《瀝青的老化與再生》(中國石油大學)

1、瀝青的老化與再生瀝青的老化與再生中石油燃料油有限責任公司中石油燃料油有限責任公司中國石油大學（華東）中國石油大學（華東）二二瀝青老化及其評價方法瀝青老化及其評價方法 一一再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì) 3三三老化瀝青的再生原理老化瀝青的再生原理4四四再生劑及其選擇原則再生劑及其選擇原則l有機材料在光、溫度、水、大氣、污染物、有機材料在光、溫度、水、大氣、污染物、 應(yīng)力等因素作用下，其性質(zhì)會發(fā)生變化。應(yīng)力等因素作用下，其性質(zhì)會發(fā)生變化。l瀝青是一種有機大分子材料。瀝青是一種有機大分子材料。l瀝青在施工瀝青在施工/ /使用過程中，性質(zhì)都會發(fā)生使用過程中，性質(zhì)都會發(fā)生 變化，直接表現(xiàn)是變硬變脆。變化，

2、直接表現(xiàn)是變硬變脆。瀝青老化影響因素瀝青老化影響因素瀝青老化因素瀝青老化因素氧化作用氧化作用揮發(fā)作用揮發(fā)作用聚合作用聚合作用觸變作用觸變作用水水 作作 用用光光 作作 用用拌拌合合使使用用瀝青在老化過程中，平均分子量增加瀝青在老化過程中，平均分子量增加 ChurchillChurchill等研究七種代表性瀝青薄膜烘箱老化前等研究七種代表性瀝青薄膜烘箱老化前后的后的HP-GPC HP-GPC 譜圖證明，瀝青老化后大分子增加。譜圖證明，瀝青老化后大分子增加。同一瀝青，不同時間同一瀝青，不同時間AB瀝青在老化過程中，平均分子量增加瀝青在老化過程中，平均分子量增加 分子量變化指數(shù)瀝青正庚烷溶解過濾不溶

3、物甲苯洗滌瀝青質(zhì)可溶物氧化鋁層析色譜石油醚飽和分芳香分膠質(zhì)甲苯甲苯+乙醇瀝青老化組成變化規(guī)律瀝青老化組成變化規(guī)律飽和分飽和分芳香分芳香分膠質(zhì)膠質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)Institute of Heavy Oil ProcessingARAH-90膠質(zhì)膠質(zhì)l瀝青的化學組成按“ 族”分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。l“族”組分分離是按照極性分的。l瀝青老化過程中，飽和分相對惰性，芳香分減少，瀝青質(zhì)增加，膠質(zhì)視以上變化傾向減少或增加。l瀝青的性質(zhì)，不僅與化學組成相對量有關(guān)，還與各組分的結(jié)構(gòu)有關(guān)。瀝青化學組成與使用性能的關(guān)系瀝青化學組成與使用性能的關(guān)系具有普遍意義的具有普遍意義的 “瀝青化學組成與使用性質(zhì)瀝青

4、化學組成與使用性質(zhì)的關(guān)系的關(guān)系” 尚未見報道尚未見報道l針入度的降低針入度的降低l軟化點升高軟化點升高l粘度的增加粘度的增加l延度的減小延度的減小瀝青老化的宏觀表現(xiàn)瀝青老化的宏觀表現(xiàn) 瀝青老化模擬方法瀝青老化模擬方法l薄膜烘箱試驗（TFOT）l旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗（RTFOT）l旋轉(zhuǎn)老化瓶試驗l壓力老化罐試驗l氧化老化試驗l吸氧試驗短期老化短期老化長期老化長期老化GB/T15180-2010 重交通道路瀝青A A級新舊道路石油瀝青標準的比較級新舊道路石油瀝青標準的比較 歐盟標準化委員會歐盟標準化委員會CENCEN英國瀝青標準英國瀝青標準美國粘度分級標準美國粘度分級標準澳大利亞瀝青標準澳大利亞瀝青標

5、準 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二二瀝青老化及其評價方法瀝青老化及其評價方法 一一再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì) 3三三老化瀝青的再生原理老化瀝青的再生原理4四四再生劑及其選擇原則再生劑及其選擇原則老化瀝青的再生老化瀝青的再生熱力學老化瀝青老化瀝青再生劑降低各組分溶解度參數(shù)降低各組分溶解度參數(shù)之差以使瀝青恢復(fù)性能之差以使瀝

9、青恢復(fù)性能Institute of Heavy Oil Processing飽和分飽和分芳香分芳香分膠質(zhì)膠質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)再生劑再生劑恢復(fù)性能恢復(fù)性能飽和分飽和分芳香分芳香分膠質(zhì)膠質(zhì)瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)l瀝青的再生，從本質(zhì)上講是瀝青老化的逆過程，由于瀝青老化過程是個不可逆的，所以瀝青的再生需要外加再生劑。解釋瀝青再生的機理目前主要有“相容性理論”和“組分調(diào)節(jié)理論。l“相容性理論”是從熱力學角度出發(fā)，認為瀝青老化后其各組分的相容性降低，從而導致各組分間溶度參數(shù)差值增大；通過外加適中溶解度參數(shù)再生劑的方法可以減小各組分溶度參數(shù)差從而使瀝青能恢復(fù)原有性能。l“組分調(diào)節(jié)理論”則是從瀝青老化產(chǎn)生的組分轉(zhuǎn)移角度，認

