沥青的老化与再生

沥青的老化与再生张玉贞目录二沥青老化及其评价方法一再生沥青的性质3三老化沥青的再生原理4四再生剂及其选择原则再生沥青混合料设计流程4五常识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。沥青是一种有机大分子材料。沥青在施工/使用过程中，性质都会发生变化，直接表现是变硬变脆。沥青老化影响因素沥青老化因素氧化作用挥发作用聚合作用触变作用水作用光作用拌合使用沥青在老化过程中，平均分子量增加同一沥青，不同时间AB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饱和分芳香分胶质沥青质0.05.010.015.020.025.030.035.040.045.00510152025老化时间/h四组分含量/%饱和分芳香分胶质沥青质AR01020304050600510152025老化时间/h四组份含量饱和分芳香分胶质沥青质AH-90胶质胶质沥青的化学组成按“族”分为饱和分、芳香分、胶质、沥青质。“族”组分分离是按照极性分的。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。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具有普遍意义的“沥青化学组成与使用性质的关系”尚未见报道针入度的降低软化点升高粘度增加延度减小沥青老化的宏观表现沥青老化模拟方法薄膜烘箱试验（TFOT）旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）旋转老化瓶试验压力老化罐试验氧化老化试验吸氧试验短期老化长期老化短期老化薄膜烘箱试验（TFOT）样品盘样品盘50.0grams电子称电子称条件试验：163℃、5h、50g短期老化旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）条件试验：163℃、75min装样前装样前AAAAAA装样后装样后试验后试验后长期老化压力老化灌试验（PAV）条件试验：90、100、110℃,20h,2.1MP压力检测压力检测温度检测温度检测压力老化样品样品50gGB/T15180-2010重交通道路沥青指标单位等级新标准原标准针入度(25℃,5s,100g)dmm80～10080～100适用的气候分区1-11-21-32-22-3针入度指数PI不小于A-1.5～＋1.0无软化点(R&B)不小于℃A4542～5260℃动力粘度不小于Pa.sA160140无10℃延度不小于cmA4530203020无15℃延度不小于cmA100100蜡含量(蒸馏法)不大于％A2.23闪点不小于℃230230溶解度％99.599.0密度(15℃)g/cm3实测记录实测记录TFOT(或RTFOT)后质量变化不大于％0.81.0残留针入度比不小于%A6450残留延度(25℃)不小于cmA取消75残留延度(15℃)不小于cmA取消实测记录残留延度(10℃)不小于cmA8无A级新旧道路石油沥青标准的比较欧盟标准化委员会CEN美国粘度分级标准澳大利亚沥青标准Australia沥青分级等级Class50Class170Class320Class600指标minmaxminmaxminmaxminmax60ºC的粘度Pa.s4060140200260380500700135ºC的粘度mm2/sminMin0.20.30.250.450.400.650.600.85针入度25ºC100g,5s0.1mm130604020闪点ºC250250250250溶解度99.099.099.099.0TFOT60ºC的粘度%300300300300PG46PG52PG58PG64PG70PG76PG82(RotationalViscosity)RV9090100100100(110)100(110)110(110)(FlashPoint)FP4652586470768246525864707682(ROLLINGTHINFILMOVEN)(ROLLINGTHINFILMOVEN)RTFORTFOMassLossMassLoss1.00%1.00%(DirectTension)DT(BendingBeamRheometer)BBRPhysicalHardening28-34-40-46-10-16-22-28-34-40-46-16-22-28-34-40-10-16-22-28-34-40-10-16-22-28-34-40-10-16-22-28-34-10-16-22-28-34Avg7-dayMax,oC1-dayMin,oC(PRESSUREAGINGVESSEL)(PRESSUREAGINGVESSEL)PAVPAVORIGINALORIGINAL1.00kPa5000kPa2.20kPa20Hours,2.07MPa107425221916131072522191613312825221916343128252219373431282540373431(DynamicShearRheometer)DSRG*sin(BendingBeamRheometer)BBR“S”Stiffness&“m”-value-24-30-360-6-12-18-24-30-36-6-12-18-24-300-6-12-18-24-300-6-12-18-24-300-6-12-18-240-6-12-18-24-24-30-360-6-12-18-24-30-36-6-12-18-24-300-6-12-18-24-300-6-12-18-24-300-6-12-18-240-6-12-18-24(DynamicShearRheometer)DSRG*/sin(DynamicShearRheometer)DSRG*/sin230oCCECRWM3Pa.s@135oCDetermineCriticalCrackingDetermineCriticalCrackingTemperatureasdescribedinTemperatureasdescribedinPP42PP42CreepStiffness,TP1:CreepStiffness,TP1:ReportValueReportValueDirectTension,TP3:DirectTension,TP3:DetermineCriticalCrackingDetermineCriticalCrackingTemperatureasdescribedinTemperatureasdescribedinPP42PP42AASHTOMP1aSpecifications目录二沥青老化及其评价方法一再生沥青的性质3三老化沥青的再生原理4四再生剂及其选择原则再生沥青混合料设计流程4五老化沥青的再生热力学老化沥青再生剂降低各组分溶解度参数之差以使沥青恢复性能饱和分芳香分胶质沥青质再生剂恢复性能饱和分芳香分胶质沥青质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。老化沥青的再生机理“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。老化沥青的再生机理“组分调节理论”则是从沥青老化产生的组分转移角度，认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。老化沥青的再生机理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。老化沥青的再生机理指标名称RA1RA5RA25RA75RA250RA500试验方法粘度/60℃mm2/s50～175176～900901～45004501～1250012501～3750037501～60000SH/T闪点/℃，不低于220220220220220220GB/T267饱和分/％，不大于303030303030SH/T0509密度/g/cm3报告报告报告报告报告报告GB/T8928（半固态和固态）GB/T1884（液态）外观表观均匀、无分层现象观察薄膜烘箱（TFOT）或旋转薄膜烘箱（RTFOT）黏度比B，不大于333333质量变化±，％，不大于344333中国行业标准热拌再生剂技术要求美国热拌沥青再生剂（ASTM)TestTestMethodRA1RA5RA25RA75RA250RA500粘度60℃,cStD2170/D217150-175176-900901-45004501-1250012501-3750037501-60000闪点,COC,FD92425425425425425425比重D70/D1298ReportReportReportReportReportReport饱和分,wt,%D2007303030303030RTFOorTFO粘度比D2872/D1754333333质量变化,±,%443333美国再生剂标准技术标准目的试验方法LMH粘度（60℃/Pa*s）调节再生混合料中沥青粘度ASTMD2174-0710.08-0.51-45-10闪点(℃)操作安全ASTMD92-072177177177挥发性:防止挥发引起硬化及污染空气ASTMD160-61149149149初馏点(℃)2%1911911915%210210210粘附性:环烷烃/饱和分(N/P)防止离析ASTMD2006-700.50.50.5化学组成:极性馏分/(饱和分+芳香分)(N+A1)/(P+A2)再生沥青的耐久性ASTMD2006-700.2-1.20.2-1.20.2-1.2密度用于密度计算ASTMD70-072报告报告报告28日本沥青再生剂标准技术指标试验方法质量要求粘度/mm2/sJISK228380-1000闪点/℃JISK2265230TFOT前后粘度比（60℃）JISK22832TFOT后质量变化率(%)JISK2207±3密度/(g*cm-3)JISK2249报告组分分析报告29沥青的老化与再生沥青在使用过程中分子量增加，粘度增加，即老化变硬变脆。沥青再生的显效果或目的是沥青软化和粘性回复。在再生条件下，沥青的软化是物理过程。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。针入度、软化点、粘度可以表征沥青的软化程度。再生条件下沥青软化的必要且充分条件是渗透和稀释。目录二沥青老化及其评价方法一再生沥青的性质3三老化沥青的再生原理4四再生剂及其选择原则再生沥青混合料设计流程4五影响老化沥青再生的因素再生剂的分子量再生剂的粘度再生剂的组成再生剂可分为以下三种类型：（1）软沥青（2）低粘度石油馏分（3）专用的沥青再生剂工作方法选择合格的重交通道路沥青B1/B2为同一原油生产的不同针入度沥青B3为另一种原油生产的针入度与B2相当的沥青TFOT+PAV制备老化样品选择不同粘度和不同组成的再生剂计算目标粘度确定软沥青的加入量再生剂的选择再生沥青目标粘度的计算三种老化沥青B1PAV、B2PAV、B3PAV分别添加三种再生剂，按照目标粘度法，B1的比例按ASTMD4887推荐的公式计算：lnlnlnmasasraraxx100asraxxxas为老化沥青重量百分比；xra为再生剂的重量百分比；ηm为再生沥青的粘度值；ηas为老化沥青的粘度值；ηra为再生剂的粘度值。（1）（2）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（VTS）评价，中区感温性采用针入度指数（PI）评价。VTS计算公式见（3）。3lglg(10)lg()nmT式