Transport Research >

2025 , Vol. 11 >Issue 3: 71 - 83

DOI: https://doi.org/10.16503/j.cnki.2095-9931.2025.03.007

Technology Frontier

Development of Bio-oil-based Regenerant and Its Effect on the Performance of Recycled Asphalt Mixture

  • FENG Xinjun ,
  • LIAO Sile ,
  • DUAN Hujie
Expand
  • School of Transportation, Changsha University of Science & Technology, Changsha 410114, China

Received date: 2024-07-15

  Online published: 2025-08-04

Fold

Abstract

To develop a more environmentally friendly bio-oil-based regenerant with superior anti-aging performance, coconut oil was selected as the base oil, and Plasticizer DOP, tackifying resin C9, and antioxidant PG were incorporated as raw materials for the regenerant. Through orthogonal test and range analysis, the optimal proportion of each component in bio-oil based regenerant (SW) was determined. The viscosity, flash point, mass change before and after aging in the film oven and viscosity ratio of SW regenerant were tested. The penetration performance of SW regenerant was tested by the needle penetration method, and compared with a commercial regenerant (T). Through rut test, immersion Marshall test, freeze-thaw split test, trabecular bending test and split test, the high temperature stability, water stability, low temperature crack resistance and aging resistance of SW recycled asphalt mixture were evaluated, and compared with the original asphalt mixture and T recycled asphalt mixture. The results show that the optimal proportion of each component in SW regenerant is coconut oil: plasticizer: tackifying resin: antioxidant=1.00∶0.20∶0.03∶0.02. The viscosity and flash point of SW regenerant meet the specifications, and the aging resistance and penetration performance are better than those of T regenerant. The high temperature stability, water stability and low temperature cracking resistance of SW recycled asphalt mixture all meet the requirements of the specification. The high temperature stability is not much different from that of the original asphalt mixture. The low temperature cracking resistance, aging resistance and water stability after freeze-thaw cycle are better than those of the original asphalt mixture and T recycled asphalt mixture.

Key words： pavement material; bio-oil-based regenerant; recycled asphalt; asphalt mixture; pavement performance

Cite this article

FENG Xinjun , LIAO Sile , DUAN Hujie . Development of Bio-oil-based Regenerant and Its Effect on the Performance of Recycled Asphalt Mixture[J]. Transport Research, 2025 , 11(3) : 71 -83 . DOI: 10.16503/j.cnki.2095-9931.2025.03.007

0 引言

沥青路面再生技术是处理废旧沥青混合料的有效手段之一[1]，使用适宜的沥青再生剂有助于节约原材料并恢复废旧沥青混合料的路用性能[2]。然而，传统的石油基再生剂中含有大量有害物质且普遍抗老化性能不足[3-6]。因此，研制更加环保且抗老化性能良好的再生剂具有重要的工程意义。
目前，国内外已有部分学者对生物油再生剂进行了研究。Devulapalli等[7]的研究表明，废食用油作为再生剂用于含RAP（Reclaimed Asphalt Pavewent）的沥青混合料时，不仅改善了沥青混合料的抗拉强度比，还显著提高了 RAP 的可掺加量；Podolsky等[8]探究了亚麻籽油作为生物再生剂的可能性，研究发现亚麻籽油生物再生剂能改善硬质沥青的工作性能与低温性能。现有研究证明了生物油基再生剂用于废旧沥青混合料再生的可行性，为使用生物油基再生剂奠定了基础。Tabatabaee等[9]将改性植物基再生剂用于老化沥青的再生，发现该再生剂具有良好的抗老化稳定性，但是老化导致胶体稳定性系数的增加相对有限；Peralta等[10]对红橡木基生物油抗老化性能的研究，表明生物油自身抗老化性能较好。这些研究为研发抗老化性能良好的生物油基再生剂提供了思路。Mohamed等[11]研究生物油衍生再生剂对老化沥青结合料中再生剂老化特性的影响，发现虽然其高氧含量对老化特性有负面影响，但总体热稳定性较好。Gao等[12]的研究表明，当生物油含量为10%时可提高改性沥青的抗老化性能；Cao等[13]发现含弱极性芳香衍生物的腰果壳油对老化SBS改性沥青的性能恢复效果最好，热氧稳定性处于前列，能使再生沥青获得最好的抗老化性能。这些研究为确定生物油基再生剂配方以提高其抗老化性能提供了参考依据。
现有研究大多集中在生物油的制备及其再生沥青混合料的路用性能测试，而对生物油基再生剂的抗老化性能研究相对较少。大量研究中的生物油是通过热裂解工艺获取，抗老化性能不足，老化后其效果急剧下降[14]。若能改善生物油基再生剂易老化的问题，对于保持再生沥青路面长期稳定的性能，实现生物油再生剂在实际路面工程中的应用具有重大意义[15-22]。此外，生物质热裂解工艺所需温度高（约500~650 ℃）、耗能大并存在环境污染风险。鉴于此，本文以更加节能环保的萃取法生产的椰子油为基础油分，复配增塑剂DOP、增黏树脂C9及抗氧化剂PG，通过正交试验研制更加环保且抗老化性能良好的生物油基再生剂SW，并对最佳配比下SW的黏度、闪点、抗老化性、渗透性等性能进行验证。通过对SW再生沥青混合料的路用性能尤其是抗老化性能研究，旨在检验SW再生剂对废旧沥青混合料性能的恢复效果以及应用于实际路面工程的可行性。

