瀝青與瀝青混合料(I)

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1、第四章瀝青與瀝青混合料天然（地）瀝青地瀝青石油（地）瀝青瀝青煤瀝青木瀝青焦油瀝青……頁巖瀝青第一節(jié)石油瀝青一、石油瀝青的生產(chǎn)工藝概述(一)石油的基屬分類石油是煉制石油瀝青的原料，石油瀝青的性質(zhì)首先與石油的基屬有關(guān)。我國目前的原油分類是按照“關(guān)鍵餾分特性”和“含硫量”進(jìn)行分類的1．關(guān)鍵餾分特性分類石油在半精餾裝置中，于常壓下蒸得250～275℃的餾分稱為“第一關(guān)鍵餾分”；于5.33kPa的壓力下減壓蒸餾，取得275～300℃的餾分稱為“第二關(guān)鍵餾分”。兩個(gè)關(guān)鍵餾分的相對(duì)密度，決定兩個(gè)關(guān)鍵餾分的基屬，如石蠟基、中間基或環(huán)烷基。2．含硫量的分類含硫量<0.5％者為低硫原油；含硫量高于0.5

2、％者為含硫原油。（二）石油瀝青生產(chǎn)工藝從石油煉制各種石油瀝青的生產(chǎn)工藝可按圖4-1流程簡要說明。二、石油瀝青的組成和結(jié)構(gòu)(一)元素組成石油瀝青是由多種碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘?氧、硫、氮)的衍生物組成的混合物。所以它的組成主要是碳(80％～87％)、氫(10％～15％)，其次是非烴元素，如氧、硫、氮等(<3％)。此外，還含有一些微量的金屬元素，如鎳、釩、鐵、錳、鈣、鎂、鈉等，但含量都很少，約為幾個(gè)至幾十個(gè)ppm(百萬分之一)。(二)化學(xué)組分將瀝青分離為化學(xué)性質(zhì)相近，而且與其路用性質(zhì)有一定聯(lián)系的幾個(gè)組，這些組就稱為“組分”。1．三組分分析法三組分分析法是將瀝青分離為：油分、樹脂和瀝青質(zhì)3個(gè)

3、組分。在油分中往往含有蠟，在分析時(shí)還應(yīng)將油蠟分離。該方法分析流程是用正庚烷沉淀瀝青質(zhì)，繼將溶于正庚烷中的可溶分用硅膠吸附，裝于抽提儀中抽提油脂，再用苯-乙醇抽出樹脂。最后將抽出的油蠟用丁酮-苯為脫蠟溶劑。在-20℃的條件下，冷凍過濾分離油、蠟。2．四組分分析法飽和分、環(huán)烷-芳香分、極性-芳香分和瀝青質(zhì)等的色層分析方法。也有將上述4個(gè)組分稱為：飽和分、芳香分、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。將瀝青試樣先用正庚烷沉淀“瀝青質(zhì)(At)”，再將可溶分(即軟瀝青質(zhì))吸附于氧化鋁譜柱上，先用正庚烷沖洗，所得的組分稱為“飽和分(S)”；繼用甲苯?jīng)_洗，所得的組分稱為“芳香分(Ar)”；最后用甲苯-乙醇、甲苯、乙醇沖洗

4、，所得組分稱為“膠質(zhì)(R)”。對(duì)于含蠟瀝青，可將所分離得的飽和分與芳香分，以丁酮-苯為脫蠟溶劑，在-20℃下冷凍分離固態(tài)烷烴，確定含蠟量。3.瀝青的含蠟量蠟的存在，在高溫時(shí)會(huì)使瀝青容易發(fā)軟，導(dǎo)致瀝青路面高溫穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)車轍。在低溫時(shí)會(huì)使瀝青變得脆硬，導(dǎo)致路面低溫抗裂性降低，出現(xiàn)裂縫；此外，蠟會(huì)使瀝青與石料的粘附性降低，在有水的條件下，會(huì)使路面石子產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，造成路面破壞；使瀝青路面的抗滑性降低，影響路面的行車安全。（四）膠體結(jié)構(gòu)瀝青的技術(shù)性質(zhì)，不僅取決于它的化學(xué)組分及其化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且取決于它的膠體結(jié)構(gòu)。1．膠體結(jié)構(gòu)的形成瀝青的膠體結(jié)構(gòu)，是以固態(tài)超細(xì)微粒的瀝青質(zhì)為分散相。通常是若

