一种防裂沥青再生剂及其制备方法和再生沥青与流程

1.本发明涉及沥青再生技术领域，特别是涉及一种防裂沥青再生剂及其制备方法和再生沥青。


背景技术：

2.沥青路面是现阶段应用最广泛的路面形式，随着使用年限的增长，受环境影响沥青会逐渐老化，路面上沥青材料发生老化后使得沥青路面的路用性能降低，出现隆起、坑洼或裂痕的现象。由于沥青老化影响到沥青路面的耐久性，所以沥青老化问题一直是国内外研究的重点。
3.从沥青组分和胶体结构变化来分析沥青的老化机理，发现沥青老化的本质是组分的定向迁移，具体为较小分子量的组分向大分子量的组分迁移转化，最终导致比例失调，性质裂化。如沥青组分中的芳香分分子量最小，极易挥发，由于其分子结构中存在许多不饱和键，因此性质不稳定，化学性质易发生变化，逐步向胶质迁移、转化。胶质和沥青质则因各自特殊的结构会在光、热等因素作用下发生明显的性质、结构变化和转化，即胶质向沥青质转化，沥青质转化为相对更大分子量的成分。因此，沥青的老化过程，即为芳香分
→
胶质
→
沥青质的单向转化过程，使沥青中的轻组分减少，而沥青质越来越高，最终导致沥青质性能逐步裂化。
4.本技术就是在分析上述沥青老化机理基础上，创设的一种防裂沥青再生剂及其制备方法和再生沥青，使其具有与老化沥青性能互补的软化点低、胶质和芳香烃含量高且抗低温性能好的特点，以增加老化沥青的粘合性、柔韧性、低温弹性和延伸性能，恢复老化沥青的性能，防止路面开裂，延长路面使用时间，解决旧路面沥青废弃造成的环境污染和新资源不断开采造成的生态环境破坏，节约资源，保护生态环境，成为当前业界极需改进的目标。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种防裂沥青再生剂，使其具有与老化沥青性能互补的软化点低、胶质和芳香烃含量高且抗低温性能好的特点，以增加老化沥青的粘合性、柔韧性、低温弹性和延伸性能，防止路面开裂，延长路面使用时间，节约资源，保护生态环境，从而克服现有的路面沥青的不足。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种防裂沥青再生剂，包括如下质量配比的组分：饱和烃25％～40％、芳香烃30％～50％、胶质13％～25％、沥青质2％～8％。
7.进一步改进，所述再生剂的制备方法为：通过原料油在常减压装置中得到的减三线油、减四线油和减底渣油按比例混合得到，其中，减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例为：减三线油25％～33％，减四线油10％～20％，减底渣油45％～60％。
8.进一步改进，所述原料油采用环烷基原油。
9.进一步改进，所述原料油在常减压装置中的生产过程包括：电脱盐、初馏塔、馏出
石脑油后，初底油分四路进入常压炉、常压塔，馏出常一线油、常二线油、常三线油后，常底油进入减压炉、减压塔，馏出减顶油、减一线油、减二线油、减三线油、减四线油，剩余为减底渣油。
10.进一步改进，所述原料油在常减压装置的生产过程中常压炉的出口温度控制在360～365℃，塔顶压力为0.008mpa，减压炉的出口温度控制在370～380℃，塔顶压力为
‑
96.6kpa，减一线油的馏出温度为108～118℃，减二线油的馏出温度为245～255℃，减三线油的馏出温度为295～305℃，减四线油的馏出温度为350～360℃。
11.进一步改进，所述减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例是根据对所述减三线油、减四线油和减底渣油中的四组分含量、60℃运动黏度、闪点、软化点、延伸度、针入度、低温柔性或tfot后指标检测分析后得到。