1 生物油基再生剂的制备

1.1 SW再生剂原材料选择与制备工艺

本文选用椰子油作为生物油基再生剂的基础油分，主要基于以下原因：首先，椰子油是一种储量丰富且可再生的资源，全球年产量较高，具有良好的经济性和可持续性；其次，椰子油具有较高的饱和脂肪酸含量，这使得其在高温下具有较好的稳定性，不易氧化，从而能提高再生剂的抗老化性能；此外，椰子油的化学成分较稳定，含有丰富的月桂酸和棕榈酸，这些成分有助于提高再生剂与沥青的相容性和稳定性；最后，椰子油萃取法工艺成熟，原料易获取且成本可控。现有研究多通过复配树脂或聚合物来提升沥青混合料的稳定性，本文则采用DOP作为常用增塑剂以改善沥青的低温延展性，同时利用C9增黏树脂提高再生剂与老化沥青的相容性，从而抵消DOP对黏度的负面影响，并引入抗氧化剂PG，通过化学抑制路径改善再生剂的抗老化性能。
SW再生剂制备工艺如下：将椰子油加热至110 ℃，分别加入一定质量分数的DOP增塑剂以及研磨成细小颗粒或粉末状的C9增黏树脂，搅拌均匀，最后加入一定质量分数的PG抗氧化剂，以500 rpm的速度搅拌10 min。

1.2 SW再生剂配比设计

采用L9（33）3因素3水平正交表设计正交试验，以DOP、C9、PG各自的用量（其各自占生物油的质量百分比，分别记为A、B、C）为主要因素，将9组不同配方的再生剂按7%的比例加入老化SBS改性沥青中制备再生SBS改性沥青，测试再生SBS改性沥青的25 ℃针入度、软化点、5 ℃延度和135 ℃布氏旋转黏度以评价其技术性能，进而确定SW再生剂合理配比。正交试验因素水平表见表1，正交试验结果见表2，四大指标极差分析见表3。
表1 正交试验因素水平表
水平 A（%） B（%） C（%）
1 10 3 1
2 20 6 2
3 30 9 3
表2 正交试验结果表
试验
编号		 A
（%）		 B
（%）		 C
（%）		 25 ℃
针入度
/（0.1 mm）		 软化
点
/℃		 5 ℃
延度
/cm		 135 ℃布氏旋转黏度
/（mPa·s）
1 10 3 1 57.9 64.1 17.2 2 090
2 10 6 3 54.2 65.9 16.7 2 250
3 10 9 2 53.8 64.8 16.1 2 380
4 20 3 3 56.8 64.1 20.3 2 150
5 20 6 2 56.3 66.2 18.1 2 320
6 20 9 1 54.1 64.1 19.8 2 070
7 30 3 2 60.4 63 22.1 1 870
8 30 6 1 57.5 61.4 17.2 1 680
9 30 9 3 59.8 62.2 17.9 1 820
表3 四大指标极差分析表
试验指标 统计参数 A B C
25 ℃针入度
/（0.1 mm）		 K1 55.3 58.4 56.5
K2 55.7 56 57
K3 59.2 55.9 56.8
极差R 3.9 2.5 0.5
软化点/℃ K1 64.9 63.7 63.2
K2 64.8 64.5 65
K3 62.2 63.7 64
极差R 2.7 0.8 1.8
5 ℃延度/cm K1 16.7 19.9 18.1
K2 19.4 17.3 19
K3 19.1 17.9 17.9
极差R 2.7 2.5 1.1
135 ℃
布氏旋转黏度
/（mPa·s）		 K1 2 240 2 037 1 947
K2 2 180 2 083 2 147
K3 1 790 2 090 2 117
极差R 450 53 200
由表3可知，影响25 ℃针入度的因素主次顺序为A>B>C，影响软化点的因素主次顺序为A>C>B，影响5 ℃延度的因素主次顺序为A>B>C，影响135 ℃布氏旋转黏度的因素主次顺序为A>C>B。极差分析量化了各组分对性能指标的影响程度，明确了各因素的主次关系，更为组分优化提供了科学依据，具体分析如下。
1）DOP对4项性能指标的影响均最大。随着DOP用量的增加，老化沥青的针入度先缓慢上升，当用量超过20%时针入度出现急剧增长，用量达到30%时，针入度临近规范要求的最大值，3个水平均满足规范要求；与此同时，DOP对软化点产生消极作用，随着其用量增加，老化沥青的软化点持续下降，但在3个水平下仍均满足规范要求；DOP对延度的影响大，随着其用量的增加，老化沥青的延度先上升后缓慢下降，水平2时达到最大值；DOP对黏度的影响也处于主导地位，随着其用量的增加，老化沥青黏度持续下降，虽然黏度较低会在施工拌和时降低能耗，但是过低的黏度将会影响与集料的黏附性。综合各项指标要求，确定A2为DOP最佳用量水平，即再生剂中DOP占比20%。
2）C9在正交试验的3个水平中，针入度，软化点与黏度指标均满足规范要求，延度在水平1时达到最大值，因此选取B1作为C9的最佳用量水平，即C9在再生剂中占比3%。
3）PG主要影响再生沥青的软化点与黏度指标，对针入度指标影响不大，在3个水平下均满足规范要求。为了确保再生沥青的软化点与延度达到最大，选取C2作为PG最佳用量水平，即再生剂中PG占比2%。
综合以上分析，以椰子油质量为基准（1.00），最终确定SW再生剂中各组分比例为：椰子油∶增塑剂DOP∶增黏树脂C9∶抗氧化剂PG=1.00∶0.20∶0.03∶0.02。极差分析确定的配比针入度、软化点、延度均满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）。PG与C9的低添加比例（合计5%）有效控制了成本，同时DOP的优化用量避免了材料浪费。

