沥青的老化与再生

中国行业标准热拌再生剂技术要求
指标名称 粘度/60℃ mm2/s 闪点/℃，不低于 饱和分/％，不大于 RA1 50～ 175 220 30 RA5 176～ 900 220 30 RA25 901～ 4500 220 30 RA75 4501～ 12500 220 30 RA250 12501～ 37500 220 30 RA500 37501～ 60000 220 30 试验方法 SH/T GB/T 267 SH/T 0509 GB/T8928 （半固态和 密度/g/cm3 报告 报告 报告 报告 报告 报告 固态） GB/T 1884 （液态） 外观 黏度比B，不大于 质量变化±，％， 不大于 3 3 3 4 表观均匀、无分层现象 薄膜烘箱（TFOT）或旋转薄膜烘箱（RTFOT） 3 4 3 3 3 3 3 3 观察
美国再生剂标准
技术标准 粘度（60℃/Pa*s） 闪点(℃) 挥发性: 初馏点(℃) 2% 目的 调节再生混合 料中沥青粘度 操作安全 防止挥发引起 硬化及污染空 气 试验方法 ASTM D2174-071 ASTM D92-072 ASTM D160-61 L 0.08-0.5 >177 >149 >191 >210 ASTM D2006-70 >0.5 M 1-4 >177 >149 >191 >210 >0.5 H 5-10 >177 >149 >191 >210 >0.5
沥青老化的宏观表现
针入度的降低 软化点升高 粘度增加 延度减小
沥青老化模拟方法

薄膜烘箱试验（TFOT） 旋转薄膜烘箱试验（RTFOT） 短期老化 旋转老化瓶试验 压力老化罐试验 氧化老化试验 吸氧试验 长期老化
短期老化
薄膜烘箱试验（TFOT） 条件试验： 163℃、5h、50g
样品盘 电子称
50.0 grams
短期老化
旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）
条件试验： 163℃、75min
A A A
装样前 装样后 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
温度检测
50g
样品
样品
压力老化
GB/T15180-2010 重交通道路沥青
0
-6 -12 -18 -24
0
-6 -12
目
一 二 3 三 4 四 4 五
录
沥青老化及其评价方法 老化沥青的再生原理 再生剂及其选择原则 再生沥青的性质 再生沥青混合料设计流程
老化沥青的再生
再生剂 老化沥青 热力学 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 再生剂
沥青质
饱和分
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。
Creep Stiffness, TP1:
Determine Critical Cracking Temperature as described in PP42
-24 -30 -36 18 -24 0 -6
( Bending Beam Rheometer)
-12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0
芳香分 恢复性能
胶质
沥青质
老化沥青的再生机理
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。
BBR “S” Stiffness
-6 -12 -18 -24 -30 0
& “m”- value
-6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -
-6 -12 -18 -24 -30 0
Report Value
Direct Tension, TP3:
Determine Critical Cracking Temperature as described in PP42
A级新旧道路石油沥青标准的比较
指标 针入度(25℃,5s,100g) 适用的气候分区 针入度指数 PI 不小于 软化点(R&B) 不小于 60℃动力粘度不小于 10℃延度 不小于 15℃延度 不小于 蜡含量(蒸馏法) 不大于 闪点 不小于 溶解度 密度(15℃) TFOT (或 RTFOT)后 质量变化 不大于 残留针入度比 不小于 残留延度(25℃) 不小于 残留延度(15℃) 不小于 残留延度(10℃) 不小于 单位 等级 dmm 1-1 ℃ Pa.s cm cm ％ ℃ ％ 3 g/cm ％ % cm cm cm A A A A A A 新标准 80～100 1-2 1-3 2-2 2-3 -1.5～＋1.0 45 160 140 30 20 30 20 100 2.2 230 99.5 实测记录 0.8 64 取消 取消 8 原标准 80～100 无 42～52 无 无 100 3 230 99.0 实测记录 1.0 50 75 实测记录 无
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。
-24 -30 -36 -18 -24 0 -6
(Bending Beam Rheometer) (Direct Tension)
-12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0
BBR DT
Physical Hardening
-6 -12 -18 -24 -30
0
-6 -12 -18 -24 -30
沥青化学组成与使用性能的关系