12.作为本发明的又一种改进，本发明提供一种防裂沥青再生剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)选取含蜡量低，含环烷烃、芳香烃、胶质含量高的原料油；(2)所述原料油进入常减压装置，依次经过电脱盐，初馏塔，馏出石脑油后，初底油分四路进入常压炉、常压塔，馏出常一线油、常二线油、常三线油后，常底油进入减压炉、减压塔，馏出减顶油、减一线油、减二线油、减三线油、减四线油，剩余为减底渣油；(3)根据得到的所述减三线油、减四线油和减底渣油中四组分含量、60℃运动黏度、闪点、软化点、延伸度、针入度、低温柔性或tfot后指标检测分析，得出所述减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例，使混合后的所述防裂沥青再生剂中包括如下质量配比的组分：饱和烃25％～40％、芳香烃30％～50％、胶质13％～25％、沥青质2％～8％。
13.进一步改进，所述步骤(1)中原料油采用环烷基原油；所述步骤(2)中常压炉的出口温度控制在360～365℃，塔顶压力为0.008mpa，减压炉的出口温度控制在370～380℃，塔顶压力为
‑
96.6kpa，常一线油的馏出温度为175～185℃，常二线油的馏出温度为250～260℃，常三线油的馏出温度为295～305℃，减一线油的馏出温度为108～118℃，减二线油的馏出温度为245～255℃，减三线油的馏出温度为295～305℃，减四线油的馏出温度为350～360℃。
14.进一步改进，所述步骤(3)中减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例为：减三线油25％～33％，减四线油10％～20％，减底渣油45％～60％。
15.作为本发明的另一种改进，本发明还提供一种再生沥青，所述再生沥青由上述的防裂沥青再生剂与老化沥青混合而成。
16.采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
17.本发明通过对老化沥青的老化机理分析，采用含蜡量低，含环烷烃、芳香烃、胶质含量高的原料油，经过常减压装置，得到含沥青四组分含量不同的减三线油、减四线油和减底渣油，然后根据减三线油、减四线油和减底渣油中四组分含量、60℃运动黏度、闪点、软化点、延伸度、针入度、低温柔性或tfot后指标检测分析，得出减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例，使混合后的防裂沥青再生剂中包括25％～40％质量配比的饱和烃、30％～50％质量配比的芳香烃、13％～25％质量配比的胶质和2％～8％质量配比的沥青质，得到的该防裂沥青再生剂具有与老化沥青性能互补的软化点低、胶质和芳香烃含量高且抗低温性能好的特点，以增加老化沥青的粘合性、柔韧性、低温弹性和延伸性能，防止路面开裂，延长路面使用时间，解决旧路面沥青废弃造成的环境污染和新资源不断开采造成的生态环境
破坏，节约资源，保护生态环境。
附图说明
18.上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
19.图1是本发明生产制备防裂沥青再生剂的常减压装置的结构示意图。
20.图2是环烷基原油得到的防裂沥青再生剂的色谱图。
21.图3是中间基原油得到的防裂沥青再生剂的色谱图。
具体实施方式