1.3 SW再生剂性能验证

为了评价生物油基再生剂SW的性能表现，测试其黏度、闪点、薄膜烘箱老化前后质量变化及黏度比，同时采用针入度法测试其渗透性能。将测试结果与商用T再生剂进行对比分析，该对比样品选自江苏某厂家生产的石油基产品，主要成分为芳香烃与环烷烃（市场占有率约为30%）。选择T再生剂作为对照是由于其性能指标处于行业平均水平，可反映当前石油基再生剂的典型特性。需要特别注意，目前国内再生剂市场中，石油基产品占比超过85%，其中以T型为代表的RA-5型再生剂产品占主导地位。因此，尽管T再生剂只是众多产品之一，但与其进行对比的结果仍具有行业参考价值。黏度结果如图1所示。
图1 再生剂的黏度试验结果
再生剂黏度是反映再生剂性能的重要指标，直接影响再生剂在沥青中的扩散速度，是再生剂能否在沥青中分散均匀的重要影响因素。由图1可知，SW再生剂的黏度远低于商用T再生剂，表明其具有较好的流动性与扩散性。
为了确保施工安全性，根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中相关试验方法分别测试了SW再生剂与商用T再生剂的闪点，见表4。
表4 再生剂的闪点试验结果
再生剂类型 闪点/℃
试验结果 规范要求 测试方法
SW 225 ≥220 T 0611
T 234
由表4可知，SW再生剂与T再生剂的闪点均大于220 ℃，满足规范要求，表明两种再生剂均具有较好的施工安全性。
沥青路面在高温施工及后续服役过程中，长期承受自然环境和车辆荷载的作用，不仅导致沥青材料逐渐老化，而且会影响再生剂的性能稳定性。为确保再生剂能持续发挥其再生效能，并保障再生沥青路面的长期使用性能，再生剂自身必须具备优异的抗老化能力。表5所示为再生剂抗老化性能的试验结果。
表5 再生剂的抗老化性能试验结果
技术指标 试验结果 规范
要求		 试验
方法
SW T
薄膜烘箱试验前后黏度比（%） 1.21 1.83 ≤3 T 0619
薄膜烘箱试验前后质量变化（%） -1.04 -2.10 ≥-3且≤3 T 0609
由表5可知，SW再生剂与T再生剂的抗老化性能均满足我国再生剂规范要求，自制的SW再生剂抗老化性能优于T再生剂。薄膜烘箱老化后，SW再生剂的黏度变化较小，质量损失也远少于T再生剂。

