CN112442279B - 一种道路沥青及其制备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种道路沥青及其制备。以质量百分数计，该道路沥青包括：调合沥青70%～95%；废润滑油浓缩液5%～30%。该制备方法包括：将第一基质沥青和第二基质沥青混合，得到调合沥青；在得到的调合沥青中加入废润滑油浓缩液，加入到间歇式氧化釜中氧化。氧化结束后，赶走残余在沥青的氧气，得到改性道路沥青。本发明制备的道路沥青不仅可达到“哈萨克斯坦道路沥青”技术指标要求，而且具有更优异的低温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种路用材料，具体地说是一种低温性能良好的道路沥青及其制备。
背景技术
沥青路面低温开裂是路面破坏的一种主要形式，在温度较低的环境中，沥青胶结料出现开裂是导致路面破坏的直接原因，因此沥青胶结料是否具有良好的低温性能是保持路面功能的重要条件。目前低温试验方法及评价指标：弗拉斯脆点、感温性指标、劲度诺模图、SHRP测试方法、玻璃化转变温度、低温延度与测力延度、低温粘度等，其中低温延度、弗拉斯脆点、低温针入度、SHRP测试方法用的相对较多。
美国FHWA1988年向运输部提出，沥青路面的低温开裂随着蜡的存在而增加，为此建议在AASHTO M226标准中增加4℃延度，拉伸速度为1cm/min时，对AC-2.5、AC-5、AC-10、AC-20分别要求大于50 cm、25 cm、15 cm、5cm。第十八届国际道路会议肯定了0℃延度在沥青路面抗裂方面的重要性，苏联的沥青标准ГОСТ22245-90对普通沥青和改性沥青都提出了25℃及0℃延度的要求。匈牙利提出的新的沥青分级体系BTA，再次对低温延伸的可靠性进行了验证，并提出了4℃延度的规范值。在罗马尼亚沥青标准STAS754-86中，在要求25℃延度不小于100cm的同时，对针入度标号D80/120、D120/180及D180/200的沥青分别规定了0℃延度应不小于1.5cm、5cm、8cm。壳牌公司（KSLA）提出沥青低温延伸度应大于20cm，但对标号80-100、60-80、50-70及40-50沥青的试验温度分别规定为10℃、13℃、15℃、17℃。德国1995年最新的道路沥青标准将延度的试验温度下降到7℃、13℃等。
此外，除较低温度下的延度之外，还采用更低温度条件下的针入度，脆点等指标。研究表明，为评价沥青的低温性能，更低温的针入度的价值更大，沈金安等认为沥青混合料脆点温度与5℃针入度密切相关。
哈萨克斯坦国家道路沥青（CTPK 1373-2005）采用0℃针入度、0℃延伸度及脆点指标对沥青的低温性能进行限定。而中国《公路沥青施工技术规范》（JTG F40-2004）“道路石油沥青技术要求” 针对沥青低温性能也仅仅采用10℃、15℃延度指标来表征，相比较而言，哈萨克斯坦国家道路沥青标准在沥青低温性能方面比中国道路沥青标准要求更加苛刻。
参照哈萨斯坦道路沥青试验方法，对中国部分沥青的0℃针入度、0℃延伸度、脆点等进行测试，结果与哈萨克斯坦等国家相近牌号的道路沥青相比存在较大差距。
发明内容
为了提高道路沥青的低温性能，适用于比较寒冷的地区。本发明提供了一种道路沥青及其制备方法。该道路沥青脆点低、0℃针入度和0℃延度大，各项指标能够满足哈萨克斯坦国家道路沥青标准（CTPK 1373-2005）BND40/60、BND60/90、BND90/130及BND130/200技术指标要求。
本发明提供一种道路沥青，以质量百分数计，包括如下组分：
调合沥青 70%～95%，优选75%～90%；
废润滑油浓缩液 5%%～30%，优选10%～25%。
所述调合沥青，以质量百分数计，包括如下组分：
第一基质沥青 65%～90%，优选为75%～85%；
第二基质沥青 10%～35%，优选为15%～25%。
所述的第一基质沥青的沥青质含量为1.0wt%以下，蜡含量(蒸馏法)为1.0wt%以下，PI值为-1.5～-0.5，25℃针入度为60～100 1/10mm。
所述的第一基质沥青选自道路石油沥青，优选满足相应牌号指标要求的道路石油沥青，进一步优选满足相应牌号A级指标要求的道路石油沥青。其中，指标要求可以为公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对道路石油沥青技术的指标要求。
所述的第一基质沥青可以源自单一环烷基原油炼制的直馏沥青和/或减压渣油。
所述的第二基质沥青的沥青质含量为20wt%以上，PI值＞0.5，软化点为50℃以上，60℃动力粘度为150Pa·s以上。
所述的第二基质沥青可以采用直馏工艺得到的高沥青质渣油和/或氧化工艺得到的高沥青质渣油。
