《沥青的老化与再生》(中国石油大学)

1、沥青的老化与再生沥青的老化与再生中石油燃料油有限责任公司中石油燃料油有限责任公司中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）二二沥青老化及其评价方法沥青老化及其评价方法 一一再生沥青的性质再生沥青的性质 3三三老化沥青的再生原理老化沥青的再生原理4四四再生剂及其选择原则再生剂及其选择原则l有机材料在光、温度、水、大气、污染物、有机材料在光、温度、水、大气、污染物、 应力等因素作用下，其性质会发生变化。应力等因素作用下，其性质会发生变化。l沥青是一种有机大分子材料。沥青是一种有机大分子材料。l沥青在施工沥青在施工/ /使用过程中，性质都会发生使用过程中，性质都会发生 变化，直接表现是变硬变脆。变化，

2、直接表现是变硬变脆。沥青老化影响因素沥青老化影响因素沥青老化因素沥青老化因素氧化作用氧化作用挥发作用挥发作用聚合作用聚合作用触变作用触变作用水水 作作 用用光光 作作 用用拌拌合合使使用用沥青在老化过程中，平均分子量增加沥青在老化过程中，平均分子量增加 ChurchillChurchill等研究七种代表性沥青薄膜烘箱老化前等研究七种代表性沥青薄膜烘箱老化前后的后的HP-GPC HP-GPC 谱图证明，沥青老化后大分子增加。谱图证明，沥青老化后大分子增加。同一沥青，不同时间同一沥青，不同时间AB沥青在老化过程中，平均分子量增加沥青在老化过程中，平均分子量增加 分子量变化指数沥青正庚烷溶解过滤不溶

3、物甲苯洗涤沥青质可溶物氧化铝层析色谱石油醚饱和分芳香分胶质甲苯甲苯+乙醇沥青老化组成变化规律沥青老化组成变化规律饱和分饱和分芳香分芳香分胶质胶质沥青质沥青质Institute of Heavy Oil ProcessingARAH-90胶质胶质l沥青的化学组成按“ 族”分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质。l“族”组分分离是按照极性分的。l沥青老化过程中，饱和分相对惰性，芳香分减少，沥青质增加，胶质视以上变化倾向减少或增加。l沥青的性质，不仅与化学组成相对量有关，还与各组分的结构有关。沥青化学组成与使用性能的关系沥青化学组成与使用性能的关系具有普遍意义的具有普遍意义的 “沥青化学组成与使用性质沥青

4、化学组成与使用性质的关系的关系” 尚未见报道尚未见报道l针入度的降低针入度的降低l软化点升高软化点升高l粘度的增加粘度的增加l延度的减小延度的减小沥青老化的宏观表现沥青老化的宏观表现 沥青老化模拟方法沥青老化模拟方法l薄膜烘箱试验（TFOT）l旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）l旋转老化瓶试验l压力老化罐试验l氧化老化试验l吸氧试验短期老化短期老化长期老化长期老化GB/T15180-2010 重交通道路沥青A A级新旧道路石油沥青标准的比较级新旧道路石油沥青标准的比较 欧盟标准化委员会欧盟标准化委员会CENCEN英国沥青标准英国沥青标准美国粘度分级标准美国粘度分级标准澳大利亚沥青标准澳大利亚沥青标

5、准 PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82(Rotational Viscosity) RV 90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)(Flash Point) FP 46 52 58 64 70 76 82 46 52 58 64 70 76 82(Direct Tension) DT(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening28-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -1

6、0 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34Avg 7-day Max, oC1-day Min, oC 1.00 kPa 2.20 kPa 20 Hours, 2.07 MPa 10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31 (Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin d d (

7、 Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18

8、 -24 0 -6 -12 -18 -24(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d d (Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d d 230 oCCECRWM 3 Pa.s 135 oCAASHTO MP1a Specifications二二沥青老化及其评价方法沥青老化及其评价方法 一一再生沥青的性质再生沥青的性质 3三三老化沥青的再生原理老化沥青的再生原理4四四再生剂及其选择原则再生剂及其选择原则老化沥青的再生老化沥青的再生热力学老化沥青老化沥青再生剂降低各组分溶解度参数降低各组分溶解度参数之差以使沥青恢复性能之差以使沥

9、青恢复性能Institute of Heavy Oil Processing饱和分饱和分芳香分芳香分胶质胶质沥青质沥青质再生剂再生剂恢复性能恢复性能饱和分饱和分芳香分芳香分胶质胶质沥青质沥青质l沥青的再生，从本质上讲是沥青老化的逆过程，由于沥青老化过程是个不可逆的，所以沥青的再生需要外加再生剂。解释沥青再生的机理目前主要有“相容性理论”和“组分调节理论。l“相容性理论”是从热力学角度出发，认为沥青老化后其各组分的相容性降低，从而导致各组分间溶度参数差值增大；通过外加适中溶解度参数再生剂的方法可以减小各组分溶度参数差从而使沥青能恢复原有性能。l“组分调节理论”则是从沥青老化产生的组分转移角度，认

