废旧沥青再生剂的实验研究_余国贤
道路废旧沥青混合料再利用试验研究
道路废旧沥青混合料再利用试验研究近年来，我国的公路施工工程越来越多，在进行施工的时，施工中使用沥青混凝土路面来进行的工程也在逐渐增多。
公路的建设工程不但是满足人们日常出行的重要保证，同时也是我国经济建设的重要保障。
在进行公路施工的时候，有很多的施工技术得到了应用，在进行施工的时候，人们越来越多的选择了沥青混凝土的施工技术，沥青混凝土的施工具有操作简单的特点。
沥青混凝土的路面使用年限是非常短的，这样就导致了每年都会出现很多的废弃的沥青混凝土路面，这些旧的沥青混凝土路面可以实现回收和利用，是一件非常有意义的事。
通过在实验室内的实验可以将旧路材料中的沥青分离出来，通过新的设计方法可以得到再生沥青混凝土，再生的沥青混凝土在高温中的稳定性，低温中的抗裂性以及在水中的稳定性都是非常好的，这就证明了对旧路面进行分离沥青的试验是非常可行的。
标签：路面废料；再生沥青；配合比设计高速公路的建设是对人们的出行的重要保证，同时高速公路也是我国经济发展的一个保障。
在现在，施工的公路工程越来越多，在选择施工路面时，沥青混凝土路面使用的越来越多，同时沥青混凝土路面的施工技术也在随着时间的推移，发展的越来越好。
但是使用；沥青混凝土路面还是有一定的弊端的，沥青混凝土的路面使用的时间较短，通常在使用十年以后就要进行大的维修，这样就导致了每年都会出现很多的沥青混凝土路面的废料，这些废料是一个非常严峻的问题，所以对于废料的处理工作就特别的重要，可以重新利用这些废料得到再使用的沥青是解决这一问题的最有效的方法。
1 废旧沥青混合料热再生实验研究1.1 旧料的破碎筛分以及旧沥青的抽提与指标测定将路面的旧料通过实验得到可以使用的沥青是非常环保的事，同时对于施工的企业来说也是一件可以节省施工成本的事。
将道路上的旧料用破碎筛分机进行材料的破碎和筛分。
然后将破碎以后的旧料进行分类，将它们按规格的不同进行分类。
将分好类的旧料分别放在不同的桶或者是容器中，在桶内加入工业用的甲基氯仿，将旧料浸泡在桶内几个小时以后，用一个铁棍对桶内的旧料进行搅拌，这个过程可以使沥青溶解在甲基氯仿的溶液中，然后将融合了沥青的甲基氯仿溶液放在离心分离机中进行沥青的分离工作，然后要对分离出的沥青进行针入度、软化点以及延度的试验，看分离出来的沥青是否是符合标准的。
废旧沥青混合料再生利用试验研究
入 了快速发展 的时期 ， 公路运 输事业得 到 了蓬 勃 发展 ， 高 速公 路 建 设 速 度 一 直保 持 快 速 增 长 势 头 。据统计截止 到 ２ ０ １ ２ 年底 ， 全 国范 围内已实现 高速 公 路通 车 里程 ９ ． ６ 万ｋ ｍ。在这 些 高等 级公
路中， 沥青 混凝土路 面 占着很 大 的比例 。沥青路 面经过 一定年 限的使用 ， 其 中受交通应力 的影 响
验， 试 验结果表 明 ， 再生沥青 混合料有 良好 的路用性 能 ， 高温稳 定性 、 低 温抗裂性 以及水 稳定性均满 足
规范要求 。 关键词 ： 沥青混合料 ： 再 生玛 歇 尔试验； 路 用性能
中图分类 号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ ． ４ ２
文献标识 码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ １ － ７ １ １ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ０ ８ １ － ０ ４
Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ Ｒｅ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｄ Ａｓ ｐ ｈ ａ ｌ ｔ Ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ
Ｊ ｉ ａ ｎ ｇＸｉ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ
（ Ｙａ ｎｇ ｚ ｈｏ ｕ Ｐｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｙａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２５ １ ２７ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ）
０ 引言
２ ０ 世纪 ９ ０ 年代 后 ， 中 国高速 公 路 建设 到 进
旧沥青混 合料 ， 一般来说 废 旧沥青混合料不 可能
用 于其 他 工程 ， 从 而造成 占用 堆放 场地 、 污染 环
境及 浪费 了大量 的不可再生 资源等 问题 。因此 ， 废 弃 沥青 混合 料 的再 生技 术值 得科 研人 员深 入
对废旧沥青混合料再生利用的研究
摘 要：大量 的实验 比较分析表 明 ，可以通过一定 比例的复合再 生剂的调和作 用 ，成功地使废 旧沥青再 生 ，且再生后沥
青性 质 完全 满 足 重 交 通道 路 石 油 沥 青 质 量标 准 （ Ｂ５ ０ ２ ９ ） Ｇ ０ ９ — ６ 的要 求 。 关 键 词 ：废 旧 沥 青 ； 老化 再 生 ； 组 分 调 节 ；再 生 剂 中 图分 类 号 ：Ｕ １ ．１ ４ ６２７ 文 献标 识码 ：Ｂ 文 章 编号 ：１０ — ７ ６２ ０ ）２ ０ ８— ２ ０ ２ ４ ８ （０ ６ １ — ０ ７ ０
化外 ，沙石等粗细 集料从性 能上讲并 未失效 ） ；三是 破 坏 生 态环 境 （ 于沥青 混 合 料 的不 可 降解 性 ，利 由 用填 埋方法处理会 威胁地下水 资源 ） 。因此 ，如何处
废 旧沥青 混合 料来修 路 ，但大 多将其 作 为废 料 利用 考 虑 ．一般 只用 于轻交 通道路 、人 行道 或道路 垫层
自然 因 素的综 合作用 ，沥青路 面 经过一定 年 限的使 用后 ，路面需 要更 新 。该过程 往 往涉及 旧沥青 混合
料 的废弃 ．从而造成 三大问题 ：一 是堆放 占用 土地 ；
用 ：前苏联 也较 早地 对废 旧沥 青混合 料再 生技 术进 行 了研究 。到８ 年代 末 ，仅列 宁格 勒市 因推广 沥青 Ｏ
路 面再生技 术每年 就节约 沥青材 料达 １ ０ｔ ０之多 。 ４
３ 我 国废 旧沥青混 合料再 生 技术 的发展 我 国早在２ 世 纪７ 年代初 就 曾不 同程度 地 利用 Ｏ Ｏ
二 是浪 费 了大 量 石油 资 源 （ 沥 青混 合料 只 是在功 旧
能 上有 所降低 ．除其 中的沥青 材 料只是 发生部 分 老
废旧沥青混合料再生技术研究
废旧沥青混合料再生技术研究摘要：现阶段沥青路面已越来越普及，但由于车流量快速增长、货运车超载现象频发、施工质量不足等因素，沥青路面在实际使用中一般每隔10年左右就要进行大修或返修，由此产生大量的沥青废料。
沥青再生技术能有效回收废旧沥青，并取得显著的经济、社会和环境效益。
本文将对国内外的沥青再生技术研究发展情况进行总结分析，并且通过掺加增溶剂的方法探究RAP高掺量的可能性。
关键词：沥青路面；沥青再生技术1引言我国公路建设虽然起步较晚，但发展迅速，并且沥青路面越来越普及。
沥青路面的使用年限一般为15年，但由于车流量快速增长、货运车超载现象频发、施工质量不足等因素，沥青路面在实际使用中一般每隔10年左右就要进行大修或返修，由此势必会产生大量的沥青废料，这些废料不仅会造成极大的资源浪费，占用大量的土地资源，而且废料中的沥青质会对环境产生严重污染。
在国家大力提倡节能减排与可持续发展的大环境下，公路沥青废料的再利用显得尤为重要。
再生沥青混合料，是指将旧沥青路面经过翻挖、回收、破碎、筛分后，与再生剂、新沥青材料、新集料等按一定比例重新拌和成的混合料。
沥青路面的再生利用，能够节约大量的沥青、砂石等原材料，节省工程投资，同时有利于处理废料、保护环境，然而，现阶段研究中对各国的沥青再生技术研究发展情况缺乏系统的总结分析，并且我国现行沥青再生技术对废旧沥青混合料掺量过于保守。