所述的道路沥青的性质：15℃针入度45-120 1/10mm，软化点25-45℃。
废润滑油属于工业废弃物，其主要成分为高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物。其组成一般为烷烃（直链、支链、多支链）、环烷烃（单环、双环、多环）、芳烃（单环芳烃、多环芳烃）、环烷基芳烃以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃类化合物，经浓缩后作为沥青调合组分与抽出油或芳烃油作为调合组分相比感温性和抗老化性能更好。本发明所用的废润滑油浓缩液为回收的废润滑油经无机膜分离后得到的浓缩液，其中以质量百分数计，废润滑油浓缩液中包括：饱和分：90%～95%、芳香分：0.1%～2%、胶质：1%～4%、沥青质：1%～4%。
所述的沥青的针入度指数 PI是将15℃、25℃、30℃等3个或3个以上温度条件下测定针入度后按规定的方法（PI=（20-500A）/（1+50A））计算得到，其中A为针入度温度感应性系数。A=（lgPT1-lgPT2）/(T2-T1)。其中，PI值是用以描述沥青的温度敏感性的指标，针入度指数PI越大，沥青的温度敏感性越小。当PI＜-2.0为溶胶型胶体结构；-2.0≤PI≤2.0为溶胶-凝胶型胶体结构；当PI＞2.0为凝胶型胶体结构。
本发明还提供了一种如上述道路沥青的制备方法，包括如下内容：
（1）将第一基质沥青和第二基质沥青混合，得到调合沥青；
（2）在步骤（1）得到的调合沥青中加入废润滑油浓缩液，加入到间歇式氧化釜中氧化；
（3）氧化结束后，赶走残余在沥青的氧气，得到改性道路沥青。
赶走残余氧气以防止残留在沥青中的氧气继续进行氧化。赶走残余氧气的方法为通入氮气进行气提，或采取搅拌方式进行搅拌。
步骤（1）中第一基质沥青和第二基质沥青混合后加热并搅拌，所述的加热为加热到140～165℃，优选加热到150～160℃，所述的搅拌时间为1.5～4h，优选为2～3h。
步骤（2）中加入到间歇式氧化釜之前进行加热并搅拌，所述的加热为加热到130～180℃，优选加热到140～150℃，所述的搅拌时间为0.3～3h，优选0.5～1h。
步骤（2） 中所述的氧化为通入空气进行氧化。氧化条件为：氧化温度200～300℃，优选为225～250℃、氧化风量0.05～0.25 m3/（kg·h），优选为0.08～0.16m3/（kg·h）、氧化时间150～300分钟，优选180～280分钟。
沥青中通入空气发生的氧化机理是正碳离子机理，在氧化过程中，空气中的氧与沥青分子反应，形成羟基、羧基、羰基和酯基等，使其组成发生变化,导致沥青胶体结构发生变化，宏观变现为软化点升高，针入度和温度敏感性变小。
由于沥青在氧化过程中，会导致沥青针入度大幅度下降，因此为了得到合适针入度的沥青产品，通常会采用针入度较大的渣油，或者在针入度较小的沥青中加入抽出油、芳烃油、减压馏分油等作为氧化沥青原料针入度调节组分，会造成资源的浪费。此外，不同的软组分在组成上有一定差异，对氧化沥青性质也会有一定影响。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明以特定的两种基质沥青作为调合沥青原料，能够实现优势互补，使沥青的综合性能得到提高。
（2）通过吹风氧化，使沥青高低温性能得到显著提升，各项性能可达到 “哈萨克斯坦道路沥青”（CTPK 1373-2005）BND 40/60、BND60/90、BND 90/130、BND 130/200技术指标要求。
（3）本发明制备方法简单且成本低，采用废润滑油浓缩液代替传统的如：抽出油、芳烃油、减压馏分油等作为沥青的调合组分，不仅能减低生产成本，减少废润滑油对环境的污染，而且调合后的沥青经过氧化后，沥青的0℃延伸度、脆点等指标有显著的提升。
具体实施方式
下面将借助于实施例对本发明作进一步的说明，但以下实施例不构成对本发明的限制。其中所述的物料的百分含量为质量百分含量。
基质沥青
第一基质沥青为源于环烷基原油炼制的减压渣油制备的70号沥青和90号沥青；第二基质沥青为采用直馏工艺得到的高沥青质渣油。
上述第一基质沥青和第二基质沥青的具体性质见表1。其中第一基质沥青满足“道路石油沥青技术要求” （JTG F40-2004）中相应牌号A级技术指标要求。
表1基质沥青性质
| 项 目 | 第一基质沥青-1 | 第一基质沥青-2 |
| 针入度(25℃)/0.1mm | 70 | 91 |
| 针入度指数（PI） | -1.45 | -1.4 |
| 软化点，℃ | 46 | 45 |
| 延伸度(10℃)/cm | ＞150 | ＞150 |
