導(dǎo)語：不同工藝制備瀝青性能分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】通過常規(guī)方法和SHRP膠結(jié)料性能評價(jià)方法，對某中間基原油為原料制備的直餾瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青和SBS改性瀝青的性能進(jìn)行了考察。研究結(jié)果表明：其直餾瀝青的使用性能較差，SBS改性瀝青和催化氧化瀝青的高低溫性能、抗疲勞開裂性能較好；氧化瀝青的使用性能優(yōu)于直餾瀝青。建議對直餾瀝青的性能加以改善。

【關(guān)鍵詞】直餾瀝青；氧化瀝青；催化氧化瀝青；SBS改性瀝青；使用性能

目前，常用的道路瀝青生產(chǎn)工藝大體上可包括三種：第一種是物理方法，如原油常減壓蒸餾工藝和調(diào)合工藝等，其生產(chǎn)的直餾瀝青和調(diào)合瀝青也是當(dāng)前我國用于鋪設(shè)公路最多的瀝青產(chǎn)品，幾乎占到了80%的份額；第二種屬于化學(xué)改性方法，如吹空氣氧化工藝、催化氧化和酸改性工藝等，我國在上世紀(jì)90年代較多采用氧化（半氧化）工藝生產(chǎn)道路瀝青[1]，但由于氧化尾氣處理和生產(chǎn)成本等原因，目前除對生產(chǎn)特殊要求的瀝青產(chǎn)品偶有使用外，用于一般道路瀝青的生產(chǎn)已幾乎絕跡；第三種是聚合物改性方法，比如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、丁苯橡膠（SBR）、廢輪胎膠粉等改性工藝，其中SBS改性瀝青近年來用于鋪筑高等級(jí)公路面層的增長速度較快，使用量相對較大，約占道路瀝青總量的20%。盡管如此，如果不考慮其他因素，而按瀝青的性能考察上述幾種道路瀝青，及其對瀝青路面性能的影響，哪種工藝生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品更適合于相應(yīng)的瀝青混凝土，其使用性能到底如何，就需要進(jìn)行深入的研究，以便根據(jù)不同的場合合理選擇相應(yīng)的產(chǎn)品，從而提高路面質(zhì)量和壽命。鑒于此，本文用某中間基原油為原料，通過常規(guī)方法和SHRP膠結(jié)料性能評價(jià)方法[2]，對直餾瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青和SBS改性瀝青的性能進(jìn)行了考察。在此基礎(chǔ)上，針對我國實(shí)際情況，提出了道路瀝青的生產(chǎn)和應(yīng)用建議。

1試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原料。中間基原油，來自于哈薩克斯坦油田；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS），工業(yè)級(jí)，天津樂金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司；減壓渣油，自制。1.2試驗(yàn)儀器。RheoStress6000型動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR），德國HAAKE公司；TE-BBR-F型彎曲梁流變儀（BBR）、CT-2000F型動(dòng)力黏度測定儀，美國CANNON公司；YKA-100LT型高速剪切設(shè)備，上海依凱機(jī)械制造有限公司；PNR12型針入度儀、RKA5型軟化點(diǎn)測定儀、BPA4型脆點(diǎn)儀、T6060型薄膜烘箱（TFOT），德國Petrotest公司；CS325-B型旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT），美國JamesCox＆Sons公司；9900型壓力老化儀，美國PrentexAlloyFabricators公司。1.3試驗(yàn)制備。通過將某中間基原油進(jìn)行常減壓蒸餾，并控制溫度和真空度，使其針入度符合相應(yīng)牌號(hào)要求而得到直餾瀝青。將適宜拔出深度的減壓渣油在一定溫度下通入一定量的空氣，并控制氧化時(shí)間得到氧化瀝青。將減壓渣油在一定溫度下通入空氣，同時(shí)加入一定量的某種酸作為催化劑，并控制氧化時(shí)間得到催化氧化瀝青。用減壓渣油（直餾瀝青）作原料，加入SBS后通過高速剪切設(shè)備進(jìn)行粉碎研磨，之后加入穩(wěn)定劑并進(jìn)行反應(yīng)發(fā)育后得到SBS改性瀝青。1.4測定或表征。（1）技術(shù)指標(biāo)：按照J(rèn)TGF40—2004標(biāo)準(zhǔn)，對直餾瀝青和SBS改性瀝青以A級(jí)瀝青和聚合物改性瀝青進(jìn)行測定；按照CTPK1373—2005標(biāo)準(zhǔn)，對氧化瀝青和催化氧化瀝青進(jìn)行測定。（2）針入度：用針入度儀分別側(cè)定25℃和0℃時(shí)的針入度，0℃針入度可表征瀝青的低溫性能。（3）環(huán)球法軟化點(diǎn)：用軟化點(diǎn)儀測定，表征瀝青的高溫性能。（4）弗拉斯脆點(diǎn)：用脆點(diǎn)儀測定，表征瀝青的低溫性能。（5）動(dòng)力黏度：用動(dòng)力黏度測定儀測定60℃黏度，表征高溫性能。（6）抗老化性能：薄膜烘箱加熱老化后的瀝青針入度與原樣針入度之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即得到針入度比，表征抗老化性能。（7）流變學(xué)性能：由DSR測定瀝青RTFOT前后的復(fù)數(shù)剪切模量G*和相位角δ，用G*/sinδ表征高溫性能；用RTFOT前后G*/sinδ的變化，表征抗老化性能；用BBR測定瀝青RTFOT、壓力老化后的蠕變勁度S和蠕變速率m，表征低溫性能。