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。
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
50175 425 Report 30 3 4
176900 425 Report 30 3 4
9014500 425 Report 30 3 3
450112500 425 Report 30 3 3
12501 -37500 425 Report 30 3 3
37501 -60000 425 Report 30 3 3
饱和分
芳香分
胶质
45.0
沥青质
60
胶质
饱和分 芳香分 胶质 沥青质
50
胶质
40.0
四 组 分 含 量 /%
40
四组份含量
饱和分 芳香分 胶质 沥青质
35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0
30
AH-90
20 10
AR
5.0
0 0 5 10 老化时间/h 15 20 25
0.0 0 5 10 15 老化时间/h 20 25
沥青的老化与再生
张玉贞
目
一 二 3 三 4 四 4 五
录
沥青老化及其评价方法 老化沥青的再生原理 再生剂及其选择原则 再生沥青的性质 再生沥青混合料设计流程
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。
美国热拌沥青再生剂（ASTM)
Test Test Method RA1 RA5 RA25 RA75 RA250 RA500
粘度60℃,cSt 闪点,COC,F 比重 饱和分 ,wt,% 粘度比 RTFO or TFO 质量变化, ±,%
D2170 /D2171 D92 D70 /D1298 D2007 D2872 /D1754
90
90
100
100
< 5000 kPa
10 7 4 25 22 19
(Dynamic Shear Rheometer)
16 13 10 7 25 22 19 16 13 31
DSR G* sin
28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 28 31 25 40 37 34
45
A A A A
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 指标 Class 50 min max 40 60 0.3 Class 170 min max 140 200 0.25 60 250 99.0 TFOT 300 99.0 300 0.45 Class 320 min max 260 380 0.40 40 250 99.0 300 0.65 Class 600 min max 500 700 0.60 20 250 99.0 300 0.85
5% 粘附性: 防止离析 环烷烃/饱和分(N/P) 化学组成: 极性馏分/(饱和分+ 再生沥青的耐 芳香分) 久性 (N+A1)/(P+A2) 密度 用于密度计算
ASTM D2006-70 ASTM D7Байду номын сангаас-072
0.2-1.2 报告
0.2-1.2 报告
0.2-1.2 报告
28
日本沥青再生剂标准
技术指标 粘度/mm2/s 闪点/℃ TFOT前后粘度比 （60℃） TFOT后质量变化率(%) 密度/(g*cm-3) 组分分析 试验方法 JIS K2283 JIS K2265 JIS K2283 JIS K2207 JIS K2249 质量要求 80-1000 >230 <2 <±3 报告 报告
60ºC 的粘度 Pa.s 135ºC 的粘度 mm2/s min 0.2 Min 针入度 25ºC 100g, 5s 0.1mm 130 闪点 ºC 250 溶解度 60ºC 的粘度 %
CEC
AASHTO MP1a Specifications
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76
ORIGINAL
> 230 oC
< 3 Pa.s @ 135 oC
(Flash Point) (Rotational Viscosity) (Dynamic Shear Rheometer) 46 52 58
FP RV DSR G*/sin
64 70 76 82
> 1.00 kPa
(ROLLING THIN FILM OVEN)
RWM
Avg 7-day Max, oC 1-day Min, oC
PG 82
-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 -34
RTFO
64
Mass Loss < 1.00 %
> 2.20 kPa
46
(Dynamic Shear Rheometer) 52 58
DSR G*/sin
70 76 82
(PRESSURE AGING VESSEL)
PAV
100 (110) 100 (110) 110 (110)
20 Hours, 2.07 MPa
沥青老化影响因素
挥发作用 氧化作用 拌 合 使 用
沥青老化因素
聚合作用 光 作 用 水 作 用 触变作用
沥青在老化过程中，平均分子量增加
A 同一沥青，不同时间
B
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
可溶物
氧化铝层析色谱 甲苯+乙醇 甲苯 石油醚
沥青质
胶质
芳香分
饱和分
沥青老化组成变化规律