生物乳化沥青油水界面共混微观机理、组分迁移动力特征及流变行为研究

It can match the low carbon-emission, low energy consuming and environmental-friendly concept to apply bio-oil obtained from bio mass fast pyrolysis to replace the fossil asphalt. The bio-oil has high oxygen and light component content, which induces the serious high temperature aging, but has good adhesion and penetration into the aggregates. It can prevent the high temperature aging defect and develop the strong polarity advantage and reduce the fosil asphalt amount. The constituent characteristics and emulsified properties of bio-binder will be investigated in the proposed research and the proper evaluation index will be put forwarded and the fabrication procedure will be optimized. The micro morphology of oil-water interface of emulsified bio-binder and its changing properties will be studied through storage stability test. The electrochemical impedance spectroscopy (EIS) technique will be applied to quantitatively characterize the dynamic constituent immigration of emulsified bio-binder in the water. The modified dynamic shear rheometer based on real aggregate surface will applied to study the rheological performance of emulsified bio-binder and its evaporated residue, and its influencing factors will also be investigated. The Fouriert transform infrared spectroscopy (FTIR), aggregate image system (AIMS), and electro-osmotic test will be applied to study influence of the properties of acidity and alkalinity, the specific surface area and the surface charge of aggregate, on the de-emulsification process of emulsified bio-binder. The laboratory performance of emulsified bio-binder will be tested to evaluate the its feasibility on penetrating, tact coating and micro-surfacing materials.

采用生物重油对石油沥青进行部分替代制备生物沥青，符合低碳、节能、环保的理念。生物重油中含氧量高、轻组分多，从而其高温老化严重，但与集料的粘附性及渗透性好。将生物沥青乳化使用，既可避免其老化缺陷、节省石油沥青，也可发挥其强极性优势。本项目在研究生物油组成特点和生物沥青乳化特性的基础上，提出路用生物油的合理评价指标，优化其乳化制备工艺；通过储存稳定性试验，研究乳化生物沥青油水界面微观形态特征的变化规律；采用交流阻抗（EIS）等技术手段对乳化生物沥青水中组分迁移的动力特征进行定量表征；基于真实矿料界面的改进剪切流变（DSR）实验研究乳化生物沥青及其蒸发残留物的流变行为；通过红外光谱、集料图像采集系统（AIMS）以及电渗实验等研究集料酸碱性、比表面积及表面电荷等特性对乳化生物沥青破乳过程的影响；对不同类型乳化生物沥青的技术性能进行室内评价与定量表征，并研究其在透层、粘层及微表处材料中的适用性。

生物质裂解油是以可再生生物质为原料，通过快速热裂解或高压液化等技术手段转化生物质所制得的液态产物，生物油的燃烧特性使其具备了替代石油能源可能性。当前，生物质重油主要作为船舶轮机燃料使用，生物油作为改性剂在道路沥青中的应用也是一个新的研究热点，但是其老化性能不足。若制备成乳化生物沥青，既可以减少生物沥青在高温时的老化损失，也节约了沥青用量，还可以减少能源的损耗，同时也可以充分发挥生物沥青和乳化沥青各自的优势，具有非常广阔的前景。.生物油的掺入增加了原样沥青的针入度和延度，降低了软化点。短期老化处理后，生物油对短期老化沥青的上述指标的影响发生反转。“先乳后改”的制备工艺相对更适合在实验室制备乳化生物沥青。“间歇升温法”适用于获取乳化生物沥青残留物。6%生物油掺量的乳化沥青残液对金属的腐蚀性最强。从燃烧试验分析，生物油的掺入，延长了乳化沥青混合料在无水乙醇助燃下的燃烧时长，使得沥青膜的外观形态呈现大量的微小空隙结构，提升了极限火苗的高度，对火势的控制具有不利影响。从安全性的角度考量，若生物油在实际道路工程中的应用中涉及金属构件腐蚀风险和多孔路面结构的情形，应在工程项目实施前对其安全性进行科学论证。利用动态剪切流变仪（DSR），对蒸发残留物进行温度扫描、频率扫描和剪切率扫描，发现蒸发残留物的相位角先增大后减小；复数模量均随着温度的增加而逐渐降低。随着温度的增加，乳化剂和生物质重油掺量的增大，粘聚力逐渐增大，能更早的开放交通。通过1h和6d的湿轮磨耗试验发现，乳化生物沥青的稀浆封层的磨耗值比基质沥青要小，水稳性能要高于基质沥青。生物油的掺入对沥青在花岗岩表面的粘附性具有不利影响，分析认为生物油的掺入增加了沥青中酸性物质成分比例，生物沥青在花岗岩表面的化学反应程度降低。