石油沥青在连续热和空气老化中化学族组成的变化及动力学研究

本文在120～180℃范围内详细考察了欢三联和胜利直馏沥青在连续热和空气老化中化学族组成妁变化.结果表明,随热和空气老化时间的增长,沥青的饱和烃组分含量基本不变,芳香烃组分含量逐渐减少,而沥青质组分含量逐渐增加。在较低温度(120～140℃)下,胶质组分含量稍有增加,未形成甲苯不溶物组分。但在较高温度(180℃)下,胶质组分含量先增加后下降,甲苯不溶物迅速增加.随热和空气老化温度的升高,各组分含量的变化更为显著。欢三联沥青各组分的表现老化速度常数为(4.252～23.59)×10~(-3)h~(-1),表现老化活化能为29.96～36.34kJ/mol。胜利沥青各组分的表现老化速度常数为(6.083～24.24)×10~(-3)h~(-1),表现老化活化能为14.67～15.48kJ/mol.本文所提出的连串反应动力学模型很好地解释了石油沥青在连续的热和空气老化中化学族组成的变化规律,各组分含量的理论计算值与实测值相吻合,其差值一般小于3％.     

再生剂与老化沥青微观作用机理

采用分子动力学模拟方法,根据老化沥青体系溶解度参数变化规律,研究了再生剂组分对老化沥青相容性的影响;通过体系的相互作用能分析,探讨了再生剂组分对老化沥青再生的作用机理。结果表明,芳香分有助于改善老化沥青的相容性,且芳香分掺量越大改善效果越好;饱和分则刚好相反,这与实验结论相一致。芳香分与老化沥青相互作用能随掺量增大而急剧增大,意味着两者相互吸引作用显著增强,其原因在于静电相互作用能占据主导地位,范德华相互作用能相对较小;然而饱和分与老化沥青的相互作用能随掺量变化不大,其中静电相互作用能和范德华相互作用能几乎各占一半贡献。分子间的静电相互作用能是影响老化沥青再生的主要因素。     

辽曙沥青老化行为的研究

研究了符合Q/SHR0 0 4- 1998标准高等级道路沥青AH - 70、AH - 90的老化行为。结果表明 ,沥青老化后 ,沥青质含量增加 ,胶质和芳香分含量减小 ,饱和分由于轻组分裂化和挥发 ,含量也降低 ,由于沥青老化后组分发生变化 ,导致其使用性能变坏。沥青老化过程中 ,沥青胶体不稳定指数 (Ic)对沥青老化条件很敏感 ,沥青胶体不稳定指数随老化温度的升高和老化时间的延长而增加 ,所以可用沥青胶体不稳定指数及胶体不稳定指数变化率的快慢来评价沥青的老化性能。沥青老化过程中 ,沥青的粘度随老化时间的延长近似呈指数关系增加 ,所以可用沥青老化指数来评价其老化性能     

辽曙沥青老化行为的研究

研究了符合Q／SHR004－1998标准高等级道路沥青AH－70，AH－90的老化行为，结果表明，沥青老化后，沥青质含量增加，胶质和芳香分含量减少，饱和分由于轻组分裂化和挥发，含量也降低，由于沥青老化后组分发生变化，导致其使用性能变坏，沥青老化过程中，沥青胶体不稳定指数（Ic)对沥青老化条件很敏感，沥青胶体不稳定指数随老化温度的升高和老化时间的延长而增加，所以可用沥青胶体不稳定指数及胶体不稳定指数变化率的快慢来评价沥青的老化性能，沥青老化过程中，沥青的粘度随老化时间的延长近似呈指数关系增加，所以可用沥青老化指数来评价其老化性能。     

沥青紫外光老化特性及机理探讨

为了研究沥青紫外光老化行为及机理,采用两种沥青进行室内模拟光老化试验.通过对沥青不同老化时间的黏度和延度时比分析,研究了沥青紫外光老化的高低温性能衰变行为,并采用组分试验、胶体结构以及红外光谱(IR)分析,探讨了其微观变化及老化机理.结果表明,紫外光老化主要发生在沥青表面,导致沥青的低温性能大幅衰减.对高温性能的影响相对较小;沥青中的芳香分和胶质对紫外光较为敏感.容易发生光氧化反应生成沥青质,胶体不稳定指数和相对羰基指数均不断增大,沥青性能不断劣化.     

