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        硬質瀝青的發展及性能比較

        來源:湖北正康科技股份有限公司 時間:2016-04-25 瀏覽: 2,685 次  

        高模量瀝青混合料已在法國、英國等國家受到重視,并于道路路面工程中廣泛應用,其優良的抗車轍性能和耐久性延長了路面使用壽命,揮出了優異的經濟效益和社會效益。隨著該技術理念引人我國,近幾年國內道路工程界進行了一些卓有成效的工程實踐,有些地方已經提出了相應的高模量瀝青混凝土技術標準,各種高模量外加劑也層出不窮;但在實際應用的便宜和質量控制上,硬質瀝青的使用仍是一個重要的材料技術面,一些石化部門紛紛開發出低標號硬質瀝青,主要為針入度30 1/10mm的硬質瀝青。長遠來看,高模量技術是解決高等級路面車轍和耐久性不足的有效措施,也是推廣和應用硬質瀝青的良好契機。

        硬質瀝青

        硬質瀝青

        所謂硬質瀝青,有文獻限定在25℃針入度小于25 1/10mm,有的文獻則將50號以下的瀝青統稱為硬質瀝青,也有將定義為針人度20-60 1/10mm的瀝青,因此它并不是一個嚴格的概念。除外加劑技術外,硬質瀝青可存在多種獲得工藝,并表現出不同的路用特點,如天然瀝青、聚烯烴類改性、瀝青的氧化工藝、復合改性等技術,法國研究即表明氧化工藝生產的硬瀝青路用性能較差。因此,不同獲取方法到的硬質瀝青有著不同的路用特點,如高低溫性能綜合等。本研究基于我們近年的不同類型的硬質瀝青檢測、研究數據,結合我國行業技術準,分析和對比各種硬質瀝青的綜合性能,為其應用和推廣提供一些有益參考數據。

        低標號道路石油瀝青

        受傳統應用理念的影響,國內低標號瀝青的應用尚不普及,且行業規范某些技術要求需要商榷。通過比較歐盟瀝青標準EN12591和我國JTGF40中的50號和30號標準來看,兩者都是按照針入度分級,將軟化點和60℃黏度作為高溫性能指標;但歐盟有老化樣品的軟化點指標及變化率要求,JTGF40尚無;同時對低溫性能的評價要求不同,歐洲以脆點作為評價指標,我國則以延度作為評價指標。而法國的高模量瀝青技術要求引入了流變學評價手段,對瀝青的高低溫都提出了較高的要求;我國在此方面還未提出相應的規范標準。

        對于市面上存在30、50號瀝青而言,包括建筑瀝青、道路石油瀝青,其低溫延展性能一般是不理想的,很多不能滿足JTG F40中的延度要求。我們統計的一些低標號瀝青針入度延度關系曲線,可以知延度指標隨著針入度的降低基本呈現指數衰減狀態,針入度20~40 1/10mm范圍內的硬質瀝青15℃延度多在2-20cm范圍,與JTG F40中要求的50cm(A\B級)、20cm(C級)最低要求差距甚大;又中石化以中東原油和塔河稠油為原料,采用蒸館、氧化、溶劑脫瀝青及調和工藝生產的30號瀝青,也未能解決這個問題,僅強調高溫性能對15℃延度不做要求。因此,我國行業標準對低標號道路石油瀝青需要做出一定的技術范圍調整,如適當地提高延度要求。

        另外,這種高低溫性能的矛盾在瀝青性能分級中也得到體現。實驗室對某品牌30、50、70、90號基質瀝青檢測表明,四種瀝青的性能等級依次分別為PG76-16、PG70-22、PG70-22、PG64-28;30號瀝青高溫性能顯著,但其低溫性能不理想,耐疲勞性能差。四個標號瀝青的高低溫性能對比,它表明了當瀝青針入度在50 1/10mm以下時,高溫性能(車轍因子G*/sinδ)迅速增長,但低溫性能(蠕變速率m)也迅速衰減。因此,從一個理想的瀝青膠結料條件來看,低溫性能不良是30號道路瀝青最大的缺點,也是其在過去應用受限的原因。