本文将对国内外的沥青再生技术研究发展情况进行总结分析，并且通过掺加增溶剂的方法探究RAP高掺量的可能性。
2国内外沥青再生技术介绍分析2.1国外沥青再生技术介绍分析国外沥青再生技术起步较早，早在1915年美国就开始对沥青再生技术进行研究。
1981年美国交通委员会出版了《路面废料再生指南》。
1988年美国50个州基本普及路面再生技术，将RAP材料代替所需新的粘结料与骨料。
截止到目前为止，美国每年可从沥青路面翻修与改建工程中回收RAP材料约5亿吨，可再生利用1.7亿吨，回收率高达33%。
旧沥青混合料的再生试验研究
０
较原设计中沥青混合料 中沥青的含量有所 降低 ，降低幅度约为 １％左右 ，说 明沥青 ２ ＿ Ｉ １ ｌｌ 路面在使用过程 中在各种 自然因素的作用 ｊ 下使沥青有所流失 。 温树杰 谢志华 江西理 工大学建筑与测绘 工程 学院 ￥ １ ０ ４０ ０ 为了测得 旧沥青混合料中沥青的性 质， ≯ √ ０ 采用如下方法提取沥青 ：ｌ料经过三氯乙 ｔ ３ Ｉ 《 『 ０ 烯浸泡后 ，过滤得到三氯乙烯与沥青混 合 由于沥青混合料的再生是在原路面铣 溶液 ， 用蒸馏装置蒸馏出三氯乙烯 ， 得到沥 本 文通 过对 １沥青混 合料 的筛分结 果 骨料 刨废料 中加入一定比例的新矿料及沥青材 青 。 日 再次过滤除掉矿粉等细集料 ， 进行沥 青 料形成新的混合料 ， 因此必须对原铣刨料的 性 质试验 ， 及 旧沥青的性 质酶详 细 分析， 初 步设 计出再 便可测定其各种物理化学指标。 生 沥青混合料 的配合 此， 分析研 究摹再生料 级配组成加以详细的分析。试验 中采用燃 试验 中分别对原路面沥青混合料中使用的 烧法对抽提出的矿料进行筛分 ， 以确定 旧 沥 基 质沥青以及抽提 沥青进行 了指标测 定 ， 的路 用性 能随１料掺 配率 的 变化规 律 ， 提 出 日 一 青混合料 中矿料 的级配组成 ， 筛分结果如图 加以比较分析 ，试验结果见表 ２ 沥酋 混合敞 再 生设计 藏该 注意 讷 题 。 １ 所示。从图 １ 知筛孔 １ｒｍ，１ ．ｒｍ， ． ６ ａ ３２ ａ ９ 畸夸 舀酒黄混 合请 的 甍鐾设计 与施 工具亳 ＿ 由表２ 可知 ， 所抽提的沥青路用性能指 ５ ｍ 的量 明显变少 ，筛 孔 ４． ５ ｍ ，２ 标都有所下 降，与原路用 ＡＨ一９ ａ ｒ ７ｒ ａ ． 定 蝻 疆 导意 叉０ ０沥青比 ３ｒｍ．０ ３ ｍ 的 量 明显 偏 多 ，０ ０５ ｍ 较 ， ６ ａ ．ｒ ａ ．７ ｒ ａ 具体表现为针入度 、 延度降低 ， 软化点 粒径和矿粉的含量稍有增多。这说明沥青 上升 ， 粘度提高 ， 而密度及蜡的质量分数等 沥青 ； 混 合 料 ｝薅 生 混合料 在使用过程 中大粒径集料较 易细化 指标的变化不大 。 成中等粒径的集料 ，中等粒径的集料细化 ３ 再生沥青混合料性能试验研 究 速度变缓 ， 小粒径的集料基本不再细化 。 这 １、前 言 再生沥青混 合料是将 Ｉ沥青 混合料 ， １ ３ 是因为原有沥青路面在行车荷载及 自然 因 从 ２ 世纪９ 年代中后期 ， Ｏ ０ 我国早期建 经过破碎、 筛分后 ， 再和新集料 、 新沥青适 素作用下产生破坏的过程中造成 了原有路 成的高等级沥青路面陆续进入大修或改建 重新拌和成满足道路建设需要 、 符 面材料的骨料细化和部分细集料的增多 ， 当 当配合 ， 阶段，沥青路面再生利用技术引起多方面 合行业标准的再生沥青混合料 ，并应用于 然路 面铣刨过程也可能会导致部分集料细 的广泛 重视 。沥青路 面再生过程就是在充 路面面 层或基层 ，但是再生沥青混合料的 化 分利用原路面材料的基础上 ， 在混合料 中添 性 能与 旧料掺配率 、 配、 级 油石比等有很大 ２ ３旧集料性能分析 ． 加一定数量的矿料、沥青结合料和再生剂 ６ 将抽提后粗集料进行各项常规性能检 的关 系。在试验过程中，选定 ＡＣ一 １ 中 （ 必要时） 在合理的配比设计下， ， 使再生路 测， 试验结果见表 １ 。