10、為瀝青老化引起的瀝青質(zhì)含量增加、芳香分含量降低、飽和分和膠質(zhì)含量變化不大而使各組分間比例失衡；通過外加再生劑提高芳香分的含量、降低瀝青質(zhì)相對含量的方法調(diào)節(jié)其組分配比，使其恢復(fù)到新鮮瀝青水平。l組分調(diào)節(jié)理論是目前很多富芳瀝青再生劑生產(chǎn)與開發(fā)的依據(jù)，國內(nèi)外相關(guān)標準對再生劑產(chǎn)品中飽和分含量不能太高、芳香分含量達到一定要求、不含或少含瀝青質(zhì)等規(guī)定均基于此理論。中國行業(yè)標準熱拌再生劑技術(shù)要求中國行業(yè)標準熱拌再生劑技術(shù)要求美國再生劑標準美國再生劑標準27日本瀝青再生劑標準日本瀝青再生劑標準28l瀝青在使用過程中分子量增加，粘度增加，即老化變硬 變脆。l瀝青再生的顯效果或目的是瀝青軟化和粘性回復(fù)。l在再生條

11、件下，瀝青的軟化是物理過程。l物理軟化需要加入中等分子量、粘度小、芳香分含量高的物質(zhì)。l針入度、軟化點、粘度可以表征瀝青的軟化程度。l再生條件下瀝青軟化的必要且充分條件是滲透和稀釋。二二瀝青老化及其評價方法瀝青老化及其評價方法 一一再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì) 3三三老化瀝青的再生原理老化瀝青的再生原理4四四再生劑選擇原則再生劑選擇原則影響老化瀝青再生的因素影響老化瀝青再生的因素l再生劑的分子量再生劑的分子量l再生劑的粘度再生劑的粘度l再生劑的組成再生劑的組成l再生劑可分為以下三種類型：再生劑可分為以下三種類型：（1 1）軟瀝青）軟瀝青（2 2）低粘度石油餾分）低粘度石油餾分（3 3）專用的瀝

12、青再生劑）專用的瀝青再生劑 工作方法工作方法l選擇合格的重交通道路瀝青選擇合格的重交通道路瀝青 B1/B2B1/B2為同一原油生產(chǎn)的不同針入度瀝青為同一原油生產(chǎn)的不同針入度瀝青 B3B3為另一種原油生產(chǎn)的針入度與為另一種原油生產(chǎn)的針入度與B2B2相當?shù)臑r青相當?shù)臑r青l(xiāng)TFOT+PAVTFOT+PAV制備老化樣品制備老化樣品l選擇不同粘度和不同組成的再生劑選擇不同粘度和不同組成的再生劑l計算目標粘度確定軟瀝青的加入量計算目標粘度確定軟瀝青的加入量再生劑的選擇再生劑的選擇再生瀝青目標粘度的計算再生瀝青目標粘度的計算 三種老化瀝青三種老化瀝青B1PAVB1PAV、B2PAVB2PAV、B3PAVB3

13、PAV分別添加三種分別添加三種再生劑再生劑6 6，按照目標粘度法，按照目標粘度法，B1B1的比例按的比例按ASTM ASTM D4887D4887推薦的公式計算：推薦的公式計算： lnlnlnmasasraraxx100asraxxx xasas為老化瀝青重量百分比；為老化瀝青重量百分比； x xrara為再生劑的重量百分比；為再生劑的重量百分比；m m為再生瀝青的粘度值；為再生瀝青的粘度值； asas為老化瀝青的粘度值；為老化瀝青的粘度值；rara為再生劑的粘度值。為再生劑的粘度值。（1）（2） 再生瀝青高溫區(qū)感溫性采用粘溫指數(shù)（再生瀝青高溫區(qū)感溫性采用粘溫指數(shù)（VTSVTS）評價，）評價，

14、中區(qū)感溫性采用針入度指數(shù)（中區(qū)感溫性采用針入度指數(shù)（PIPI）評價。）評價。 VTSVTS計算計算公式見（公式見（3 3）。）。3lglg(10 )lg( )nmT式中式中:為粘度為粘度, Pas; T, Pas; T為為K K氏溫度氏溫度 。粘溫曲線斜粘溫曲線斜率表示粘度雙對數(shù)隨溫度對數(shù)變化的斜率率表示粘度雙對數(shù)隨溫度對數(shù)變化的斜率, ,用用VTSVTS表表示即為粘溫指數(shù)。示即為粘溫指數(shù)。 （3）l PI PI計算公式見（計算公式見（4 4）和（）和（5 5）。）。lg( )PATK式中：式中：P-P-實測針入度值實測針入度值,0.1mm,0.1mm； T-T-測定時的溫度測定時的溫度,；

15、A-A-直線斜率；直線斜率； K-K-直線截距。直線截距。205001 50APIA（5）（4）再生瀝青粘溫指數(shù)計算三種再生劑的性質(zhì)三種再生劑的性質(zhì)瀝青及老化瀝青的性質(zhì)瀝青及老化瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì)(B1)再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì)(B2)再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì)(B3)影響目標粘度的關(guān)鍵因素影響目標粘度的關(guān)鍵因素影響目標粘度的關(guān)鍵因素影響目標粘度的關(guān)鍵因素影響目標粘度的關(guān)鍵因素影響目標粘度的關(guān)鍵因素( (配方設(shè)計后配方設(shè)計后) )二二瀝青老化及其評價方法瀝青老化及其評價方法 一一再生瀝青的性質(zhì)再生瀝青的性質(zhì) 3三三老化瀝青的再生原理老化瀝青的再生原理4四四再生劑選擇原則再生劑選