《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）目目 录录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常常 识识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

2、现是变硬变脆。变化，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

3、青老化后化学组成发生变化沥青老化后化学组成发生变化沥青正庚烷溶解过滤不溶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

4、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

5、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 -2

6、8 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -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 (Dynam

7、ic Shear Rheometer) DSR G* sin d d ( 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

8、 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d d (Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d d 230 oCCECRWM177177177177177177挥发性挥发性:防止挥发引起防止挥发引起硬化及污染空硬化及污染空气气ASTM D160-61ASTM D160-61149149149149149149初馏点初馏点()2%2%1911911911911911915%5%210210210210210210粘附性粘附性:环

9、烷烃环烷烃/饱和分饱和分(N/P)防止离析防止离析ASTM D2006-70ASTM D2006-700.50.50.50.50.50.5化学组成化学组成:极性馏分极性馏分/(饱和分饱和分+芳香分芳香分)(N+A1)/(P+A2)(N+A1)/(P+A2)再生沥青的耐再生沥青的耐久性久性ASTM D2006-70ASTM D2006-700.2-1.20.2-1.20.2-1.20.2-1.20.2-1.20.2-1.2密度密度用于密度计算用于密度计算ASTM D70-072ASTM D70-072报告报告报告报告报告报告27日本沥青再生剂标准日本沥青再生剂标准技术指标技术指标试验方法试验方法

10、质量要求质量要求粘度粘度/mm2/sJIS K2283JIS K228380-100080-1000闪点闪点/JIS K2265JIS K2265230230TFOT前后粘度比前后粘度比（60）JIS K2283JIS K228322TFOT后质量变化率后质量变化率(%)JIS K2207JIS K2207 3密度密度/(g*cm-3)JIS K2249JIS K2249报告报告组分分析组分分析报告报告28沥青的老化与再生沥青的老化与再生l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在再生条件下，沥青的软化是物理过程。l物理软化需要加

11、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。目目 录录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）专用的沥青再生剂）专用的沥青再生剂 工作方

12、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、B3PAVB3PAV分别添加三种分别添加三种再生

13、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）再生沥青粘温指数计算再生沥青粘温指数计算 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

14、价，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, Pa, Pas s; T; 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B1B2B3针入度（针入度（25) 0.1mm916563延度延度 （15），），cm150150150软化点，软化点，46.347.648.9粘度粘度 （60），），Pa.s165244228RTFO质量变化，质量变化， %0.130.090.06针入度比针入度比 (25), %54.956066.67粘度比（粘度比（60） 2.172.232.04延度（延度（15），）， cm150135120三种沥青原料性质三种沥青原料性质B1R1R2R360粘度粘度（mPa.S）16

16、500027.89592487比重比重,d201.00660.87681.02190.9891饱和分，饱和分，m%18.3258.9725.7327.06芳香分，芳香分，m%33.3623.1547.7453.43胶质，胶质，m%42.6616.121.7719.51沥青质，沥青质，m%5.661.784.760.00种种 类类 残渣型残渣型残渣型残渣型馏分型馏分型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B1B1B1PAVB1PAVB2B2B2PAVB2PAVB3B3B3PAVB3PAV针入度（针入度（25) 25) 0.1mm0.1mm919134346565

17、292963632424延度延度 （1515）,cm,cm150150150150150150软化点，软化点，46.346.359.259.247.647.661.161.148.948.959.959.9比重比重, d, d2020 1.00661.00661.01311.01311.00891.00891.01691.01691.03831.03831.04471.0447粘度（粘度（60),Pa.s60),Pa.s1651659649642442441550155022822811201120粘度比粘度比（6060），），5.845.846.356.354.914.91VTSVTS-3.

18、5341-3.5341-3.5692-3.5692-3.5264-3.5264-3.5443-3.5443-3.5359-3.5359-3.5273-3.5273PIPI-2.01-2.010.830.83-1.80-1.800.890.89-1.58-1.58-0.16-0.16再生沥青的性质再生沥青的性质(B1)B1B1R1B1R2B1R3针入度（针入度（25) 0.1mm91969581延度延度 （15），），cm150150150150软化点，软化点，46.346.545.947.1粘度粘度 （60），），Pa.s165113159151VTS-3.5341-3.5390-3.5589

19、-3.5553PI-2.01-1.44-1.55-1.51目标粘度偏移目标粘度偏移 -31.5-3.64-8.48RTFO质量变化，质量变化， %0.130.870.200.18针入度比针入度比 (25), %54.9552.0866.6770.37粘度比（粘度比（60） 2.173.271.792.00再生沥青的性质再生沥青的性质(B2)B2B2B2R1B2R1B2R2B2R2B2R3B2R3针入度（针入度（25) 0.1mm25) 0.1mm6565777778786262延度延度 （1515），），cmcm150150116116150150150150软化点，软化点，47.647.64