从表 １ ，集料 的各 值 为 目标级配 ，根据全部 采用新料的马歇 知 面材料的性能达 到各等级道路路用指标 的 ．／ ０＇ 项指标 基本上满足规范要求 ，只是材料 的 尔试验确定油石 比为 ５００ 采用场拌热再 要求。 但是 ， 旧沥青混合料再生利用技术在 生方法 ，通过试验研究在同级 配同油石比 压碎值略有降低 ， 针片状含量有所增加 。 分 我国基本上处于初始阶段， 目前为止 ， 到 也 １ ３ 析认为造成上述结果的原因主要是 由两方 下不同ｌ料掺配率对再生 沥青混合料性 能 没有建立再生沥青混 合料的设计规范、评 的影 响 。 面引起 的 ，一是行车荷载对道路 的长期碾 价 方法等 ，所以有待进 一步研究。 ３ １高温稳定性 ． 压作用 ；二是路面铣刨过程中对材料造成 沥青混 合料的高温稳定性是指在高温 ２ 旧沥青 混合 料 材 料性 质 试 验研 的破坏。因此 ，对于再生沥青混合料 设计 时， 必须根据所设计材料的级配组成 ， 对原 季节混合料在荷载作用下抵抗流动变形的 究 ． ： １ 按 沥青混合料高 路面材料 中粗集料的变化情况加 以充分考 能 力。ｔ前 ， 照规范规定， ２ １试验材料 ． 温稳定性以车辙试验的动稳定度指标来进 试验所采用材料 为烟汕线赣州段沥青 虑 。 ２４沥青含量及其性 质试验 ． 路面中修铣刨废料的面 层 ＡＣ～ １ 型沥青 ６ 表 ２ 抽提沥青与 Ａ － ０ Ｈ ９ 沥青性能指标 混凝土 。 材料 为随机取样 ， 然后再将几种取 表 １ Ｉ 集料物理性能检测结果 Ｂ 项 目 ： Ａ －０沥 膏 Ｈ９ 样材料充分混 合作为试验用料 ， 从而保证试 指 标 ： 检测结果 规范要求 ２ ℃针入度（ｍ ５ ｍ） ９４ 验用料的均匀性及代表性 。 压碎 值ｆ） ＊ 软 化点 ｆ ） ℃ ４ ４２
废旧沥青再生剂的实验研究
余国贤, 周晓龙, 金亚清, 李承烈
YU Guo x ian, ZH OU Xiao lo ng , JIN Ya qing, L I Cheng lie
( 华东理工大学 石油加工研究所 , 上海 200237) ( P et role um Pr oc essing Resear ch Cente r , E ast Chi na Uni v er si t y of Sci ence and Tec hnology , S hang hai 200037, Ch ina)
1
1. 1
理论部分
石油沥青的胶态分散体系 现代胶体理论认为, 固态微粒的沥青质是分散相 , 液态的油分 ( 饱和分和芳香分) 为分散介质 , 胶质
会使沥青质很好地胶溶在分散介质中。沥青质是胶核 , 胶质吸附在其表面 , 逐渐向外扩散, 使沥青质胶 体溶于油分介质中[ 3- 4] 。大多数沥青都是由相对分子质量相当大、芳香性很高、含有极性杂原子的沥青 质分子分散在较低相对分子质量的可溶质中组成的胶体溶液。沥青中的各个组分在沥青中可形成不同的 胶体结构 , 不同种的胶体结构的化学特性及流变学特性均不同。大量的实验事实说明, 沥青的理化性质 及使用性质不仅与沥青质、可溶质的相对含量或化学组成有关 , 而且在很大程度上决定于沥青质在可溶 质中所形成胶体溶液的状态, 即在可溶质中的胶溶度或分散度。因此, 沥青的老化及再生都可以从这一 特殊胶体溶液中胶体的稳定性机制得到解释。 1. 2 沥青的老化机理 沥青的老化过程中, 其饱和组分比较稳定, 在整个老化过程中变化不大, 其它组分大致按芳香分 胶质 沥青质的路线向重质化的方向转化。色谱分析发现 , 沥青各组分的相对分子质量构成在老化过 程中发生了较大变化 , 老化程度越深, 其相对分子质量小的组分的降低率越大 , 相对分子质量大的组分 的增加率越高。沥青 , 尤其是石蜡基沥青, 根据现行蜡含量的测试方法, 由于组分在老化中的转化, 芳 香分减少 , 致使老化沥青对蜡的溶解作用降低; 老化前后测定的蜡含量明显上升, 沥青可塑性及抗变形 能力变差 。沥青作为一种胶体分散体系 , 即稳定剂 胶体 溶剂, 其中 , 溶剂为饱和分和芳香分, 芳香 分为良性溶剂, 胶质为稳定剂。