1.4 SW再生剂的渗透性能

采用针入度法检测SW再生剂的渗透性能，其步骤如下：①称取一定质量的老化沥青样品装入多个内径55 mm、深35 mm的针入度铝盒，控制液面低于侧壁，待样品冷却至室温后，在各试模中的老化沥青表面均匀涂抹一层再生剂，再生剂质量为老化沥青质量的0.07倍；②将涂抹完成后的试样置于110 ℃的烘箱中，分别保温10、20、30、60 min后将试样取出于室温下冷却30 min，清除表面残余再生剂后放入25 ℃恒温水槽中保温30 min后测试试样的针入度，每个试样测试3个点，结果取平均值。
为了更直观地观察两种再生剂在老化沥青中的渗透速度，将再生沥青25 ℃针入度随保温时间的变化绘制成曲线图，如图2所示。
图2 再生沥青25 ℃针入度随保温时间变化的曲线
由图2可知，随着保温时间的延长，再生沥青的针入度呈增大趋势，即老化沥青随着再生剂扩散时间的增加而变软。0~10 min时，沥青的针入度快速增大，这个阶段再生剂扩散速度最快，属于快速渗透阶段；10~30 min时，沥青的针入度增加速度明显减缓，再生剂逐步从最上层沥青向中下层沥青扩散，属于缓慢渗透阶段；30 min之后，沥青的针入度虽然仍在增大，但是速度较慢，逐渐稳定，属于渗透稳定期。造成这3个阶段渗透速度差异的原因为：随着再生剂的扩散，沥青中再生剂分子之间的浓度差逐渐减小，老化沥青中的大分子对再生剂分子有阻滞作用，使再生剂分子的运动能量降低，从而削弱了扩散动力，针入度增长速度逐渐减缓至稳定。试验结果表明，SW再生剂在快速渗透期、缓慢渗透期和渗透稳定期的渗透速度均快于T再生剂，其渗透性能更加优越。

2 SW再生沥青混合料的配合比设计和路用性能试验

为了检验SW再生剂对老化沥青的恢复效果以及应用到实际路面工程中的可行性，通过混合料路用性能试验，测试再生沥青混合料的高温稳定性、水稳性、低温抗裂性和抗老化性能，并与原样沥青混合料以及T再生沥青混合料进行对比。

2.1 SW再生剂掺量的确定

沥青采用某公司生产的西太A级70#道路石油沥青（基质沥青）和SBS改性沥青I-D类，其技术性能指标见表6。
表6 原样基质沥青和SBS改性沥青主要性能指标测试值及技术要求
技术指标 原样基质沥青 原样SBS改性沥青
测试值 技术要求 测试值 技术要求
针入度（25 ℃, 100 g, 5 s）/（0.1 mm） 69.8 60~80 53.1 40~60
延度（5 cm/min）/cm >100 （15 ℃） ≥100 23.0（5 ℃） ≥20
软化点/℃ 49.4 ≥46 69.4 ≥60
135 ℃布氏旋转黏度/（mPa·s） 562 — 2 420 ≤3 000
RTFOT后 质量变化（%） -0.098 [-0.8, 0.8] -0.102 [-1.0, 1.0]
针入度比（25 ℃）（%） 63.4 ≥61 69.9 ≥65
延度/cm 10.3 （10 ℃） ≥6 16.2（5 ℃） ≥15
为定量分析各性能参数的变化规律，将25 ℃针入度、15 ℃和5 ℃延度、软化点和135 ℃布氏旋转黏度试验数据绘制成折线图并分别采用线性与对数模型进行回归分析，如图3~图10所示。
图3 再生基质沥青的针入度变化图
图4 再生SBS改性沥青的针入度变化图
图5 再生基质沥青的延度变化图
图6 再生SBS改性沥青的延度变化图
图7 再生基质沥青软化点变化图
图8 再生SBS改性沥青软化点变化图
图9 再生基质沥青135 ℃布氏旋转黏度变化图
图10 再生SBS改性沥青135 ℃布氏旋转黏度变化图
利用再生剂进行老化沥青再生时，应避免片面追求单一性能指标的恢复而忽视对其他性能指标的影响。由于沥青混合料路面中的沥青混合料所处的工作环境与状态复杂多变，因此，需要同时兼顾沥青的高温性能与低温性能。本研究通过性能设计法，对比分析不同再生剂掺量下再生沥青的针入度、延度、软化点等指标与黏度试验结果。结果显示：当SW再生剂掺量为10%时，再生基质沥青的软化点与黏度接近原样基质沥青水平，针入度小于规范要求上限值8.0 mm，15 ℃延度大于规范要求下限值100 cm；当SW再生剂掺量为8%时，再生SBS改性沥青的针入度小于规范要求上限值6.0 mm，软化点大于规范要求下限值60 ℃，黏度小于规范要求上限值3 000 mPa·s，5℃延度大于规范要求下限值，并接近原样SBS改性沥青测试值。因此，初步确定老化70#基质沥青中SW再生剂的最佳掺量为10%，老化SBS改性沥青中SW再生剂的最佳掺量为8%。下文将通过流变性能试验验证最佳掺量下再生沥青是否具有良好的高、低温流变性能。