20、9.449.448.148.148.248.2粘度粘度 （6060），），Pa.sPa.s244244199199235235201201VTSVTS-3.5264-3.5264-3.5030-3.5030-3.5642-3.5642-3.5651-3.5651PIPI-1.80-1.80-1.58-1.58-1.63-1.63-1.38-1.38目标粘度偏移目标粘度偏移 -18.4-18.4-3.69-3.69-17.6-17.6RTFORTFO质量变化，质量变化， % %0.090.090.980.980.230.230.220.22针入度比针入度比 (25), %(25), %60.00

21、60.0058.4458.4466.6766.6774.1974.19粘度比（粘度比（6060） 2.232.232.482.481.791.791.911.91再生沥青的性质再生沥青的性质(B3)B3B3B3R1B3R1B3R2B3R2B3R3B3R3针入度（针入度（25) 0.1mm25) 0.1mm6363707071716262延度延度 （1515），），cmcm150150144144150150150150软化点，软化点，48.948.947.647.648.248.249.149.1粘度粘度 （6060），），Pa.sPa.s22822892.992.9218218188188V

22、TSVTS-3.5359-3.5359-3.5114-3.5114-3.5784-3.5784-3.5624-3.5624PIPI-1.58-1.58-1.47-1.47-1.50-1.50-1.74-1.74目标粘度偏移目标粘度偏移 -59.2-59.2-4.39-4.39-17.5-17.5RTFORTFO质量变化，质量变化， % %0.060.060.930.930.180.180.230.23针入度比针入度比 (25), %(25), %66.6766.6765.7165.7173.2473.2475.8175.81粘度比（粘度比（6060） 2.042.042.482.481.651

23、.652.252.25R1R2R36060粘度（粘度（mPa.SmPa.S）27.8927.89592592487487比重比重,d,d20200.87680.87681.02191.02190.98910.9891饱和分，饱和分，m%m%58.9758.9725.7325.7327.0627.06芳香分，芳香分，m%m%23.1523.1547.7447.7453.4353.43胶质，胶质，m%m%16.116.121.7721.7719.5119.51沥青质，沥青质，m%m%1.781.784.764.760.000.00闪点，闪点，（开口杯）（开口杯）186186251251233233

24、B1（目标粘度偏移）-31.5-3.64-8.48B2（目标粘度偏移）-18.4-18.4-3.69-3.69-17.6-17.6B3（目标粘度偏移）-59.2-59.2-4.39-4.39-17.5-17.5影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素样品样品目标值目标值粘度等级粘度等级实测值实测值偏移 %允许范围允许范围B1R1B1R1165AC-20113-31.5132-198B1R2B1R216520040159-3.64B1R3B1R3165 20040151-8.48B2R1B2R124420040199199-18.4-18.4195-293195-293B2R2B2R2244

25、20040235235-3.69-3.69B2R3B2R324420040201201-17.6-17.6B3R1B3R12282004092.992.9-59.2-59.2182-274182-274B3R2B3R222820040218218-4.39-4.39B3R3B3R322820040188188-17.5-17.5影响目标粘度的关键因素影响目标粘度的关键因素R1R2R36060粘度（粘度（mPa.SmPa.S）27.8927.89592592487487比重比重,d,d20200.87680.87681.02191.02190.98910.9891饱和分，饱和分，m%m%58.9

26、758.9725.7325.7327.0627.06芳香分，芳香分，m%m%23.1523.1547.7447.7453.4353.43胶质，胶质，m%m%16.116.121.7721.7719.5119.51沥青质，沥青质，m%m%1.781.784.764.760.000.00闪点，闪点，（开口杯）（开口杯）186186251251233233B1B1（目标粘度偏移）（目标粘度偏移）-25.5-25.5-7.87-7.87-3.64-3.64B2B2（目标粘度偏移）（目标粘度偏移）-16.0-16.0-6.56-6.56-3.69-3.69B3B3（目标粘度偏移）（目标粘度偏移）-8.7

27、7-8.77-4.39-4.39-4.39-4.39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) )目目 录录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针入度软化点脆点PI(1)PI(2)B19146.3-14-1.2-0.67B1PAV3459.2-120.13-0.02B1R19646.5-13-1.44-0.45B1R28147.1-15-15-0.87-0.77B1R39545.9-16-16-0.95-0.67B26548.5-14-0.72-

28、0.96B2PAV2961.1-110.270.01B2R17749.4-16-0.64-0.27B2R26248.2-17-0.13-1.16B2R37848.1-17-0.50-0.59B36348.9-15-0.48-0.93B3PAV2459.9-90.26-0.57B3RI7047.6-11-1.31-1.02B3R26249.1-12-0.95-0.92B3R37148.2-14-0.83-0.82再生剂再生剂RARBRCRDRERFAH-90指标范围指标范围RA5RA5RA25RA75RA250RA500-粘度粘度/60，mPa*s446767164874481893050100170600密度密度/kg/m/kg/m3 31020102099899810351035104610461054105410631063