5、干個(gè)瀝青質(zhì)麋集在一起，它們吸附了極性半固態(tài)的膠質(zhì)，而形成“膠團(tuán)”。由于膠溶劑——膠質(zhì)的膠溶作用，而使膠團(tuán)膠溶、分散于液態(tài)的芳香分和飽和分組成的分散介質(zhì)中，形成穩(wěn)定的膠體。2．膠體結(jié)構(gòu)分類可分下列3個(gè)類型。（1）溶膠型結(jié)構(gòu)當(dāng)瀝青中瀝青質(zhì)分子量較低，并且含量很少(例如在10％以下)，同時(shí)有一定數(shù)量的芳香度較高的膠質(zhì)，稱為溶膠型瀝青（如圖4-3a）。圖4—3瀝青的膠體結(jié)構(gòu)示意圖a)溶膠型結(jié)構(gòu)；b)溶-凝膠型結(jié)構(gòu)；c)凝膠型結(jié)構(gòu)這類瀝青的特點(diǎn)是，當(dāng)對(duì)其施加荷載時(shí)，幾乎沒有彈性效應(yīng)，剪應(yīng)力（τ）與剪變率成直線關(guān)系，呈牛頓流型流動(dòng)，這類瀝青也稱為“牛頓流瀝青”。這類瀝青在路用性能上，具有較好的自

6、愈性和低溫時(shí)變形能力，但溫度感應(yīng)性較差。(2)溶-凝膠型結(jié)構(gòu)瀝青中瀝青質(zhì)含量適當(dāng)，并有較多數(shù)量芳香度較高的膠質(zhì)。特點(diǎn)是，在變形時(shí)，最初階段，表現(xiàn)出一定程度的彈性效應(yīng)，但變形增加至一定數(shù)值后，則又表現(xiàn)出一定程度的粘性流動(dòng)，是一種具有粘-彈特性的偽塑性體。這類瀝青，在高溫時(shí)具有較低的感溫性；低溫時(shí)又具有較好的形變能力。(3)凝膠型結(jié)構(gòu)瀝青中瀝青質(zhì)含量很高，并有相當(dāng)數(shù)量芳香度高的膠質(zhì)來形成膠團(tuán)。這類瀝青的特點(diǎn)是，當(dāng)施加荷載很小時(shí)，或在荷載時(shí)間很短時(shí)，具有明顯的彈性變形。當(dāng)應(yīng)力超過屈服值(τ0)之后，則表現(xiàn)為粘-彈性變形。這類瀝青稱為彈性瀝青。這類瀝青在路用性能上，雖具有較好的溫度感應(yīng)性，但

7、低溫變形能力較差。3．膠體結(jié)構(gòu)類型的判定瀝青的膠體結(jié)構(gòu)與其路用性能有密切的關(guān)系。當(dāng)PI<-2時(shí)，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)為溶膠型，PI>+2時(shí)為凝膠型，PI=-2～+２時(shí)為溶凝膠型結(jié)構(gòu)。三、石油瀝青的技術(shù)性質(zhì)(一)物理特征常數(shù)我國規(guī)定溫度為15℃。也可用相對(duì)密度表示.。瀝青的密度與其化學(xué)組成有密切的關(guān)系，通過瀝青的密度測定，可以概略地了解瀝青的化學(xué)組成。通常粘稠瀝青的密度波動(dòng)在0.96～1.04g/cm3范圍。我國富產(chǎn)石蠟基瀝青，其特征為含硫量低、含蠟量高、瀝青質(zhì)含