2.2 SW再生沥青混合料配合比设计

试验选用玄武岩作为再生沥青混合料中的新集料，矿粉为石灰岩，按照《公路工程集料试验规程》（JTG 3432—2024）测试了新集料与矿粉的物理性能指标，结果见表7~表9。
表7 细集料物理性能指标检测结果
技术指标 实测值 规范要求
表观相对密度 2.683 ≥2.5
砂当量（%） 71 ≥60
表8 粗集料物理性能指标检测结果
技术指标 实测值 规范要求
表观相对密度 9.5~13.2 mm 2.767 ≥2.5
4.75~9.5 mm 2.765
吸水率（%） 9.5~13.2 mm 0.86 ≤3.0
4.75~9.5 mm 1.17
针片状颗粒含量
（%）		 9.5~13.2 mm 7.1 ≤15
4.75~9.5 mm 9.2 ≤20
压碎值（%） 13.8 ≤26
洛杉矶磨耗损失（%） 14.1 ≤28
表9 矿粉物理性能指标检测结果
技术指标 实测值 规范要求
表观相对密度 2.690 ≥2.5
含水量(%) 0.57 ≤1
亲水系数 0.6 <1
塑性指数 1.9 <4
外观 无团粒结块 无团粒结块
综合考虑工程实际以及旧料级配，选用AC-13作为再生沥青混合料的级配类型，旧料掺配比例为30%，根据新旧集料筛分结果进行再生沥青混合料的级配设计。各档集料筛分结果与合成级配见表10，AC-13再生沥青混合料级配曲线图见图11。
表10 集料筛分结果与合成级配
集料
规格		 集料比例（%） 通过下列方孔筛（mm）的质量百分率（%）
16 13.2 9.5 4.7 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
RAP-1 15 100 98.7 77.3 28.0 20.5 17.7 15.0 11.4 7.6 5.6
RAP-2 15 100 100 100 99.7 61.7 48.5 31.4 23.3 21.0 14.5
10~15 16 100 70.4 4.0 0.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
5~10 19 100 100 94.4 5.2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
3~5 12 100 100 100 94.0 4.0 3.0 2.5 2.0 1.5 0.9
0~3 22.5 100 100 100 97.3 81.1 57.1 38.3 22.8 14.7 7.9
矿粉 0.5 100 100 100 100 100 100 100 100 92.4 76.3
合成级配结果 100 95.1 80.2 53.9 31.6 23.6 16.4 11.1 8.2 5.3
级配上限 100 100 85 68 50 38 28 20 15 8
级配中值 100 95 76.5 53 37 26.5 19 13.5 10 6
级配下限 100 90 68 38 24 15 10 7 5 4
图11 AC-13再生沥青混合料级配曲线图
再生沥青混合料的拌和与压实参照热拌沥青混合料的制备方法。在本研究中，基质沥青混合料的拌和温度为160 ℃，压实温度为150 ℃，再生SBS改性沥青混合料的拌和温度为175 ℃，压实温度为165 ℃。
再生SBS改性沥青混合料的拌和步骤如下：首先，将在120 ℃烘箱中保温2 h的RAP料（含老化SBS改性沥青）倒入预热好的拌锅，加入再生剂拌制30 s；随后，加入保温好的一定量的新集料与新SBS改性沥青拌和75 s，最后，加入矿粉拌和至均匀，总拌和时间不超过3 min。
再生基质沥青混合料的拌和步骤如下：将室内模拟长期老化试验得到的老化基质沥青混合料倒入拌锅，加入再生剂拌和均匀，总拌和时间与再生SBS改性沥青混合料的拌和时间一致。
按照规范要求成型马歇尔试件，测试其马歇尔稳定度、流值、毛体积密度等参数，油石比与马歇尔试件各参数之间的关系曲线见图12。
图12 油石比与原样沥青混合料马歇尔试验各参数之间的关系
根据图12（a）~图12（f），可计算最佳油石比OAC（Optimum Asphalt Content）。对应毛体积密度最大值的油石比a1为6.1%，稳定度最大值对应的油石比a2为5.6%，沥青饱和度中值对应的油石比a3为5.4%，目标空隙率4%对应的油石比a4为5.6%，计算得到OAC1=(a1+a2+a3+a4)/4=5.68%。根据规范要求的马歇尔试验技术标准，从图12（g）中可以看出符合所有技术指标的油石比共有范围为：OACmin=5.3%，OACmax=5.7%。计算得到OAC2=(OACmin+OACmax)/2=5.5%，以OAC1和OAC2的平均值作为最佳油石比OAC，OAC=（OAC1+OAC2）/2=5.59%。
结合计算结果与当地气候条件，最终选取5.6%作为最佳油石比，据此对再生SBS改性沥青混合料进行拌和并成型试件，用于后续路用性能研究。同理得到基质沥青混合料的最佳油石比为5.2%，采用此油石比拌和基质沥青混合料模拟长期老化，与再生剂混合拌制再生基质沥青混合料并成型试件，进行相关路用性能试验。