22.沥青的化学组分和沥青的物理性质与路用性能有着密切的关系。沥青中，饱和烃属于非极性油分，主要是直链和支链的烷烃与环烷烃的混合物，对沥青起润滑和软化的作用。芳香烃是沥青质的分散介质，其与饱和烃一起构成连续相，使胶质、沥青质能稳定分散在沥青中，共同赋予沥青的流动性。胶质的含量与沥青的延伸度成正比关系，胶质的质量分数越大，沥青的延伸度越大，对沥青的粘结力、可塑性、延度有很大的影响，由于胶质的极性较强，使得沥青有良好的塑性和黏附性，能够提高沥青的延伸度，所以当沥青中的胶质含量增加时，延伸度也随之增大。沥青质是沥青液态组分的增稠剂，含量的多少影响沥青的粘滞性及温度稳定性。
23.本实施例防裂沥青再生剂利用常减压装置生产减三线油、减四线油和减底渣油，并根据各自组分的含量和特性，按一定比例混合后，制得与老化沥青性能互补的再生剂，使其能增加老化沥青的粘合性、柔韧性、低温弹性和延伸性能，恢复老化沥青的性能，防止路面开裂，延长路面使用时间。其具体的实施例如下。
24.参照附图1所示，本实施例防裂沥青再生剂的制备方法包括如下步骤：
25.(1)首先，选取合适的原料油，要求原料油为含蜡量低，环烷烃、芳香烃、胶质含量高的原油。
26.原油中烃类主要分为烷烃、环烷烃和芳香烃。根据烃类成分的不同，可将原油分为石蜡基原油、中间基原油和环烷基原油三类。其中，石蜡基原油含烷烃较多，环烷基原油中含环烷烃、芳香烃较多，中间基原油介于两者之间。本实施例选用中间基原油和环烷基原油进行试验，以期选出合适制备该防裂沥青再生剂的原料油。
27.(2)将原料油送入常减压装置，依次经过电脱盐，初馏塔，根据原油中不同沸点范围的组分，馏出石脑油后，初底油分四路进入常压炉、常压塔，馏出常一线油、常二线油、常三线油，得到汽油、煤油、柴油和燃料油等产品，常底油进入减压炉、减压塔，馏出减顶油、减一线油、减二线油、减三线油、减四线油，剩余为减底渣油。
28.其中，常减压装置的炼制工艺为：根据油品的沸点不同，首先将分子量较轻的沸点较低的，易于挥发的轻馏分分馏出来，分子量重的沸点较高的不易挥发的，通过热蒸馏，切割成不同沸点范围的馏出物组分。如沸点为170℃为汽油馏分，是含有c5～c
11
的烃类；沸点170℃～360℃的是柴油馏分，是含有c
11
～c
20
的烃类；沸点360℃～500℃的是蜡油馏分，是含有c
20
～c
36
的烃类；沸点500℃以上的为渣油馏分。
29.本实施例中采用初馏塔提压方案，将原料油中的轻烃在稍加压力的条件下溶在初
顶油中，初顶油进入闪蒸塔，这种馏分油为石脑油；初底油再进入常压塔的某合适部位，常压塔的主要作用是切割350℃以前的馏分。常底油中的重质馏分油进入减压塔，依次为减顶油、减一线油、减二线油、减三线油、减四线油，剩余为减底油也就是减底渣油。
30.生产过程中加工温度至关重要，常压炉的出口温度应该控制在360～365℃，塔顶压力为0.008mpa。减压炉的出口温度应该控制在370～380℃，塔顶压力为
‑
96.6kpa。常一线油的馏出温度为175～185℃，常二线油的馏出温度为250～260℃，常三线油的馏出温度为295～305℃，减一线油的馏出温度为108～118℃，减二线油的馏出温度为245～255℃，减三线油的馏出温度为295～305℃，减四线油的馏出温度为350～360℃。
31.表1和表2是对生产过程中不同原料油品在不同阶段操作温度变化的具体实例。
32.表1 生产过程中不同原料油品在不同阶段的操作温度变化情况
[0033][0034]
表2 生产过程中不同原料油品在不同阶段的操作温度变化情况
[0035][0036]
(3)根据得到的减三线油、减四线油和减底渣油中四组分含量、60℃运动黏度、闪点、软化点、延伸度、针入度、低温柔性或tfot后指标检测分析，得出减三线油、减四线油和减底渣油的混合比例，使混合后的所述防裂沥青再生剂中包括如下质量配比的组分：饱和烃25％～40％、芳香烃30％～50％、胶质13％～25％、沥青质2％～8％。
[0037]
