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硬质沥青的发展及性能比较

来源:龙8游戏平台官方 时间:2016-04-25 浏览: 2,225 次  

高模量沥青混合料已在法国、英国等国家受到重视,并于道路路面工程中广泛应用,其优良的抗车辙性能和耐久性延长了路面使用寿命,挥出了优异的经济效益和社会效益。随着该技术理念引人龙8游戏平台官方国,近几年国内道路工程界进行了一些卓有成效的工程实践,有些地方已经提出了相应的高模量沥青混凝土技术标准,各种高模量外加剂也层出不穷;但在实际应用的便宜和质量控制上,硬质沥青的使用仍是一个重要的材料技术面,一些石化部门纷纷开发出低标号硬质沥青,主要为针入度30 1/10mm的硬质沥青。长远来看,高模量技术是解决高等级路面车辙和耐久性不足的有效措施,也是推广和应用硬质沥青的良好契机

硬质沥青

硬质沥青

所谓硬质沥青,有文献限定在25℃针入度小于25 1/10mm,有的文献则将50号以下的沥青统称为硬质沥青,也有将定义为针人度20-60 1/10mm的沥青,因此它并不是一个严格的概念。除外加剂技术外,硬质沥青可存在多种获得工艺,并表现出不同的路用特点,如天然沥青、聚烯烃类改性、沥青的氧化工艺、复合改性等技术,法国研究即表明氧化工艺生产的硬沥青路用性能较差。因此,不同获取方法到的硬质沥青有着不同的路用特点,如高低温性能综合等。本研究基于龙8游戏平台官方近年的不同类型的硬质沥青检测、研究数据,结合龙8游戏平台官方国行业技术准,分析和对比各种硬质沥青的综合性能,为其应用和推广提供一些有益参考数据。

低标号道路石油沥青

受传统应用理念的影响,国内低标号沥青的应用尚不普及,且行业规范某些技术要求需要商榷。通过比较欧盟沥青标准EN12591和龙8游戏平台官方国JTGF40中的50号和30号标准来看,两者都是按照针入度分级,将软化点和60℃黏度作为高温性能指标;但欧盟有老化样品的软化点指标及变化率要求,JTGF40尚无;同时对低温性能的评价要求不同,欧洲以脆点作为评价指标,龙8游戏平台官方国则以延度作为评价指标。而法国的高模量沥青技术要求引入了流变学评价手段,对沥青的高低温都提出了较高的要求;龙8游戏平台官方国在此方面还未提出相应的规范标准。

对于市面上存在30、50号沥青而言,包括建筑沥青、道路石油沥青,其低温延展性能一般是不理想的,很多不能满足JTG F40中的延度要求。龙8游戏平台官方统计的一些低标号沥青针入度延度关系曲线,可以知延度指标随着针入度的降低基本呈现指数衰减状态,针入度20~40 1/10mm范围内的硬质沥青15℃延度多在2-20cm范围,与JTG F40中要求的50cm(A\B级)、20cm(C级)最低要求差距甚大;又中石化以中东原油和塔河稠油为原料,采用蒸馆、氧化、溶剂脱沥青及调和工艺生产的30号沥青,也未能解决这个问题,仅强调高温性能对15℃延度不做要求。因此,龙8游戏平台官方国行业标准对低标号道路石油沥青需要做出一定的技术范围调整,如适当地提高延度要求。

另外,这种高低温性能的矛盾在沥青性能分级中也得到体现。实验室对某品牌30、50、70、90号基质沥青检测表明,四种沥青的性能等级依次分别为PG76-16、PG70-22、PG70-22、PG64-28;30号沥青高温性能显著,但其低温性能不理想,耐疲劳性能差。四个标号沥青的高低温性能对比,它表明了当沥青针入度在50 1/10mm以下时,高温性能(车辙因子G*/sinδ)迅速增长,但低温性能(蠕变速率m)也迅速衰减。因此,从一个理想的沥青胶结料条件来看,低温性能不良是30号道路沥青最大的缺点,也是其在过去应用受限的原因。

天然沥青改性沥青

利用天然沥青与基质沥青混合,也可以得到一些低标号的硬质沥青,在使用上多限制针入度30 1/10mm附近。国外研究与工程应用认为高熔点天然沥青作为改性剂,可显著改善沥青混合料的高温稳定性、抗水损坏和抗老化性能,其中以特拉尼达湖沥青(TLA)和北美天然岩沥青应用最为成熟广泛。近年来龙8游戏平台官方国已探明新疆、四川等地存在丰富的天然岩沥青资源,应用研究表明其路用性能与国外天然沥青相当或更好。但是不同天然沥青有着不同的物质组成和物理性质,对石油沥青的改性效果也不尽相同,也带来不同的应用性价比。三种天然沥青的沥青质含量差异明显,加之一些有机不溶物的存在和含量不同,对基质沥青的改性效果上将有显著不同。

对几种天然沥青产品进行了实验室掺配试制,获取了其针入度、软化点、延度指标。表明:不同天然沥青对基质沥青改性的凝胶化程度(针入度指数PI)是不同的,从而造成不同的改性特征,主要体现在稠度、延展等方面。在掺加同一比例的条件下,青川岩沥青改性沥青要比其它两种天然沥青改性沥青具有更高的软化点和黏度,较低的针入度等指标,其5%-10%掺量可以使改性沥青处于30号沥青范围;而阿尔及利亚和布顿岩沥青达到相应针入度等级时分别需要15%、25%以上的掺量(布顿岩沥青在掺量25%时还没有使针入度降低在50 1/10mm以下)。这就说明不同组成、性质的天然沥青,在同样的工艺条件下,在同一基质沥青中的溶解性能、相容性能等方面具有差别,并现出不同的沥青改性效果;对于一些质软的天然沥青,利用提高掺量的方法进行硬质沥青的加工,可能带来性价比的降低。

尽管天然沥青都会带来针人度的降低、软化点的升高,但其共同的特点还有延度指标迅速衰减的现象,这也是很多文献证实的问。阿尔及利亚和青川岩沥青在针人度30 1/10mm附近时,延度都不会达到JTG F40中要求的C级20cm的低限要求。从这个意义上讲,天然沥青改性制备的低标号沥青与低标号道路石油沥青共同的缺点,即并不能保证一个优良的低温性能。

复合改性硬质沥青

如何使得硬质沥青高温性能得到保证,又不降低沥青低温性能或至少不产生消极影响,是很多科研机构重视的优化内容。近两年,复合改性拥青的概念被广泛关注,它一般是指利用两种以上的改性剂对基质沥青进行改性以获取良好的高低温综合性能,一般情况常常选择SBS与天然沥青进行对道路石油沥青进行改性。

合理的SBS、岩沥青复配比例,可以使改性沥青达到30号沥青针入度等级,软化点多达70℃以上(这是普通30号沥青、天然沥青改性沥青所不能达到的软化点高度);而且,这种复合改性沥青具有较好的低温延度,所有样品的10℃延度均能满足JTG F40中30号沥青的技术要求,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,这是30号沥青和天然沥青改性沥青所不能达到的延度效果。相应地,这种复合改性沥青的PG性能等级也得到综合改善,高温等级均可达到82℃以上,低温等级在-16℃,相对普通30号沥青和天然沥青改性沥青有着更好的综合高、低温性能。

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