2.3 SW再生沥青混合料路用性能试验

2.3.1 高温稳定性

采用车辙试验评价再生沥青混合料的高温稳定性。根据规范要求，在最佳油石比下制备车辙板试件，通过车辙试验仪测得各试件的动稳定度。试验结果见表11与表12。
表11 原样及再生基质沥青混合料的车辙试验结果
沥青混合料类型 原样基质
沥青混合料		 SW再生基质
沥青混合料		 T再生基质
沥青混合料
动稳定度（次/mm） 1 968 2 209 2 943
规范要求（次/mm） ≥1000
表12 原样及再生SBS改性沥青混合料的车辙试验结果
沥青混合料类型 原样SBS改性沥青混合料 SW再生SBS改性沥青混合料 T再生SBS改性沥青混合料
动稳定度（次/mm） 3 351 3 065 3 759
规范要求（次/mm） ≥2800
由表11可知，SW再生基质沥青混合料的动稳定度相比原样基质沥青混合料提高了12.2%，高温稳定性较好。T再生基质沥青混合料的动稳定度相比原样基质沥青混合料提升了49.5%，比SW再生基质沥青混合料提高了33.2%。SW再生剂因其较低的黏度特性，表现出更好的渗透性能，从而更易渗透至老化沥青中，有效降低老化沥青的黏度，同时部分削弱沥青高温性能。
由表12可知，T再生SBS改性沥青混合料的动稳定度相比原样SBS改性沥青混合料提高了12.2%，相比SW再生SBS改性沥青混合料提高了22.6%。从车辙试验结果来看，SW再生沥青混合料的动稳定度与原样沥青混合料相差不大，均满足规范要求，有较好的高温稳定性。

2.3.2 水稳定性

按最佳油石比成型标准马歇尔试件，分为空白组与浸水组，每组4个试件，测得每组所有试件的稳定度后，结果取平均值，计算得到试件的浸水残留稳定度。试验结果如表13与表14所示。
表13 原样及再生基质沥青混合料的浸水马歇尔试验结果
沥青混合料类型 原样基质
沥青混合料		 SW再生基质沥青混合料 T再生基质沥青混合料
0.5 h稳定度/kN 10.43 8.50 9.84
48 h稳定度/kN 9.55 7.17 8.51
残留稳定度（%） 91.6 84.4 86.5
残留稳定度规范要求（%） ≥80
表14 原样及再生SBS改性沥青混合料的浸水马歇尔试验结果
沥青混合料
类型		 原样SBS改性沥青混合料 SW再生SBS
改性沥青混合料		 T再生SBS改性沥青混合料
0.5 h稳定度/kN 13.92 13.71 13.24
48 h稳定度/kN 12.79 12.32 12.07
残留稳定度（%） 91.8 89.9 91.2
残留稳定度
规范要求（%）		 ≥85
沥青混合料冻融劈裂试验是通过测定马歇尔试件受到水损害前后劈裂强度的比值，以评价沥青混合料的水稳定性。试验结果见表15与表16。
表15 原样及再生基质沥青混合料的冻融劈裂强度比
沥青混合料类型 原样基质
沥青混合料		 SW再生基质沥青混合料 T再生基质
沥青混合料
冻融前劈裂强度/MPa 1.140 1.160 1.240
冻融后劈裂强度/MPa 0.933 1.075 0.997
劈裂强度比（%） 81.8 92.4 80.4
劈裂强度比规范
要求（%）		 ≥75
表16 原样及再生SBS改性沥青混合料的冻融劈裂强度比
沥青混合料类型 原样SBS
改性沥青
混合料		 SW再生SBS
改性沥青
混合料		 T再生SBS
改性沥青
混合料
冻融前劈裂强度/MPa 0.943 1.152 1.250
冻融后劈裂强度/MPa 0.853 1.080 1.051
劈裂强度比（%） 90.4 93.9 84.1
劈裂强度比规范要求（%） ≥80
通过表13~表16可知，SW再生基质沥青混合料的残留稳定度相比原样基质沥青混合料下降7.86%，而冻融劈裂强度比提高12.96%。SW再生SBS改性沥青混合料的残留稳定度相比原样SBS改性沥青混合料下降2.07%，冻融劈裂强度比提高了3.87%。试验结果表明，在常规浸水环境下，原样沥青混合料的抗水损害能力优于再生沥青混合料，而在冻融循环模拟的严酷环境条件下，SW再生沥青混合料的劈裂强度比在3种混合料中最大，表明SW再生沥青混合料在更严酷条件下的抗水损害能力更为优越。

