超临界萃取老化沥青的精准分析与再生

Regeneration of asphalt pavement have become an important key point on sustainability of national highway pavement system. To identify the elements change law of asphalt binder during an aging process and accurately analyze, categorize, and alter these elements is a fundamental way to improve the recovery capability and enlarge the recycled profit of asphalt pavement. Therefore, employing the advanced techniques to separate the elements from aged asphalt binder and addressing the elements change law of asphalt binder to achieve an effective rejuvenation are extremely urgent research subjects. This proposal will employ Supercritical extraction technique to summary the asphalt binder to multi-level subdivisions and then categorize the extracted binders from base and aged binders, based on the phase change of component, color, density, molecular weight distribution, molecular structure, functional group and other indicators. Combine with rheology test results and with gray correlation analysis methods, explore the inherent law of the composition change and mechanical properties in asphalt aging process, and conduct the correlation model based the relationship between each element and aging or regeneration of asphalt binder. Rely on "component regulation theory" to achieve the optimal selection of renewable components. And finally propose the scientific and efficiently precision regeneration program of asphalt binder. The research results will be able to realize the precise analysis of the aged asphalt composition and the active controllable process of the regeneration process, and also provide a theoretical basis for the research and development of asphalt regeneration agent

沥青道面再生利用已成为国家道路工程可持续发展的重要突破口。明确沥青老化过程中组分变化规律并针对组分进行精准分析、归类及调节是提高再生沥青性能，扩大沥青再生效益的根本手段。因此，采用先进的技术有效分离老化沥青各个组分部分，并探明再生沥青过程中的组分变化规律实现老化沥青的有效再生是非常迫切的研究课题。本项目采用超临界萃取技术对沥青组分进行多层次细分，综合各组分相态变化、颜色、密度、分子量分布、分子结构、官能团等指标对基质沥青和老化沥青萃取产物进行归类划分；结合沥青形态性能测试，借助灰色关联分析等方法，科学地探明沥青老化过程中组分变化与力学性能间的内在规律，建立各组分和沥青老化、再生的关联模型；利用“组分调节理论”，实现再生成分的优化选择，最终提出科学高效的老化沥青精准再生方案。研究成果能实现老化沥青组分变化的精准分析及其再生过程的主动可控，亦可为沥青再生剂的研发提供理论依据。

沥青材料的再生利用已成为国家道路工程可持续发展的重要突破口。因此，有效分离沥青组分，探明老化和再生沥青过程中的组分变化规律，进而实现老化沥青的精准再生是非常迫切的研究课题。本项目从超临界萃取理论出发，自主研制了沥青超临界萃取设备，实现了老化沥青组分分离，通过流变学和化学表征方法开展了不同组分的性能分析，借助统计分析探明了老化过程中的组分变化，建立了组分关联模型，最后利用组分调节理论实现老化沥青再生组分的优化选择，具体包括（1）开发了基于二氧化碳共夹带剂的超临界沥青萃取技术，选择甲苯为夹带剂，二氧化碳初始条件为7℃和7.5MPa，最高压力为12.0-26.0MPa，采用恒定温差、线性升压模式对沥青组分进行多层次细分；（2）通过动态剪切流变仪、红外光谱分析、凝胶渗透色谱分析和紫外可见分光光度法对各组分颜色、分子量分布、官能团等指标进行了表征，进而对基质沥青和老化沥青萃取产物进行归类划分，研究发现脂肪烃和缩合芳香环的芳香族对黏性成分起重要作用，而大分子芳香环，尤其是沥青质对弹性成分起显著作用，紫外可见分光光度法能够实现对沥青组分含量的预测以及流变性能的预测；（3）结合沥青形态性能测试，借助化学计量最小二乘法（PLS）和多元回归分析等方法，探明了沥青老化过程中组分变化与流变学间的内在规律，发现了芳香族相关的官能团以及胶质的含量对沥青流变性能的影响最大，进而建立各组分和沥青老化、再生的关联模型；（4）利用“组分调节理论”对老化沥青进行组分调配及性能预测，发现采用同油源的调配沥青具有较高的预测精度，通过结合温度、时间及拌和方式等参数进行实验室沥青再生研究，发现老化沥青掺量对拌和效率没有显著影响，而拌和时间和温度能够提高拌和效率。研究成果能实现老化沥青组分变化的精准分析及其再生过程的主动可控，亦可为沥青再生剂的研发提供理论依据，有助于改善行业痛点，解决沥青再生难、再生层位低、再生效果不好的问题。