根据胶体化学理论, 两个沥青质颗粒间的稳定作用能量总和 G T otal 可以 如式 ( 1) 和式( 2) 表示 [ 7- 8] , 它们是由 DL VO 理论推导而来 , 并由两项相减而得, 前面一项 G Ster ic 为空 间排斥作用, 后一项为范德华引力作用。A H 为 H amaker 常数值 , 式 ( 2) 表示组分 1 的两个粒子分散在 介质组分 2 中粒子表面之间的作用 [ 7] 。胶质吸附在沥青质颗粒的表面提供了良好的空间稳定作用 , 使 G Steric 增加 ; 溶 剂组 分吸 附在胶 质和 沥青 质 颗粒 外围 , 组成 一溶 剂 化层 , 使溶 剂与 沥 青质 颗粒 的 H am aker 常数! 平均化∀, 使式 ( 2) 的值趋于 0, 这无疑使 G T otal 增加 , 故对沥青质有稳定作用。在沥青 老化过程中, 沥青质增加 , 溶剂组分减少; 胶质的胶溶性能降低 , 即使 G Steric 减少 ; 溶剂化层的减少 会更趋恶化, 即 A H 值增加, 因此 , G T otal 值减少, 沥青的胶体稳定性下降。这一机理不仅能解释沥青 AH 2 12 D
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石油学报(石油加工)2006年10月ACT A PET ROLEI SINICA(PET ROLEU M PROCE SSING S ECTION)第22卷第5期文章编号:1001-8719(2006)05-0096-05废旧沥青再生剂的实验研究EXPERIMENTAL STUDY ON THE REGENERANT OF WASTE AS PHALT余国贤,周晓龙,金亚清,李承烈YU Guo-x ian,ZH OU Xiao-lo ng,JIN Ya-qing,LI Cheng-lie(华东理工大学石油加工研究所,上海200237)(P etrole um Pr oc essing Resear ch Cente r,E ast China Univ er sity of Science and Tec hnology,S hang hai200037,Ch ina)摘要:根据现代胶体化学的经典理论(DL VO),研究了沥青的老化机理及废旧沥青的再生机理;根据增溶分散机理、稀释调和机理及蜡晶分散机理对再生剂进行了设计;考察了再生剂各组分对废旧沥青性能的影响及复合再生剂对废旧沥青的再生性能。
结果表明,复合再生剂各组分间具有协同效应,复合再生剂对废旧沥青感温性能和高温性能的恢复优于传统的矿物油,3%~5%(质量分数)的加入量会使废旧沥青性能恢复较好。
关键词:废旧沥青;再生机理;再生剂中图分类号:T E624.8文献标识码:AAbstract:T he ag ing m echanism of asphalt and the r eg eneration mechanism of w aste asphalt w ere studied based on the classical theory of the m odern co lloid chem istry(Deryag in-landau-verw ay-ov erbeek,DLVO).Regenerants o f w aste asphalt w ere desig ned according to the mechanisms of solubilization and dispersion,the dilution and blending as w ell as that of w ax cry stal dispersion.Impacts of each reg enerant co mponent on the perform ance o f the w aste asphalt w ere investigated.Finally,the regeneration performance of the compound