| 延伸度(25℃)/cm | ＞150 | ＞150 |
| 闪点/℃ | ＞260 | ＞260 |
| 动力粘度(60℃)/Pa•s | 221 | — |
| 蜡含量(蒸馏法)，% | 0.7 | 0.71 |
| 薄膜烘箱试验(163℃，5h) | ||
| 质量变化，% | ≯0.8 | ≯0.8 |
| 针入度比，% | 88 | 85 |
| 延伸度(10℃)/cm | ＞150 | ＞150 |
| 沥青质，% | 0.6 | 0.6 |
| 符合标准 | 70A | 90A |
备注：PI值由15℃、25℃及30℃三点针入度回归得到。
续表1基质沥青性质
| 项 目 | 第二基质沥青-1 | 第二基质沥青-2 | 第二基质沥青-3 |
| 针入度(25℃)/0.1mm | 35 | 55 | 72 |
| PI值 | 1.55 | 1.46 | 1.3 |
| 软化点，℃ | 62 | 58 | 52 |
| 60℃动力粘度/Pa•s | 3100 | 840 | 503 |
| 脆点/℃ | -18 | -21 | -22 |
| 沥青质，% | 25 | 23.5 | 22 |
为了说明上述两种基质沥青调合后，能够实现优势互补，本发明采用第一基质沥青和第二基质沥青进行了调合。调合温度155℃，搅拌2h。参照哈萨克斯坦道路沥青标准对两种基质沥青进行了分析，结果见表2。调合沥青配比及主要性质见表3。
表2基质沥青主要性质（参照哈萨克斯坦道路沥青标准）
| 项目 | 第一基质沥青-1 | 第一基质沥青-2 | 第二基质沥青-3 |
| 针入度（25℃）/0.1mm | 70 | 91 | 72 |
| 针入度（0℃）/0.1mm | 19 | 20 | 33 |
| 软化点，℃ | 46 | 45 | 52 |
| 脆点，℃ | -13 | -14 | -22 |
| 延度(0℃，5cm/min)/cm | 0 | 0 | 5 |
| 延度(25℃，5cm/min)/cm | ＞150 | ＞150 | 82 |
| 闪点/℃ | 298 | 290 | 242 |
| 加热后软化点变化，℃ | 2.3 | 2.5 | 12.4 |
| 薄膜烘箱试验(163℃，5h) | |||
| 质量变化，% | ≯0.8 | ≯0.8 | ≯0.8 |
| 针入度比，% | 88 | 85 | 66 |
| 达标情况 | 不符合BND 60/90 | 不符合BND 90/130 | 不符合BND 60/90 |
从表2可以看出，第一基质沥青和第二基质沥青因各自组成特点，在0℃延度、脆点及加热后软化点变化、针入度比等方面具有很好的互补性。但参照哈萨克斯坦道路沥青标准，上述两种基质沥青均不能满足哈萨克斯坦道路沥青技术指标要求。
表3调合沥青配比及主要性质
| 项目 | 调合沥青1(第一基质沥青-2)/(第二基质沥青-2)=75/25 | 调合沥青2(第一基质沥青-1)/(第二基质沥青-1)=80/20 | 调合沥青3(第一基质沥青-1)/(第二基质沥青-3)=85/15 | 调合沥青4(第一基质沥青-1/(第二基质沥青-3)=75/25 | 调合沥青5(第一基质沥青-2/(第二基质沥青-3)=85/15 |
| 针入度（25℃）/0.1mm | 98 | 70 | 83 | 77 | 94 |
| 针入度（0℃）/0.1mm | 26 | 21 | 22 | 24 | 25 |
| 软化点，℃ | 42 | 47 | 44 | 45 | 43 |
| 脆点，℃ | -15 | -13 | -14 | -14 | -14 |
| 延度(0℃，5cm/min)/cm | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 延度(25℃，5cm/min)/cm | ＞100 | ＞100 | ＞100 | ＞100 | ＞100 |
| 闪点/℃ | 265 | 283 | 278 | 272 | 270 |
| 加热后软化点变化，℃ | 3.5 | 3.1 | 2.8 | 2.5 | 2.9 |
| 薄膜烘箱试验(163℃，5h) | |||||
| 质量变化，% | ≯0.8 | ≯0.8 | ≯0.8 | ≯0.8 | ≯0.8 |
| 针入度比，% | 73 | 80 | 76 | 78 | 74 |
| 达标情况 | 不符合BND 90/130 | 不符合BND 60/90 | 不符合BND 60/90 | 不符合BND 60/90 | 不符合BND 90/130 |
从表2、3可以看出，采用第一基质沥青和第二基质沥青进行调合，调合后的沥青综合了两种基质沥青各自的优势，但调合后的沥青性质仍然不能满足哈萨克斯坦道路沥青技术指标要求，为此本发明采用调合沥青作为氧化原料，进行吹风氧化，进而实现本发明的目的。
