)可見(jiàn)：生物油羰基(C＝O)伸縮振動(dòng)峰遠(yuǎn)強(qiáng)于瀝青伸縮振動(dòng)峰，且在1 163 cm-1附近存在與脂肪酸酯中C—O—C伸縮振動(dòng)有關(guān)的吸收峰，這與生物油來(lái)源相關(guān)[20]。定性分析瀝青老化再生前后紅外譜圖變化發(fā)現(xiàn)，短期老化時(shí)，苯骨架C＝C 伸縮振動(dòng)和羧酸C—OH 伸縮振動(dòng)的2個(gè)吸收峰強(qiáng)度出現(xiàn)暫時(shí)性提高，說(shuō)明芳構(gòu)化反應(yīng)導(dǎo)致瀝青芳香度增加，且生成少量芳香醛及二羧酸酐，而長(zhǎng)期老化過(guò)程中吸氧反應(yīng)占主導(dǎo)地位，非飽和芳香族化合物氧化生成大量羰基和亞砜基等極性基團(tuán)[26]。由于生物油引入大量羰基和羧基，3種再生瀝青在1 263 cm-1和1 700 cm-1處的吸收峰面積均明顯增加。此外，生物油富含輕質(zhì)組分，因此，再生瀝青甲基(—CH3)彎曲振動(dòng)峰和苯骨架C＝C 伸縮振動(dòng)峰顯著提高，2 000～600 cm-1范圍內(nèi)峰面積整體增加。

圖10 生物油、老化瀝青及再生瀝青的紅外光譜圖Fig.10 FTIR spectra of bio-oil, aged and rejuvenated asphalts

以羰基指數(shù)(IC=O)和亞砜基指數(shù)(IS=O)定量評(píng)價(jià)瀝青的老化程度及再生水平，計(jì)算方法見(jiàn)式(9)和(10)。

式中：A1700、A1030及A2000～600分別為紅外譜圖中1 700、1 030 及2 000～600 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰面積。

表5 所示為老化及再生瀝青特征官能團(tuán)指數(shù)。由表5可知：老化過(guò)程中瀝青羰基和亞砜基含量不斷增加，再生后羰基指數(shù)進(jìn)一步提高，而亞砜基指數(shù)基本穩(wěn)定不變，與定性分析結(jié)果一致。因此，僅通過(guò)瀝青特征官能團(tuán)變化無(wú)法解釋生物油對(duì)老化瀝青的再生機(jī)制，需要進(jìn)一步探究。

表5 老化及再生瀝青特征官能團(tuán)指數(shù)Table 5 Functional group index of aged and rejuvenated asphalts

采用原子力顯微鏡(AFM) Peak Force模式分析瀝青老化及再生過(guò)程中其微觀結(jié)構(gòu)的變化，得到其表面黏附力，結(jié)果見(jiàn)圖11。從圖11 可以看到，瀝青表面隨機(jī)分散有不規(guī)則斑點(diǎn)，代表不同位置處的黏附力有所不同。在同一黏附力標(biāo)尺下，黏附力圖顏色越暗，黏附力越小?？紤]到四組分中瀝青質(zhì)具有相對(duì)較小的黏附力[27]，因此，AFM 黏附力圖像中的暗斑可以間接表征瀝青老化及再生過(guò)程中瀝青質(zhì)膠束的變化情況。由圖11(a)可知，隨著瀝青老化程度增加，AFM黏附力圖整體變暗，暗斑面積不斷增大，說(shuō)明熱氧老化過(guò)程中存在輕質(zhì)組分向?yàn)r青質(zhì)轉(zhuǎn)化的組分遷移現(xiàn)象；隨著瀝青質(zhì)含量增多，瀝青質(zhì)聚集現(xiàn)象明顯。從圖11(b)看出：瀝青再生是老化的逆過(guò)程，具體表現(xiàn)在瀝青質(zhì)膠束尺寸減小，黏附力明顯恢復(fù)，說(shuō)明生物油對(duì)瀝青質(zhì)膠束具有一定的稀釋溶解作用，可將相對(duì)分子質(zhì)量較大、極性較強(qiáng)的瀝青質(zhì)轉(zhuǎn)化為相對(duì)分子質(zhì)量較小、極性低的組分，從而提高瀝青膠體穩(wěn)定性，增強(qiáng)瀝青柔性及松弛性能。

圖11 老化及再生瀝青黏附力圖Fig.11 Adhesion images of aged and rejuvenated asphalts

使用Image-Pro Plus 軟件計(jì)算AFM 黏附力圖的暗斑數(shù)量及面積，結(jié)果見(jiàn)表6。從表6 可見(jiàn)：瀝青老化過(guò)程中暗斑數(shù)量先增多后減少，總面積和平均面積持續(xù)增大。這是因?yàn)槔匣^(guò)程中輕質(zhì)組分揮發(fā)、氧化，導(dǎo)致組分轉(zhuǎn)化遷移，瀝青質(zhì)相對(duì)含量增加，瀝青質(zhì)逐步以二聚體和多聚體的形式聚集，并最終形成面積較大的膠束。在生物油再生過(guò)程中，瀝青中暗斑數(shù)量有不同程度增大，但總面積和平均面積均明顯下降，進(jìn)一步證實(shí)老化瀝青再生過(guò)程中生物油對(duì)老化產(chǎn)物具有溶解和稀釋作用，此為生物油對(duì)老化瀝青再生的主要機(jī)制。

表6 老化及再生瀝青膠束定量分析Table 6 Quantitative analysis of micelles in aged and rejuvenated asphalts

5 結(jié)論

1) 隨著老化時(shí)間延長(zhǎng)，老化瀝青針入度與延度降低，軟化點(diǎn)、黏度及活化能增大，其中瀝青延度在老化初期變化不明顯，但在達(dá)到某個(gè)臨界老化狀態(tài)時(shí)發(fā)生驟降；生物油再生可以將老化瀝青的針入度與軟化點(diǎn)恢復(fù)至未老化水平，但延度與黏度指標(biāo)恢復(fù)效果有限。

2) 伴隨老化程度加重，老化瀝青車(chē)轍因子提高，勁度模量增大且蠕變速率減小，疲勞壽命顯著降低；生物油再生后，瀝青黏韌性和塑性變形能力增強(qiáng)，低溫性能和疲勞性能均得到明顯改善，且高溫抗車(chē)轍能力滿足路用要求。

3) 瀝青老化過(guò)程中羰基和亞砜基團(tuán)大幅增加，但由于生物油自身含有大量羰基，再生后瀝青老化產(chǎn)物的特征官能團(tuán)指數(shù)并未降低?；诨瘜W(xué)特征官能團(tuán)的分析無(wú)法揭示生物油對(duì)老化瀝青的再生機(jī)理。

4) 隨著老化程度加劇，瀝青AFM 黏附力圖中以瀝青質(zhì)為代表的老化產(chǎn)物增加，由此形成的膠束數(shù)量顯著增多，面積顯著增大。生物油能有效溶解并稀釋瀝青老化產(chǎn)物，使瀝青膠體結(jié)構(gòu)重新穩(wěn)定，此為生物油再生瀝青的主要機(jī)制。

5) 綜合考慮3種再生瀝青的基本物理性能、高低溫流變特性、耐疲勞性能及微觀力學(xué)特征，8.5%生物油摻量的RP20再生瀝青性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青性能；RT2.5(2%摻量)和RT5.0(4%摻量)瀝青雖然高溫和低溫性能顯著提高，但疲勞壽命均比基質(zhì)瀝青的低。