regenerant on the w aste asphalt w as inv estig ated.Exper im ental results show ed that there w as a synergistic effect among each reg enerant com ponent,w hich led the regeneration perform ance o f the co mpo und regenerant to be better than that of the conventional m ineral o ils,and the performance o f the w aste asphalt co uld alm ost be recov er ed w ith the3%-5%(m ass fraction) dosage of the compound regenerant.Key words:w aste asphalt;regeneration mechanism;regenerant沥青在长期使用过程中所表现出的物化性质或机械性能的不可逆变化称为老化,包括物理老化与化学老化。
沥青在老化过程中宏观上表现为软化点升高、针入度降低及延度下降等使用性能的衰竭[1]。
道路沥青的再生利用,能够节约大量的沥青,节省工程投资,同时有利于处理废料、保护环境,因而具有显著的经济效益和社会、环境效益。
近年来,随着人们对环保、社会效益的关注,道路沥青的再生利用技术越来越受到重视。
在20世纪80年代初,我国所使用的沥青再生剂多数属于石油加工生产出的矿物油,如润滑油、柴油、机油、减压五线油或者它们的混合物等,但是实践证明,只用矿物油来再生废旧沥青,效果并不很好,因而近年来国外大公司多用树脂和矿物油的混合物作为沥青的再生剂[2]。
迄今很少有关于废旧沥青再生机理及再生剂的研究报道。
鉴于此,笔者根据石油沥青的胶态分散体系和现代胶体化学的经典理论)))DLVO理论(Deryagin-landau-verw ay-o verbeek),分析了沥青的老化机理及废旧沥青的再生机收稿日期:2005-10-11通讯联系人:周晓龙,E-mail:pprc_zy@ecus .理;根据这些理论设计了再生剂;考察了再生剂各组分及各组分复配对废旧壳牌AH -70#沥青再生性能的影响,以期有助于废旧沥青再生剂的研究开发。
1 理论部分1.1 石油沥青的胶态分散体系现代胶体理论认为,固态微粒的沥青质是分散相,液态的油分(饱和分和芳香分)为分散介质,胶质会使沥青质很好地胶溶在分散介质中。
沥青质是胶核,胶质吸附在其表面,逐渐向外扩散,使沥青质胶体溶于油分介质中[3-4]。
大多数沥青都是由相对分子质量相当大、芳香性很高、含有极性杂原子的沥青质分子分散在较低相对分子质量的可溶质中组成的胶体溶液。
沥青中的各个组分在沥青中可形成不同的胶体结构,不同种的胶体结构的化学特性及流变学特性均不同。
大量的实验事实说明,沥青的理化性质及使用性质不仅与沥青质、可溶质的相对含量或化学组成有关,而且在很大程度上决定于沥青质在可溶质中所形成胶体溶液的状态,即在可溶质中的胶溶度或分散度。
因此,沥青的老化及再生都可以从这一特殊胶体溶液中胶体的稳定性机制得到解释。
1.2 沥青的老化机理沥青的老化过程中,其饱和组分比较稳定,在整个老化过程中变化不大,其它组分大致按芳香分→胶质→沥青质的路线向重质化的方向转化。
色谱分析发现[5],沥青各组分的相对分子质量构成在老化过程中发生了较大变化,老化程度越深,其相对分子质量小的组分的降低率越大,相对分子质量大的组分的增加率越高。
沥青,尤其是石蜡基沥青,根据现行蜡含量的测试方法,由于组分在老化中的转化,芳香分减少,致使老化沥青对蜡的溶解作用降低;老化前后测定的蜡含量明显上升,沥青可塑性及抗变形能力变差[6]。
沥青作为一种胶体分散体系,即稳定剂-胶体-溶剂,其中,溶剂为饱和分和芳香分,芳香分为良性溶剂,胶质为稳定剂。