        天然瀝青改性瀝青

        利用天然瀝青與基質瀝青混合,也可以得到一些低標號的硬質瀝青,在使用上多限制針入度30 1/10mm附近。國外研究與工程應用認為高熔點天然瀝青作為改性劑,可顯著改善瀝青混合料的高溫穩定性、抗水損壞和抗老化性能,其中以特拉尼達湖瀝青(TLA)和北美天然巖瀝青應用最為成熟廣泛。近年來我國已探明新疆、四川等地存在豐富的天然巖瀝青資源,應用研究表明其路用性能與國外天然瀝青相當或更好。但是不同天然瀝青有著不同的物質組成和物理性質,對石油瀝青的改性效果也不盡相同,也帶來不同的應用性價比。三種天然瀝青的瀝青質含量差異明顯,加之一些有機不溶物的存在和含量不同,對基質瀝青的改性效果上將有顯著不同。

        對幾種天然瀝青產品進行了實驗室摻配試制,獲取了其針入度、軟化點、延度指標。表明:不同天然瀝青對基質瀝青改性的凝膠化程度(針入度指數PI)是不同的,從而造成不同的改性特征,主要體現在稠度、延展等方面。在摻加同一比例的條件下,青川巖瀝青改性瀝青要比其它兩種天然瀝青改性瀝青具有更高的軟化點和黏度,較低的針入度等指標,其5%-10%摻量可以使改性瀝青處于30號瀝青范圍;而阿爾及利亞和布頓巖瀝青達到相應針入度等級時分別需要15%、25%以上的摻量(布頓巖瀝青在摻量25%時還沒有使針入度降低在50 1/10mm以下)。這就說明不同組成、性質的天然瀝青,在同樣的工藝條件下,在同一基質瀝青中的溶解性能、相容性能等方面具有差別,并現出不同的瀝青改性效果;對于一些質軟的天然瀝青,利用提高摻量的方法進行硬質瀝青的加工,可能帶來性價比的降低。

        盡管天然瀝青都會帶來針人度的降低、軟化點的升高,但其共同的特點還有延度指標迅速衰減的現象,這也是很多文獻證實的問。阿爾及利亞和青川巖瀝青在針人度30 1/10mm附近時,延度都不會達到JTG F40中要求的C級20cm的低限要求。從這個意義上講,天然瀝青改性制備的低標號瀝青與低標號道路石油瀝青共同的缺點,即并不能保證一個優良的低溫性能。

        復合改性硬質瀝青

        如何使得硬質瀝青高溫性能得到保證,又不降低瀝青低溫性能或至少不產生消極影響,是很多科研機構重視的優化內容。近兩年,復合改性擁青的概念被廣泛關注,它一般是指利用兩種以上的改性劑對基質瀝青進行改性以獲取良好的高低溫綜合性能,一般情況常常選擇SBS與天然瀝青進行對道路石油瀝青進行改性。

        合理的SBS、巖瀝青復配比例,可以使改性瀝青達到30號瀝青針入度等級,軟化點多達70℃以上(這是普通30號瀝青、天然瀝青改性瀝青所不能達到的軟化點高度);而且,這種復合改性瀝青具有較好的低溫延度,所有樣品的10℃延度均能滿足JTG F40中30號瀝青的技術要求,即使在短期老化后,仍然保持一定的5℃延度和良了的10℃延度,這是30號瀝青和天然瀝青改性瀝青所不能達到的延度效果。相應地,這種復合改性瀝青的PG性能等級也得到綜合改善,高溫等級均可達到82℃以上,低溫等級在-16℃,相對普通30號瀝青和天然瀝青改性瀝青有著更好的綜合高、低溫性能。

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