氧化原料的制备
将调合沥青加热融化后，加入适量的废润滑油浓缩液，升温至145℃，搅拌1h即得到氧化原料。其中废润滑油浓缩液1中饱和分：93%、芳香分：1%、胶质：3%、沥青质：3%。废润滑油浓缩液2中饱和分：91%、芳香分：1.5%、胶质：3.5%、沥3青质：4%。废润滑油浓缩液3中饱和分：94%、芳香分：1%、胶质：3%、沥青质：2%。由于25℃条件下的针入度较大，测试了氧化原料15℃条件下的针入度和软化点，结果见表4。
表4氧化原料配比及主要性质
| 项目 | 氧化原料1 | 氧化原料2 | 氧化原料3 | 氧化原料4 | 氧化原料5 | 氧化原料6 | 氧化原料7 |
| 调合沥青1，% | 80 | — | — | — | — | — | — |
| 调合沥青2，% | — | 85 | — | — | — | — | — |
| 调合沥青3，% | — | — | — | 75 | 80 | — | 90 |
| 调合沥青4，% | — | — | — | — | — | 80 | — |
| 调合沥青5，% | — | — | 75 | — | — | — | — |
| 废润滑油浓缩液1，% | 20 | — | — | 25 | 20 | 20 | 10 |
| 废润滑油浓缩液2，% | — | 15 | — | — | — | — | — |
| 废润滑油浓缩液3，% | — | — | 25 | — | — | — | — |
| 针入度（15℃）／0.1mm | 110 | 105 | 95 | 89 | 85 | 80 | 75 |
| 软化点，℃ | 28 | 30 | 32 | 33 | 34 | 34 | 36 |
为了更好的说明本发明的优点，采用芳烃油、减压馏分油作为沥青调合组分，制备了氧化原料，用于进行对比，结果见续表4。
续表4氧化原料配比及主要性质
| 项目 | 氧化原料8 | 氧化原料9 |
| 调合沥青3，% | 75 | 75 |
| 芳烃油，% | — | 25 |
| 减压馏分油，% | 25 | — |
| 针入度（15℃）／0.1mm | 95 | 90 |
| 软化点，℃ | 35 | 36 |
道路沥青的制备
实施例1
将氧化原料1加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度240℃、氧化风量0.13m3/(kg·h)、氧化时间240分钟。
实施例2
将氧化原料2加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度248℃、氧化风量0.16m3/(kg·h)、氧化时间280分钟。
实施例3
将氧化原料3加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度248℃、氧化风量0.16m3/(kg·h)、氧化时间280分钟。
实施例4
将氧化原料4加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度248℃、氧化风量0.16m3/(kg·h)、氧化时间280分钟。
实施例5
将氧化原料5加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度230℃、氧化风量0.15m3/(kg·h)、氧化时间300分钟。
实施例6
将氧化原料6加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度235℃、氧化风量0.13m3/(kg·h)、氧化时间240分钟。
实施例7
将氧化原料7加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度230℃、氧化风量0.10m3/(kg·h)、氧化时间180分钟。
对比例1
将氧化原料8加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度248℃、氧化风量0.16m3/(kg·h)、氧化时间280分钟。
对比例2
将氧化原料9加热融化，然后加入到间歇式氧化釜中，通入空气进行氧化。氧化温度248℃、氧化风量0.16m3/(kg·h)、氧化时间280分钟。
实施例和对比例沥青性质见表5。
表5实施例和对比例沥青性质
续表5实施例和对比例沥青性质
其中，表5中PI值是采用哈萨克斯坦国家道路沥青的相关方法计算得到的。