根据胶体化学理论,两个沥青质颗粒间的稳定作用能量总和$G Total 可以如式(1)和式(2)表示[7-8],它们是由DLVO 理论推导而来,并由两项相减而得,前面一项$G Ster ic 为空间排斥作用,后一项为范德华引力作用。
A H 为H amaker 常数值,式(2)表示组分1的两个粒子分散在介质组分2中粒子表面之间的作用[7]。
胶质吸附在沥青质颗粒的表面提供了良好的空间稳定作用,使$G Steric 增加;溶剂组分吸附在胶质和沥青质颗粒外围,组成一溶剂化层,使溶剂与沥青质颗粒的H am aker 常数/平均化0,使式(2)的值趋于0,这无疑使$G Total 增加,故对沥青质有稳定作用。
在沥青老化过程中,沥青质增加,溶剂组分减少;胶质的胶溶性能降低,即使$G Steric 减少;溶剂化层的减少会更趋恶化,即A H 值增加,因此,$G Total 值减少,沥青的胶体稳定性下降。
这一机理不仅能解释沥青的老化,而且为废旧沥青的再生提供了有力的理论支持。
$G Total =$G Steric -A H12P D2(1)A H =A 1210-A 12202(2)式(1)、(2)中D 为两相邻沥青质颗粒间的距离,A 10和A 20分别为组分1和组分2在真空中的H am aker 常数。
1.3 废旧沥青再生剂的作用机理基于上面对沥青老化机理的推导,废旧沥青再生剂的作用机理可归纳为增溶分散机理、稀释调和机理及蜡晶分散机理。
这3种再生机理为废旧沥青的再生提供了3条路径,3种机理的协同作用不仅可以提高再生剂的再生性能,而且可以降低再生剂的成本。
1.3.1 增溶分散机理在废旧沥青中加入聚合物类表面活性剂,通过氢键作用、酸碱作用、P -P 共轭、电荷转移等吸附在沥青质颗粒表面,其亲油链不仅可以增强胶体的空间稳定作用,而且能吸附溶剂组分形成良好的溶剂化层,这两方面的作用能大大增强沥青胶态体系的稳定性。
1.3.2 稀释调和机理97第5期 废旧沥青再生剂的实验研究沥青发生老化,很重要的一点就是组分发生转化,造成胶体稳定性下降。
将重质矿物油,如石油加工过程中的许多重质油废料加入到废旧沥青中,能够增加溶剂组分含量,尤其是增加芳香分的含量,有利于在沥青质颗粒周围形成良好的溶剂化层,具有稀释调和作用。
1.3.3蜡晶分散机理对于老化的石蜡基沥青,蜡晶分散剂能够通过成核及共晶作用,将蜡晶分散成更细小的颗粒,有利于提高沥青可塑性及抗变形能力。
1.4再生剂的组成设计根据以上再生剂对废旧沥青再生作用的假设机理,再生剂可设计为由增溶分散组分、稀释调和组分及蜡晶分散组分组成。
这些组分的复合应该遵循以下原则:应兼顾各组分对废旧沥青各性能指标的改善与各组分间的协同效应;兼顾组分的再生和提高沥青其它性能的作用;对环境不会产生有害影响。
2实验部分2.1实验原料废旧壳牌沥青A H-70#,针入度(25e, 0.1mm)为40,延度(15e)为65mm,软化点为55.2e;滨化脱水奥里原油;高桥石化公司FCC 澄清油和减四线生产润滑油的抽出油。
其四组分分析结果列于表1。
烷基酚胺树脂[9](实验室合成,由一种烷基酚、一种有机胺及甲醛发生曼里齐反应制得);蜡晶分散剂(Clariant公司生产的商用降凝剂,Dodiflow4515);润滑油无灰分散剂T151和T154为辽宁天合公司生产(有效质量分数60%)。
表1重质矿物油和废旧沥青的族组成Table1Group composition of heavy mineraloils and waste asphaltSamplew/%S aturate Aromatic As phaltene Resin ORI cru de oil25.0033.627.7716.45 FCC decanted oil33.6342.87 5.8912.91 Vacuu m4th sides tr eam extract15.2357.62 2.4124.47 W as te as phalt Sh ellAH-70#21.6321.0217.2340.122.2实验仪器及测试方法采用SYD-2801E针入度试验器按照GB/T4509标准测定沥青针入度。