2.3.3 低温抗裂性

借助MST万能试验机对沥青混合料小梁试件进行低温弯曲试验，试验结果见表17和表18。
表17 原样及再生基质沥青混合料低温弯曲试验结果
沥青混合料类型 原样基质
沥青混合料		 SW再生基质沥青混合料 T再生基质沥青混合料
平均破坏应变（µε） 2 289 2 332 2 207
破坏应变规范要求（µε） ≥2000
表18 原样及再生SBS改性沥青混合料低温弯曲试验结果
沥青混合料类型 原样SBS
改性沥青
混合料		 SW再生SBS
改性沥青
混合料		 T再生SBS
改性沥青
混合料
平均破坏应变（µε） 3 420 3 256 2 713
破坏应变规范要求（µε） ≥2500
由表17可知，SW再生基质沥青混合料的破坏应变比原样基质沥青混合料提升了1.9%，原样基质、SW再生基质、T再生基质等3种基质沥青混合料的破坏应变相差不大。
由表18可知，两种再生SBS改性沥青混合料的破坏应变均小于原样SBS改性沥青混合料，降幅分别为4.8%、20.7%，可见两种再生剂未能完全恢复老化沥青混合料的低温抗裂性能。这是因为沥青混合料的低温抗裂性不仅与沥青结合料有关，再生沥青混合料的级配类型和RAP变异性等因素也会影响低温抗裂性。总体而言，SW再生剂在恢复老化沥青混合料低温抗裂性方面的效果比商用T再生剂更好。SW再生剂良好的低温抗裂性恢复效果得益于其具有较好的流动性与扩散性，渗透性能优于商用T再生剂。

2.3.4 抗老化性能

为探究再生剂对沥青混合料抗老化性能的影响，通过劈裂试验测得再生沥青混合料老化前后的抗拉破坏强度比，结果如表19与表20所示。
表19 原样及再生基质沥青混合料老化前后劈裂试验结果
沥青混合料类型 原样基质
沥青混合料		 SW再生基质沥青混合料 T再生基质沥青混合料
老化前抗拉破坏
强度/MPa		 0.992 1.067 1.116
老化后抗拉破坏
强度/MPa		 1.276 1.308 1.471
抗拉破坏强度比（%） 128.6 122.6 131.8
表20 原样及再生SBS改性沥青混合料老化前后劈裂试验结果
沥青混合料
类型		 原样SBS改性沥青混合料 SW再生SBS
改性沥青混合料		 T再生SBS
改性沥青混合料
老化前抗拉
破坏强度/MPa		 1.060 1.093 1.172
老化后抗拉
破坏强度/MPa		 1.283 1.264 1.447
抗拉破坏
强度比（%）		 121.0 115.6 123.5
由表19可知，原样基质沥青混合料、SW再生基质沥青混合料、T再生基质沥青混合料老化后的抗拉破坏强度分别增加了28.6%、22.6%、31.8%。T再生沥青混合料的抗拉破坏强度增长比例与原样基质沥青混合料相差不大，说明T再生剂对老化沥青混合料的抗老化性能影响不大。而SW再生基质沥青混合料经过老化后的抗拉破坏强度增幅最小，其抗老化性能较好，表明SW再生剂对老化沥青混合料的抗老化性能有一定的积极影响。
同时，椰子油的高饱和脂肪酸含量和C9增黏树脂的协同作用，进一步减缓了老化过程中的性能劣化。相比之下，T再生剂缺乏专用抗氧化成分，主要依赖石油基芳香烃的物理溶胀作用，导致抗老化效果有限。试验数据表明，SW再生剂通过化学抗氧化与物理稳定相结合的方式，达到了更优的抗老化性能。
由表20可知，原样SBS改性沥青混合料、SW再生SBS改性沥青混合料、T再生SBS改性沥青混合料老化后的抗拉破坏强度分别增加了21.0%、15.6%、23.5%。SW再生SBS改性沥青混合料经过老化后的抗拉破坏强度增加最小，其抗老化性能效果良好，说明SW再生剂对老化SBS改性沥青混合料抗老化性能的提升效果优于商用T再生剂。

3 结论

综上，本文成功研制了一种新型生物油基再生剂SW，为废旧沥青混合料的高效再生提供了解决方案，主要结论如下。
1）以椰子油、增黏树脂C9、增塑剂DOP、抗氧化剂PG作为再生剂的原材料，通过正交试验和对常规性能指标的极差分析确定再生剂各组分最佳比例为椰子油∶DOP∶C9∶PG=1.00∶0.20∶0.03∶0.02。
2）对自制SW再生剂与商用T再生剂进行了性能测试，两种再生剂的闪点、黏度、抗老化性能均满足规范，且SW再生剂提高了再生沥青的抗老化性能，优于原样沥青。同时，以针入度法检测并对比了SW再生剂与T再生剂的渗透性能，结果表明SW再生剂的渗透性能优于T再生剂。
3）SW再生沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性均满足规范要求，高温稳定性与原样沥青混合料相差不大，且低温抗裂性能、抗老化性能以及冻融循环后的水稳定性能均优于原样沥青混合料与T再生沥青混合料。
4）SW再生剂为废旧沥青混合料的高效再生提供了新的技术选择，其生物基特性有助于降低碳排放，符合可持续发展理念。特别是在重载交通和严酷气候条件下的路面修复工程中，其优异的抗老化性能可延长路面使用寿命。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
郭鹏, 谢凤章, 孟建玮, 等. 沥青再生过程中新-旧沥青界面混溶行为综述[J]. 材料导报, 2020, 34(13):13100-13108.