本实施例对中间基原油和环烷基原油产生的减三线油、减四线油和减底渣油中的饱合烃、芳香烃、胶质和沥青质含量检测，检测结果见下表3。
[0038]
表3 不同原料油生产的减压线油中四组分数据的对比结果
[0039][0040]
从上表3可以看出：环烷基原油与中间基原油经过加工后减压线油中胶质含量和芳香烃含量大有不同，环烷基原油比中间基原油中的胶质含量、芳香烃含量都要高。表明由环烷基原油制备得到的减三线油和减四线油中的胶质、芳香烃含量高，适合与减底渣油混合，达到相互融合互补，并能与老化沥青互补，提高路面的抗老化性能，满足沥青的弹性和延伸性能，增加沥青的低温柔性，使其在低温下不开裂，延长路面的使用时间，达到理想的效果。
[0041]
故，选择环烷基原油作为该防裂沥青再生剂的原料油。
[0042]
本实施例还对中间基原油和环烷基原油产生的减三线油、减四线油中的密度、闪点、100℃运动黏度进行检测，检测结果见下表4和表5。以及对中间基原油和环烷基原油产生的减底渣油进行软化点、针入度和60℃动力黏度进行检测，结果见下表6。
[0043]
表4 不同原料油生产的减三线油中各检测指标的对比结果
[0044][0045][0046]
表5 不同原料油生产的减四线油中各检测指标的对比结果
[0047][0048]
从表4和表5可看出，无论是减三线油还是减四线油中，环烷基原油的密度均比中间基原油密度大，闪点低且运动黏度降低，保证沥青产品的胶质含量高、延伸度和针入度合格。
[0049]
表6 不同原料油生产的减底渣油中各检测指标的对比结果
[0050][0051]
从表6可看出，环烷基原油的软化点较高，针入度较低，60℃动力黏度高，表明其中沥青质含量较高，该结果与上述表3中结果一致。
[0052]
根据得到的减三线油、减四线油和减底渣油的各指标情况，参照以下指标进行不同的比例调和，参考的指标包括：
[0053]
硬性指标：四组分(特别是胶质和芳香烃)是否在范围之内，60℃运动黏度、闪点是否符合要求；
[0054]
基础指标：软化点、延伸度、针入度；
[0055]
附加指标：低温柔性，tfot后指标。
[0056]
参照上述指标，经过减三线油、减四线油和减底渣油不同比例的调和，使最终得到的防裂沥青再生剂中的四组分含量满足要求：饱和烃25％～40％、芳香烃30％～50％、胶质13％～25％、沥青质2％～8％。
[0057]
该沥青再生剂中饱和烃含量决定沥青的稳定性。饱和分含量不宜过多，若饱和分过多，使沥青中分散介质的芳香度降低，不能形成稳定的胶体分散体系。饱和分的含量应控制在25％～40％。
[0058]
芳香烃含量决定沥青的相容性，芳香烃的存在，使胶体体系易于稳定。本发明芳香烃含量控制在30％～50％之间，使沥青中的芳香度含量不易于流失，增加流动性，使得沥青在低温下不易开裂。
[0059]
胶质含量决定沥青的粘结性和延伸性。胶质有较好的塑性和黏附性，是沥青中必不可少的组分，它能使沥青质稳定的交融于沥青中。若胶质含量过高，会降低产品的延伸
度，故本发明控制在13％～25％为优。
[0060]
沥青质对软化点的影响最大，随着沥青质含量的增加，软化点增加，高温黏度增加，针入度降低，塑性变差，故本发明控制沥青质含量为2％～8％。
[0061]
指标中闪点的温度决定施工的安全，薄膜烘箱试验(抗老化)决定沥青的抗老化性能、耐久性，低温柔性决定沥青在低温环境中的开裂程度。
[0062]
经发明人研究，在上述的常减压工艺作用下，其得到的减三线油、减四线油和减底渣油的调配比例如下时能够满足沥青再生剂中四组分的要求。减三线油、减四线油和减底渣油的调配比例为：
[0063]
减三线油
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
25％～33％，