2結(jié)果與討論

通過對上述方法制備的直餾瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青和SBS改性瀝青按相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析檢測。其中，直餾瀝青符合我國交通部JTGF40—2004標(biāo)準(zhǔn)中110A和90A瀝青技術(shù)要求，氧化瀝青符合哈薩克斯坦CTPK1373—2005標(biāo)準(zhǔn)中BND90/130和BND60/90標(biāo)準(zhǔn)要求，催化氧化瀝青除加熱后軟化點(diǎn)變化指標(biāo)較高而不合格外，其他指標(biāo)符合哈薩克斯坦CTPK1373—2005標(biāo)準(zhǔn)中BND90/130和BND60/90標(biāo)準(zhǔn)要求，SBS改性瀝青符合我國交通部JTGF40—2004中Ⅰ-A、Ⅰ-B和Ⅰ-C技術(shù)要求。道路瀝青的使用性能一直是道路工作者和瀝青科研人員最為關(guān)心的問題。盡管目前評價(jià)瀝青使用性能的一些方法尚存在著一定的局限性，但以針入度和軟化點(diǎn)等指標(biāo)來測試是常規(guī)的方法，以及通過SHRP方法中的PG規(guī)范進(jìn)行評價(jià)，都能不同程度反映出瀝青使用性能的好壞[3-4]。因此，下面分別用常規(guī)和SHRP膠結(jié)料性能評價(jià)方法對上述四種瀝青的使用性能進(jìn)行評價(jià)。2.1常規(guī)指標(biāo)評價(jià)。為了直觀地對比不同工藝生產(chǎn)的瀝青性質(zhì)差別，將直餾、氧化、催化氧化以及SBS改性四種工藝制備的瀝青常規(guī)主要指標(biāo)進(jìn)行對比，如表1所示。2.1.1高溫性能代表高溫性能的軟化點(diǎn)和60℃動(dòng)力黏度指標(biāo)由小到大的順序是：直餾瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青、SBS改性瀝青。這表明對于高溫性能而言，直餾瀝青最差，SBS改性瀝青最好，氧化和催化氧化瀝青居中。2.1.2低溫性能對于低溫性能，四種工藝制備的瀝青0℃針入度由小到大依次為：直餾瀝青<SBS改性瀝青<氧化瀝青<催化氧化瀝青；脆點(diǎn)指標(biāo)由高到低依次是：直餾瀝青>SBS改性瀝青>氧化瀝青>催化氧化瀝青，二者規(guī)律一致。說明直餾瀝青低溫性能最差，其次是SBS改性瀝青，氧化和催化氧化瀝青較好。2.1.3感溫性能根據(jù)針入度指數(shù)，由大到小的順序?yàn)椋褐别s瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青、SBS改性瀝青。說明感溫性能也是直餾瀝青最差，SBS改性瀝青最好，而氧化瀝青和催化氧化瀝青居中。2.1.4抗老化性能一般而言，薄膜烘箱試驗(yàn)后針入度比和軟化點(diǎn)變化指標(biāo)可表征瀝青的抗熱老化性能，由好到差的順序大致為：直餾瀝青≈氧化瀝青、SBS改性瀝青、催化氧化瀝青?？篃崂匣阅転榇呋趸癁r青最差、直餾瀝青和氧化瀝青較好，主要原因是氧、催化劑和穩(wěn)定劑等在熱的短期作用下繼續(xù)發(fā)揮作用所致，這從加熱后直餾瀝青的脆點(diǎn)升高而其他瀝青脆點(diǎn)降低的現(xiàn)象可進(jìn)一步證明。