道路沥青老化后组成与使用性能关系的研究

采用正庚烷溶剂沉淀和 1%H2 O -Al2 O3 吸附色谱法将沥青分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质 4个组分。通过对沥青老化后组成与使用性能的考察 ,得出了二者的变化关系。沥青老化时 ,饱和分减少且几乎不变 ,芳香分和胶质减少 ,沥青质明显增加 ,主要变化的组分是胶质和沥青质 ;同时 ,软化点近似呈线性形式上升 ,针入度近似呈指数形式下降 ,延度降低。沥青质含量高的沥青 ,软化点高 ,针入度小 ,延度低 ;胶质使沥青具有良好的塑性和粘附性 ,并提高延度 ;饱和烃和芳香烃影响沥青的低温延度和粘结性。可为高等级道路沥青分析、生产及其它工艺提供依据     

废橡胶在沥青路面再生中的应用研究

随着汽车工业和公路交通事业的发展,产生了大量的废橡胶和废旧沥青混合料.为实现废物资源的综合利用,以废橡胶为原料,在增塑剂DOP和糠醛抽出油组成的轻组分助剂中采用微波降解和助溶处理技术制备沥青再生剂(RA),应用RA分别对老化沥青及废旧沥青混合料进行再生试验,并对其作用机理进行了分析.结果表明,利用废橡胶微波处理制备的RA对老化沥青具有再生作用,10%的再生剂用量可以有效补充老化沥青缺失的组分,恢复其胶体结构及流变性能;再生沥青混合料的高低温性能、水稳性以及抗老化性能均满足沥青路面的技术要求.     

道路沥青老化后组成与使用性能关系的研究

采用正庚熔剂沉淀和1％H2O－AlO3吸附色谱法将沥青分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质4个组分。通过对沥青老化后组成与使用性能的考察，得出了二者的变化关系。沥青老化时，饱和分减少且几乎不变，芳香分和胶质减少，沥青质明显增加，主要变化的组分是胶质和沥青质；同时，软化点近似呈线性形式上升，针入度近似呈指数形式下降，延度降低。沥青质含量高的沥青，软化点高，针入度小，延度低；胶质使沥青具有良好的塑性和粘附性，并提高延度；饱和烃和芳香烃影响沥青的低温延度和粘结性。可为高等级道路沥青分析、生产及其它工艺提供依据。     

生物沥青再生沥青结合料使用性能

为研究生物沥青用作沥青再生剂的可能性,选用蓖麻油生物沥青为再生剂制备再生沥青,并通过试验研究了旋转薄膜烘箱(rolling thin film oven,RTFO)老化前后该种生物沥青掺量对再生沥青相关技术指标的影响.结果表明:随着生物沥青掺量的增加,再生沥青针入度增大,软化点降低,30%掺量的生物沥青可将老化沥青的针入度恢复到原样沥青水平.然而,生物沥青对延度的改善较差.此外,再生沥青135℃黏度、当量软化点和当量脆点降低,针入度指数PI和塑性温度范围逐渐增大,RTFO老化后残留针入度比减小,软化点增量、黏度老化指数逐渐增大.生物沥青的加入改善了再生沥青的感温性能和低温性能,对高温性能表现出不利影响.随着生物沥青掺量的增加,再生沥青抗老化性能逐渐减弱,但在30%掺量范围内,生物沥青再生沥青的抗老化性能仍不低于原样沥青水平.     

沥青组分对粘附性能影响的灰关联分析

为研究沥青组分对粘附性的影响,基于沥青四组分及沥青与粗集料的粘附性试验数据,利用灰关联方法分析了沥青质、芳香分、饱和分、胶质、胶质与沥青质含量之和、胶质与沥青质含量之比等因素对沥青与花岗岩及玄武岩两种典型集料粘附性能的作用关系,得出各因素的灰关联度排序结果。结果表明,灰关联方法用于分析各沥青组分因素对沥青与粗集料粘附性能的影响能获得较好的结果。胶质含量对沥青与石灰岩和玄武岩的粘附率与粘附性等级具有较高的影响程度;胶质含量愈多,对沥青与集料的粘附性影响程度愈高。胶质与沥青质之比对粘附性指标具有较低的影响程度。为提高沥青与集料的粘附性能,对于不同酸碱性质的集料,选择沥青时应注意不同组分的比例关系。     