10、为沥青老化引起的沥青质含量增加、芳香分含量降低、饱和分和胶质含量变化不大而使各组分间比例失衡；通过外加再生剂提高芳香分的含量、降低沥青质相对含量的方法调节其组分配比，使其恢复到新鲜沥青水平。l组分调节理论是目前很多富芳沥青再生剂生产与开发的依据，国内外相关标准对再生剂产品中饱和分含量不能太高、芳香分含量达到一定要求、不含或少含沥青质等规定均基于此理论。中国行业标准热拌再生剂技术要求中国行业标准热拌再生剂技术要求美国再生剂标准美国再生剂标准27日本沥青再生剂标准日本沥青再生剂标准28l沥青在使用过程中分子量增加，粘度增加，即老化变硬 变脆。l沥青再生的显效果或目的是沥青软化和粘性回复。l在再生条

11、件下，沥青的软化是物理过程。l物理软化需要加入中等分子量、粘度小、芳香分含量高的物质。l针入度、软化点、粘度可以表征沥青的软化程度。l再生条件下沥青软化的必要且充分条件是渗透和稀释。二二沥青老化及其评价方法沥青老化及其评价方法 一一再生沥青的性质再生沥青的性质 3三三老化沥青的再生原理老化沥青的再生原理4四四再生剂选择原则再生剂选择原则影响老化沥青再生的因素影响老化沥青再生的因素l再生剂的分子量再生剂的分子量l再生剂的粘度再生剂的粘度l再生剂的组成再生剂的组成l再生剂可分为以下三种类型：再生剂可分为以下三种类型：（1 1）软沥青）软沥青（2 2）低粘度石油馏分）低粘度石油馏分（3 3）专用的沥

12、青再生剂）专用的沥青再生剂 工作方法工作方法l选择合格的重交通道路沥青选择合格的重交通道路沥青 B1/B2B1/B2为同一原油生产的不同针入度沥青为同一原油生产的不同针入度沥青 B3B3为另一种原油生产的针入度与为另一种原油生产的针入度与B2B2相当的沥青相当的沥青lTFOT+PAVTFOT+PAV制备老化样品制备老化样品l选择不同粘度和不同组成的再生剂选择不同粘度和不同组成的再生剂l计算目标粘度确定软沥青的加入量计算目标粘度确定软沥青的加入量再生剂的选择再生剂的选择再生沥青目标粘度的计算再生沥青目标粘度的计算 三种老化沥青三种老化沥青B1PAVB1PAV、B2PAVB2PAV、B3PAVB3

13、PAV分别添加三种分别添加三种再生剂再生剂6 6，按照目标粘度法，按照目标粘度法，B1B1的比例按的比例按ASTM ASTM D4887D4887推荐的公式计算：推荐的公式计算： lnlnlnmasasraraxx100asraxxx xasas为老化沥青重量百分比；为老化沥青重量百分比； x xrara为再生剂的重量百分比；为再生剂的重量百分比；m m为再生沥青的粘度值；为再生沥青的粘度值； asas为老化沥青的粘度值；为老化沥青的粘度值；rara为再生剂的粘度值。为再生剂的粘度值。（1）（2） 再生沥青高温区感温性采用粘温指数（再生沥青高温区感温性采用粘温指数（VTSVTS）评价，）评价，

14、中区感温性采用针入度指数（中区感温性采用针入度指数（PIPI）评价。）评价。 VTSVTS计算计算公式见（公式见（3 3）。）。3lglg(10 )lg( )nmT式中式中:为粘度为粘度, Pas; T, Pas; T为为K K氏温度氏温度 。粘温曲线斜粘温曲线斜率表示粘度双对数随温度对数变化的斜率率表示粘度双对数随温度对数变化的斜率, ,用用VTSVTS表表示即为粘温指数。示即为粘温指数。 （3）l PI PI计算公式见（计算公式见（4 4）和（）和（5 5）。）。lg( )PATK式中：式中：P-P-实测针入度值实测针入度值,0.1mm,0.1mm； T-T-测定时的温度测定时的温度,；

15、A-A-直线斜率；直线斜率； K-K-直线截距。直线截距。205001 50APIA（5）（4）再生沥青粘温指数计算三种再生剂的性质三种再生剂的性质沥青及老化沥青的性质沥青及老化沥青的性质再生沥青的性质再生沥青的性质(B1)再生沥青的性质再生沥青的性质(B2)再生沥青的性质再生沥青的性质(B3)影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素( (配方设计后配方设计后) )二二沥青老化及其评价方法沥青老化及其评价方法 一一再生沥青的性质再生沥青的性质 3三三老化沥青的再生原理老化沥青的再生原理4四四再生剂选择原则再生剂选