利用清洁制浆副产木质素钠和电石渣等原料创建改性沥青新体系的研究

摘要

本课题组已经成功开发了清洁制浆生产新工艺，大大减少了碱的用量，避免了木质素的分解，可以联产平均分子量达到400万左右的木质素钠盐液体或粉体，并进一步将其开发成水煤浆乳化剂和缓控释肥。另外，利用课题组研发的磺化新工艺也顺利生产出了木质素磺酸盐及其衍生物。为克服传统浓缩、干燥、焚烧或改性等方法未能充分、高效、全价利用木质素钠资源的问题，使新工艺得到的高分子量木质素钠盐得到更好利用，有必要进一步开拓其新的用途。厦门大学产品工程课题组研发团队前期已经分别用纳米碳酸钙、腐植酸盐、助剂（地沟油）、城市污泥和生物基材料等对沥青进行了改性和替代研究，取得了很好的成果，奠定了前期研发基础。
　　石油沥青是道路路面最主要要的材料之一，沥青道路建设的高速发展使沥青需求量不断增加。我国沥青产量仅占需求量的58.4％，沥青市场长期处于供不应求的状态。随着国家“一带一路”战略的提出和基础设施建设的持续推进，增加沥青的来源，降低沥青价格，提升沥青品质成为研究者们关注的重点。因此，将木质素钠盐、无机钙盐和助剂等开发为能够提升沥青品质或减少基质沥青用量的路面沥青原料，具有十分重要的经济、社会和环保效益。
　　本论文课题基于前期研究基础，重点对木质素钠、电石渣和助剂等三废资源复合作为沥青改性剂和替代效果进行了深入研究，开发出了符合使用要求，能够大幅提升使用性能的沥青新配方。证明了清洁制浆副产物木质素钠，用电石渣和烟道气合成的以纳米碳酸钙为主要成分的无机钙盐及助剂等三废原料及其复合原料可作为路面改性沥青性能提升和改善的大比例添加原料，创新了沥青“海岛”结构的新组成形式。
　　本课题系统研究了复合生产改性沥青的最佳混合时间、制备工艺和合适的沥青标号。摸索了木质素钠、无机钙盐和助剂等助剂单独或复合添加对沥青老化前后三大指标等的影响规律，并对其实际路面使用性能等进行了评价。证明了木质素钠或/和无机钙盐的加入可以提高复合沥青的软化点和粘度；二者分别与助剂助剂或者三者复合后可提高改性复合沥青的针入度和延度。同时，沥青混合料的马歇尔模数和车辙动稳定度也得到大幅提高，可以实现上述三种原料资源化，拓展沥青原料新途径，创建和提升高性价比的改性沥青新体系。
　　通过扫描电镜、热重和红外光谱等分析手段对复合沥青组成、复合沥青微观结构等进行了分析表征。初步摸清了改性剂与沥青性能的间的相互关系，确定了复合沥青的原则和性能影响的规律，证实了沥青“海岛”新体系的假设，对沥青的研究具有很好的指导作用和意义。
　　成功开发出木质素钠、无机钙盐及助剂等三废资源作为改性沥青原料的新工艺，通过工艺优化、配方优化和复合创建了稳定的沥青新体系。无机钙盐的高度分散性和吸附性可以显著增加沥青路面的耐温和耐磨性；木质素钠的网状及空腔结构，可吸附、镶嵌沥青组分及纳米粒子，同时有利于低沸点油分分子向其中扩散，提高复合沥青耐温性能。木质素钠的特殊结构还使其能够很好的吸收车载能量，增加路面弹性，形成可以进行物质和能量交换的大量漂浮性“玲珑球”的沥青新结构。研究成果很好弥补了路面石油沥青来源不足的问题，具有重要的应用推广价值和巨大的经济、社会和环保效益。

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第1章 绪论

1.1木质素

1.2沥青

1.3课题提出背景和意义

1.4课题研究目的和内容

第2章 实验部分

2.1 原料与设备

2.2 原料的制备

2.3试样的制备、测试和表征

第3章 单组分添加对复合沥青性能的影响研究

3.1 引言

3.2 原料分析

3.3 合适工艺条件的摸索

3.4 产品分析和表征

3.5 本章小结

第4章 多组分协同添加的复合沥青配方优化

4.1 引言

4.2 工艺条件的探索

4.3 产品分析和表征

4.4 本章小结

第 5章 实际路面使用性能评价

5.1 引言

5.2马歇尔稳定度实验

5.3车辙动稳定度实验

5.4 复合沥青成本核算

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间成果

致谢