SBS改性沥青的老化方程及应用

建立起SBS改性沥青的非线性微分老化方程,应用微分方程探索SBS改性沥青的老化规律,并计算任意时刻的沥青老化量和老化速率;测定SBS改性沥青在不同RTFOT老化时间下的针入度、5℃延度、软化点、135℃粘度指标,得出各指标的老化参数及老化方程,通过分析实验值与老化方程计算值间的相关性,验证非线性老化方程的可靠性;对老化方程的潜在应用方向进行了初探。研究结果表明:非线性老化方程能精确地预测SBS改性沥青的针入度、软化点、粘度、延度的老化规律,能计算任意时刻各指标的老化量及老化速率;老化速率方程计算显示,沥青的老化速率在开始时刻最大,后期随老化时间的延长而逐渐变小,与老化的实际情况吻合;沥青老化方程可用于沥青抗老化性能评价、耐久性评价、沥青路面开裂预测、沥青路面再生决策。     

Diffusion and Regeneration Mechanism of Waste Composite Oils Rejuvenator in Aged Asphalt

The physical performance of recycled asphalt was used as the main evaluation index to study the optimal range of a self-made rejuvenator.Through the penetration,viscosity and gel permeation chromatography (GPC) tests,the diffusion degree of the rejuvenator under different temperatures and time process was analyzed,and the diffusion efficiency of the rejuvenator was evaluated from the macro and micro perspective.The regeneration mechanism of the rejuvenator in the aged asphalt was also analyzed using the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR),scanning electron microscope (SEM) and chemical composition tests.The research results showed that the optimum rejuvenator content was about 3%.Higher temperature and longer time were beneficial to improving the permeability and diffusion of the rejuvenator.During the aging process,the light components were reduced,and more macromolecular asphaltenes were generated as well as a large number of carbonyl and sulfoxide.After diffusion and regeneration,the light components in the asphalt were supplemented,the wrinkles and gullies of the aged asphalt were almost improved to the surface state of the matrix asphalt.     

配比对纤维沥青碎石表层性能的影响

为了分析配合比参数对纤维沥青碎石表层性能的影响,根据纤维沥青碎石的材料组成和力学特性,采用直接拉拔和正压扭剪实验对试件进行强度测试,并应用正交分析法对实验结果进行分析,得出了各配比对纤维沥青碎石表层性能的影响规律.研究结果表明:乳化沥青用量和碎石用量对纤维沥青碎石表层强度的影响水平比纤维用量和纤维长度显著;层间抗拉强度随着乳化沥青用量和碎石用量的增多而逐渐增大,抗剪强度随着乳化沥青用量的增多而增大,随着碎石用量的增多先增大后减小;当乳化沥青用量为2.0 kg/m2、碎石用量为13 kg/m2、纤维用量为0.1 kg/m2和纤维长度为60 mm时,纤维沥青碎石表层的性能最优.     

道路废旧沥青混合料老化与再生试验研究

选取公路路面改造的废旧沥青混合料,通过破碎、筛分旧路材料,对旧沥青进行老化试验,并通过添加不同种类和不同含量的再生剂,研究老化沥青再生。使旧路面沥青性能改善到能回收再利用。     

两种道路沥青抗老化性能的比较

研究了鞍山半氧化道路沥青的老化过程 ,提出了 2种沥青的动力学模型。通过对老化后 2种道路沥青使用性能、粘度以及胶体不稳定指数的变化 ,比较了它们的抗老化性能的优劣 ,并对道路沥青的老化机理进行了分析。结果表明 ,所提出的动力学模型能够很好的描述 2种道路沥青的老化速率。由dx/dt(AH - 90 ) >dx/dt(AH- 70 )可以初步证明AH - 70的抗老化性能优于AH - 90。老化后 ,AH - 70的针入度、软化点变化率均小于AH - 90的相应指标 ,AH - 70的老化指数也小于AH - 90的老化指数 ,这些都证明了AH - 70的抗老化性能好于AH - 90的抗老化性能。随着沥青老化的进行 ,沥青各组分都向着更重的方向转化 ,沥青质含量增加 ,沥青胶体的原有平衡结构遭到破坏 ,导致沥青使用性能变差     