[2]
王杰, 秦永春, 曾蔚, 等. 多次再生沥青混合料沥青组分迁移及其性能[J]. 建筑材料学报, 2020, 23(1):77-84.

[3]
闫正和, 张启志. 生物油再生剂热再生老化SBS改性沥青及混合料性能研究[J]. 新型建筑材料2020, 47(3):83-87.

[4]
侯芸, 董元帅, 李志豪, 等. 植物油再生SBS改性沥青混合料路用性能研究[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版), 2021, 40(8):120-125.

[5]
任文芳. 生物再生剂再生沥青流变性能研究[J]. 公路交通科技(应用技术版), 2020, 16(3):70-75.

[6]
唐伯明, 曹芯芯, 朱洪洲, 等. 生物油再生沥青胶结料路用性能分析[J]. 中国公路学报, 2019, 32(4):207-214.

[7]
DEVULAPALLI L, KOTHANDARAMAN S, SA-RANG G. Evaluation of rejuvenator′s effectiveness on the recycled asphalt pavement incorporated stone matrix asphalt mixtures[J]. Construction and Building Materials, 2019, 224: 909-919.

[8]
PODOLSKY J, CHEN C, HERNÁNDEZ N, et al. Low temperature performance of HMA using vacuum tower distillation bottoms modified with bio-derived rejuvenators according to the SCB test[J]. International Journal of Pavement Engineering, 2020, 23(2): 231-239.

[9]
TABATABAEE H, KURTH T. Analytical investigation of the impact of a novel bio-based recycling agent on the colloidal stability of aged bitumen[J]. Road Materials & Pavement Design, 2017, 18(2): 1-10.

[10]
PERALTA J, WILLIAMS R, ROVER M. Development of a rubber-modified fractionated bio-oil for use as noncrude petroleum binder in flexible pavements[J]. Transportation Research Circular E-165, 2012, 165: 23-36.

[11]
MOHAMED E, WILLIAMS R, ERIC W, et al. Thermal and cold flow properties of bio-derived rejuvenators and their impact on the properties of rejuvenated asphalt binders[J]. Thermochimica Acta, 2018, 671: 48-53.

[12]
GAO J, WANG H, YOU Z, et al. Research on properties of bio-asphalt binders based on time and frequency sweep test[J]. Construction and Building Materials, 2018, 160: 786-793.

[13]
CAO Z, CHEN M, LIU Z, et al. Effect of different rejuvenators on the rheological properties of aged SBS modified bitumen in long term aging[J]. Construction and Building Materials, 2019, 215: 709-717.

[14]
欧阳自强, 朱建勇, 袁泉, 等. 沥青再生剂性能研究与评价[J]. 中外公路, 2016(5):294-299.

[15]
LIN P, YAN C, HUANG W, et al. Rheological, chemical and aging characteristics of high content polymer modified asphalt[J]. Construction and Building Materials, 2019, 207: 616-629.

[16]
梁庆, 郑云, 张关发, 等. 废机油再生SBS改性沥青性能及再生机理[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(2):777-784.

[17]
SU N, XIAO F, WANG J, et al. Productions and applications of bio-asphalts-A review[J]. Construction and Building Materials, 2018, 183: 578-591.

[18]
LI X, ZHANG R, ZHAO X, et al. Sensitivity analysis of flexible pavement parameters by mechanistic-empirical design guide[J]. Applied Mechanics and Materials, 2014, 590: 539-545.

[19]
刘崇麟, 蒋康, 吴超凡, 等. 木焦油基再生沥青低温性能评价及其作用机理分析[J]. 建筑材料学报, 2021, 24(6):1255-1264.

[20]
斯李. 糠醛抽出油对不同老化程度沥青的再生效果研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2021.

[21]
丁婕. 道路沥青五次老化再生微观分析[D]. 湘潭: 湖南科技大学, 2015.

[22]
AYAKC G, TEKIN K, AKALIN M, et al. Production of crude bio-oil and biochar from hydrothermal conversion of jujube stones with metal carbonates[J]. Biofuels, 2018, 9(5): 613-623.

Options
Outlines

/

〈 〉