綜上所述，高溫性能和感溫性能由差到好的順序大致為：直餾瀝青、氧化瀝青、催化氧化瀝青、SBS改性瀝青。低溫性能同樣是直餾瀝青最差。2.2SHRP性能評價(jià)。瀝青是一種熱塑性、黏彈性材料，在低溫或快速載荷的作用下表現(xiàn)出彈性特征，在高溫或慢速載荷的作用下表現(xiàn)出黏性特征，在中溫區(qū)既表現(xiàn)出彈性又表現(xiàn)出黏性特征。而采用常規(guī)評價(jià)方法往往難以準(zhǔn)確地評價(jià)出瀝青的流變性能。而SHRP計(jì)劃推薦的性能分級(jí)規(guī)范可較全面地反映出瀝青在不同的使用溫度下抗車轍、抗變形、抗開裂的能力，可把實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)結(jié)果與路用性能較好地關(guān)聯(lián)起來[2，4]。對上述幾種瀝青根據(jù)SHRP瀝青膠結(jié)料性能等級(jí)規(guī)范的要求分別進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。直餾、氧化、催化氧化以及SBS改性瀝青分別符合PG64-22、PG64-28、PG70-34和PG70-28級(jí)別。為了更加詳細(xì)準(zhǔn)確地比較幾種工藝制備的瀝青使用性能，將原樣、RTFOT及PAV老化后的瀝青樣品測試全部數(shù)據(jù)繪制成了溫度與不同性能因素的關(guān)系曲線。2.2.1高溫和抗老化性能在SHRP膠結(jié)料規(guī)范中，用動(dòng)態(tài)剪切流變儀測量復(fù)數(shù)剪切模量（G*）和相位角（δ），用G*/sinδ（抗車轍因子）來評價(jià)膠結(jié)料的高溫性能，如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知：同一溫度下，直餾瀝青原樣的抗車轍因子最小，其次是氧化和催化氧化瀝青，SBS改性瀝青最大。這說明直餾瀝青的高溫性能最差，SBS改性瀝青最好，與常規(guī)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果一致。此外RTFOT后催化氧化瀝青的G*/sinδ最大，這進(jìn)一步說明，催化劑在繼續(xù)發(fā)揮作用。除此之外，直餾瀝青表現(xiàn)為抗老化性能較差，而氧化和改性瀝青相對穩(wěn)定。2.2.2低溫性能SHRP規(guī)范采用彎曲梁流變儀通過測量經(jīng)RTFOT和PAV老化后樣品的蠕變勁度（即瀝青抵抗荷載的能力s）和蠕變速率（即荷載作用時(shí)瀝青勁度隨時(shí)間的變化率m）來評價(jià)膠結(jié)料的低溫抗裂性能，如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知：盡管斜率不同，但就蠕變勁度而言，同溫度下，催化氧化瀝青最小，直餾瀝青最大，氧化和SBS改性瀝青居中。對于蠕變速率，直餾瀝青最小，催化氧化和SBS改性瀝青最大，氧化瀝青居中。綜合考慮s值和m值，可以認(rèn)為直餾瀝青的低溫性能較差，催化氧化瀝青低溫性能較好，而氧化瀝青居中，尤其在-22℃以下時(shí)，催化氧化瀝青的低溫性能更突出，與常規(guī)指標(biāo)結(jié)果基本一致。2.2.3抗疲勞開裂性能RTFOT和PAV后瀝青的G*•sinδ比較如圖5由圖5可知：直餾瀝青的抗疲勞開裂能力最差，另三種瀝青比較接近且在中溫區(qū)具有較強(qiáng)的抗疲勞開裂能力，其中，SBS改性瀝青和催化氧化瀝青抗疲勞開裂性能較好。