[0064]
减四线油(橡胶油)
ꢀꢀꢀꢀ
10％～20％，
[0065]
减底渣油
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
45％～60％。
[0066]
附图2示出了环烷基原油按照上述配比得到的一种防裂沥青再生剂的色谱图，其中，沥青质含量为3.54％，胶质含量为21.41％，芳香烃含量为45.70％，饱和烃含量为29.36％。
[0067]
附图3示出了中间基原油按照上述配比得到的一种防裂沥青再生剂的色谱图，其中，沥青质含量为1.78％，胶质含量为14.48％，芳香烃含量为42.29％，饱和烃含量为41.45％。经对比，可知环烷基原油得到的防裂沥青再生剂中胶质和芳香烃的含量高，进一步证明是沥青再生剂的优选。
[0068]
沥青在运输、施工长期荷载的反复过程中，使得组分比例失调，胶体结构改变，流变性质发生变化，老化过程逐渐加深，导致沥青性能逐步衰变。沥青老化的本质是组分的定向迁移，具体是较小分子量组分向大分子量组分的迁移转化，最终导致比例失调，性质裂化。沥青组分中的饱和烃因其分子结构多由饱和键组成，性质较稳定，结构和数量变化不大；而芳香烃分子量最小，极易挥发，由于其分子结构中存在许多不饱和键，因此性质不稳定，化学性质易发生变化，逐步向胶质迁移、转化。胶质和沥青质则因各自特殊的结构会在光、热等因素作用下发生明显的性质、结构变化和转化，即胶质向沥青质转化，沥青质转化为相对更大分子量的成分。因此，沥青的老化过程即为芳香烃
→
胶质
→
沥青质的单向转化过程，使沥青中的轻组分减少，而沥青质越来越高，最终导致沥青质性能逐步裂化。
[0069]
沥青的再生是沥青老化的逆过程，本发明防裂沥青再生剂就是利用沥青老化机理，制备出的一种与老化沥青性能互补的沥青再生剂。该防裂沥青再生剂使用时，根据老化沥青的实际老化情况，与老化沥青混合调配，即在已老化的沥青中加入上述防裂沥青再生剂，得到防老化开裂效果好，又符合路用性能好的再生沥青。
[0070]
表7给出了由本技术沥青再生剂制成的再生沥青与现有道路沥青70号的各指标检测结果对比。
[0071]
表7 本技术制备的再生沥青与道路沥青70号的各指标检测结果对比
[0072][0073]
从表7可看出，本发明再生沥青的沥青质的胶溶能力较好，从沥青本质的胶体结构角度证明了该再生沥青的优越性能。还从低温柔性、tfot的10℃延度指标看，本发明再生沥青在低温
‑
26℃时不开裂，延伸度好。从高温稳定性，低温抗裂性，耐久性等方面均能看出本发明再生沥青具有良好的路用性能。
[0074]
本发明防裂沥青再生剂软化点低，胶质、芳香烃含量高，抗低温性能好，与老化沥青起到互补作用。因为老化沥青的软化点高，黏度和延伸性能减退，经过长时间的荷载、风吹、日晒，环烷烃和胶质逐渐转向沥青质，沥青质含量高，沥青变脆，黏合性和延伸性能发生退变，容易开裂、变形、隆起和出现坑洼。结合本发明防裂沥青再生剂后，能起到增加老化沥青黏合性和柔韧性，提高路面的抗老化性能，满足沥青的弹性和延伸性能，增加沥青的低温柔性，使其在低温下不开裂。延长路面的使用时间，达到理想的效果。
[0075]
本发明再生沥青能真正解决旧路面上覆盖新路面材料，引起路面抬高，影响周围环境的问题，以及避免由于剔除破旧面层，产生大量的废弃旧沥青混合料，造成严重的环境污染问题，还能减少新石料的开采，避免水土流失，保护生态环境，有效节约资源。
[0076]
本发明防裂沥青再生剂不但能增加公司的经济效益和社会效益，同时还填补了利用该常减压装置生产沥青再生剂的空白，解决了诸多能效、环保问题。
[0077]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。