Investigation of Chemical Properties by NMR During the Laboratory Aging of Asphalt

In this work,the chemical properties of asphalt were evaluated during the laboratory aging. The rolling thin film oven (RTFO),termed as short-term aging,and pressurized aging vessel (PAV),termed as long-term aging. Tests were used to simulate the laboratory aging of this asphalt. The performance characteristics of asphalt depends the chemical composition of asphalt. NMR spectroscopy enables etailed information about the Carbon-and-hydrogen types of asphalt without separating it into different components. Carbon and proton NMR measurements of asphalt showed that isomerization was the main chemical reactions of hydrocarbon groups following aging. The Corbett fractionation procedure was used to separate fresh and aged asphalts into four generic fractions,namely; asphaltenes,aromatics,resins and saturates were applied to evaluate the chemical changes that occurred during the aging processes.     

沙特沥青老化动力学研究

研究了用沙特减渣调配出的两种高等级道路沥青,在老化过程中正戊烷沥青质的变化及针入度、软化点、延度等指标的变化。并根据正戊烷沥青质的变化,进行了沥青老化动力学研究,计算得到了有关动力学参数,得出了动力学方程,计算值与试验数据相吻合,初步揭示了沥青组成与其抗老化性能之间的关系。结果表明,高等级道路沥青老化属于一级动力学反应。与AH-90相比AH-70沥青具有较高的反应活化能,反应速度常数较小,具有较低的老化速率和较好的抗老化性能。同时,老化过程中,沥青针入度、软化点及延度的变化进一步证明了所得动力学模型是可靠的。     

Aging Behavior and Creep Characteristics of CACB

沥青老化对水泥沥青复合胶结料蠕变特性的影响研究

李云良, 刘钰泽, 徐垒, 何鑫, 孙海蛟

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院, 哈尔滨, 150090)

摘 要：水泥沥青复合胶结料是由水泥、沥青及多种外加剂胶结固化形成的复合胶结材料,沥青的老化会对水泥沥青复合胶结料的蠕变特性产生影响。通过水泥沥青复合胶结料不同老化程度下的蠕变试验得到其蠕变柔量,结合分数导数修正博格斯模型的蠕变柔量进行了试验结果的曲线拟合,分析了沥青老化及材料配比等因素对水泥沥青复合胶结料蠕变特性的影响。研究表明,随着沥青老化时间的增加,复合胶结料抵抗瞬时弹性变形及粘性流动变形的能力增强,弹性成分增加而粘性成分减少,材料的变形能力变差,呈现出弹性材料的变形特性。在老化初期（老化时间小于12h）,沥青老化对复合胶结料的黏弹性力学性能影响较大,而在老化后期（老化时间大于12h）,沥青老化对复合胶结料的黏弹性力学性能影响较小。在老化初期,提高沥青用量可以增强复合胶结料的蠕变变形能力;在老化后期,沥青含量对复合胶结料的蠕变变形能力影响较小。

关键词：水泥沥青复合胶结料;老化;蠕变;黏弹性。

创新点说明：

（1）建立了考虑老化的水泥沥青复合胶结料黏弹性本构模型;

（2）基于本构模型参数建立了水泥沥青复合胶结料的老化表征方法与指标。

     

Development and validation of a laboratory aging method for the accelerated simulation of reclaimed asphalt

The paper presented first results elaborated during the European Research Project Re-road which aims at the development of techniques for increasing the recycling rates of reclaimed asphalt. During service life surface asphalt courses are subjected to aging due to oxidation effects which causes the hardening of the binder and thereby a change in the chemical, physical and mechanical properties of the material. Surface courses often contain highly modified binders as well as special additives for improving the performance characteristics. As these layers inhibit the shortest service lives compared to other road construction layers every year high amounts of reclaimed surface asphalt are available for recycling. The question is raised how the reclaimed asphalt consisting of high quality and costly material components can be recycled for optimal added value. To analyze the asphalt mix service life performance and its recyclability during mix design a laboratory method was developed to simulate the real in-situ aging. First the effects of site aging on the binder and asphalt characteristics were presented. Three laboratory aging methods were discussed which aimed the accelerated aging which meets similar property changes as site aging. At last the effects of two different laboratory aging methods on the same SMA mixture were compared.