綜上所述，綜合考慮瀝青各性質(zhì)參數(shù)等因素，直餾瀝青的各項(xiàng)性能均較差，雖然催化氧化瀝青的高低溫等性能相對較好，但其抗老化性能差，而SBS改性和氧化瀝青的使用性能相對更好。2.3實(shí)際應(yīng)用。總體來看，原油常減壓蒸餾工藝具有裝置簡單、投資少、技術(shù)難度小、操作容易和成本低等優(yōu)點(diǎn)，是由原油生產(chǎn)各種瀝青必不可少的工藝。然而，本研究中直餾瀝青（包括調(diào)合瀝青）盡管常規(guī)指標(biāo)符合交通部JTGF40—2004標(biāo)準(zhǔn)中要求最高的A級(jí)瀝青技術(shù)要求，但其各種使用性能均較差。這說明兩點(diǎn)：一是我國用于鋪路最多的直餾瀝青和調(diào)合瀝青性能尚不能適應(yīng)交通環(huán)境的要求；二是我國現(xiàn)行的道路瀝青技術(shù)要求（指標(biāo)）有待改進(jìn)，尤其是表征瀝青低溫性能的指標(biāo)。我國曾經(jīng)使用的氧化瀝青工藝，裝置投資和操作費(fèi)用并不是太大，但因?yàn)檠趸矚獾奶幚砗团欧攀艿酱蠹谊P(guān)注，比直餾瀝青會(huì)增加一些成本，但瀝青的使用性能會(huì)提高一個(gè)檔次。若解決好尾氣處理問題，則不失為一種較好的瀝青生產(chǎn)方法。催化氧化瀝青工藝，除存在與氧化瀝青工藝同樣的問題外，由于催化劑的加入，對設(shè)備和管線的防腐是最大的問題，實(shí)行起來非常困難。此外，殘存的氧化劑在完成產(chǎn)品制備之后仍會(huì)繼續(xù)反應(yīng)，而使瀝青性質(zhì)不穩(wěn)定。而SBS改性瀝青工藝，裝置占地面積小，投資較少，操作簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)，無大的環(huán)保問題，且產(chǎn)品性能較好，缺點(diǎn)是添加改性劑等所增加的成本較高。鑒于此，綜合考慮性能和生產(chǎn)等因素，采用氧化瀝青用于一、二級(jí)公路面層和高速公路下面層的鋪筑較合適，而SBS改性瀝青可用于高速公路等面層鋪筑，直餾瀝青可用于低等級(jí)公路和生產(chǎn)改性瀝青的原料等場合。

3結(jié)語

（1）通過常規(guī)方法和SHRP膠結(jié)料性能評價(jià)方法，研究了不同工藝制備的瀝青的高低溫性能、感溫性能和抗疲勞開裂等使用性能，其中以SBS改性瀝青和氧化瀝青較好，而直餾瀝青最差。（2）對于路用性能要求較高的瀝青路面，在不大量增加產(chǎn)品成本的基礎(chǔ)上，應(yīng)該適度使用氧化瀝青，或者改善直餾和調(diào)合瀝青性能，開發(fā)與高等級(jí)公路相適應(yīng)的道路瀝青生產(chǎn)新技術(shù)。（3）0℃針入度和脆點(diǎn)等指標(biāo)與瀝青低溫性能的相關(guān)性更高。建議相關(guān)部門應(yīng)該對瀝青指標(biāo)與其路用性能的相關(guān)性進(jìn)行深入研究，以便結(jié)合我國實(shí)際情況制定更加合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或要求。

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作者:郭皎河 吳曉穎 傅麗 張建峰 寧愛民 單位:中國石化大連石油化工研究院