哈萨克斯坦国家道路沥青（CTPK 1373-2005）中针入度指数（PI值）与国内针入度指数（PI值）计算方法有所差异，哈萨克斯坦国家沥青针入度指数PI是采用针入度（25℃）和软化点进行回归得到。具体如下：A=（lg800-lgPT）/(T-25)，T：为软化点，PT：为25℃时沥青针入度；PI=（20-500A）/（1+50A）。
从表5中实施例和对比例可以看出，采用芳烃油或减压馏分油做为调合组分，采用氧化工艺，沥青性质虽然可以满足哈萨克斯坦道路沥青技术指标要求，但是与本发明的制备方法相比较，本发明制备的道路沥青不仅可达到“哈萨克斯坦道路沥青”（CTPK 1373-2005）BND 40/60、 BND 60/90、BND 90/130及BND 130/200技术指标要求，而且表征低温性能的脆点、0℃针入度、0℃延伸度指标均远远优于对比例，说明本发明制备的道路沥青具有更优异的低温性能。
Claims (11)
1.一种道路沥青，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：
调合沥青 70%～95%；
废润滑油浓缩液 5%～30%；
所述调合沥青，以质量百分数计，包括如下组分：
第一基质沥青 65%～90%；
第二基质沥青 10%～35%；
所述第一基质沥青源自单一环烷基原油炼制的直馏沥青和/或减压渣油，所述的第一基质沥青的沥青质含量为1.0wt%以下，蜡含量为1.0wt%以下，PI值为-1.5～-0.5，25℃针入度为60～100 1/10mm；所述的第二基质沥青为一种采用直馏或氧化工艺得到的高沥青质渣油，所述的第二基质沥青的沥青质含量为20wt%以上，PI值＞0.5，软化点为50℃以上，60℃动力粘度为150Pa·s以上；
所述道路沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将第一基质沥青和第二基质沥青混合，得到调合沥青；
（2）在步骤（1）得到的调合沥青中加入废润滑油浓缩液，加入到间歇式氧化釜中氧化；
（3）氧化结束后，赶走残余在沥青的氧气，得到改性道路沥青。
2.根据权利要求1所述的道路沥青，其特征在于，以质量百分数计，包括如下组分：
调合沥青 75%～90%；
废润滑油浓缩液 10%～25%。
3.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，所述调合沥青，以质量百分数计，包括如下组分：
第一基质沥青 75%～85%；
第二基质沥青 15%～25%。
4.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，以质量百分数计，废润滑油浓缩液中包含：饱和分：90%～95%、芳香分：0.1%～2%、胶质：1%～4%、沥青质：1%～4%。
5.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，赶走残余氧气的方法为通入氮气进行气提，或采取搅拌方式进行搅拌。
6.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，步骤（1）中第一基质沥青和第二基质沥青混合后加热并搅拌，所述的加热为加热到140～165℃，所述的搅拌时间为1.5～4h。
7.根据权利要求6所述的道路沥青，其特征在于，步骤（1）中第一基质沥青和第二基质沥青混合后加热并搅拌，所述的加热为加热到150～160℃，所述的搅拌时间为2～3h。
8.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，步骤（2）中加入到间歇式氧化釜之前进行加热并搅拌，所述的加热为加热到130～180℃，所述的搅拌时间为0.3～3h。
9.根据权利要求8所述的道路沥青，其特征在于，步骤（2）中加入到间歇式氧化釜之前进行加热并搅拌，所述的加热为加热到140～150℃，所述的搅拌时间为0.5～1h。
10.根据权利要求1或2所述的道路沥青，其特征在于，步骤（2） 中所述的氧化为通入空气进行氧化，氧化条件为：氧化温度200～300℃、氧化风量0.05～0.25 m3/（kg·h）、氧化时间150～300分钟。
11.根据权利要求10所述的道路沥青，其特征在于，氧化条件为：氧化温度225～250℃、氧化风量0.08～0.16m3/（kg·h）、氧化时间180～280分钟。
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| CN201910793570.3A CN112442279B (zh) | 2019-08-27 | 2019-08-27 | 一种道路沥青及其制备 |
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