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沥青知识

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-17  浏览次数:171
沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物,是高黏度有机液体的一种,呈液态,表面呈黑色,可溶于二硫化碳。沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料
      在土木工程中,沥青是应用广泛的防水材料和防腐材料,主要应用于屋面、地面、地下结构的防水,木材、钢材的防腐。沥青还是道路工程中应用广泛的路面结构胶结材料,它与不同组成的矿质材料按比例配合后可以建成不同结构的沥青路面,高速公路应用较为广泛。
     沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青天然沥青三种:其中,煤焦沥青是炼焦的副产品。石油沥青是原油蒸馏后的残渣。天然沥青则是储藏在地下,有的形成矿层或在地壳表面堆积。

煤焦沥青

煤焦沥青是炼焦的副产品,即焦油蒸馏后残留在蒸馏釜内的黑色物质。它与精制焦油只是物理性质有分别,没有明显的界限,一般的划分方法是规定软化点在26.7℃(立方块法)以下的为焦油,26.7℃以上的为沥青。煤焦沥青中主要含有难挥发的蒽、菲、芘等。这些物质具有毒性,由于这些成分的含量不同,煤焦沥青的性质也因而不同。温度的变化对煤焦沥青的影响很大,冬季容易脆裂,夏季容易软化。加热时有特殊气味;加热到260℃在5小时以后,其所含的蒽、菲、芘等成分就会挥发出来。
 
天然沥青

天然沥青储藏在地下,有的形成矿层或在地壳表面堆积。这种沥青大都经过天然蒸发、氧化,一般已不含有任何毒素。
沥青材料分为地沥青和焦油沥青两大类。地沥青又分为天然沥青和石油沥青,天然沥青是石油渗出地表经长期暴露和蒸发后的残留物;石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油,经适当的工艺处理后得到的产品。焦油沥青是煤、木材等有机物干馏加工所得的焦油经再加工后的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青,石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。通常沥青闪点在240℃~330℃之间,燃点比闪点约高3℃~6℃,因此施工温度应控制在闪点以下。

石油沥青

石油沥青是原油加工过程的一种产品,在常温下是黑色或黑褐色的粘稠的液体、半固体或固体,主要含有可溶于氯仿的烃类及非烃类衍生物,其性质和组成随原油来源和生产方法的不同而变化。石油沥青的主要组分是油分、树脂和地沥青质。还含2%~3%的沥青碳和似碳物,还含有蜡。沥青中的油分和树脂能浸润沥青质。沥青的结构以地沥青质为核心,吸附部分树脂和油分,构成胶团。
产品性能
石油沥青色黑而有光泽,具有较高的感温性。对石油沥青可以按以下体系加以分类:
生产方法
(1)蒸馏法:是将原油经常压蒸馏分出汽油、煤油、柴油等轻质馏分,再经减压蒸馏(残压10~100mmHg)分出减压馏分油,余下的残渣符合道路沥青规格时就可以直接生产出沥青产品,所得沥青也称直馏沥青,是生产道路沥青的主要方法。
(2)溶剂沉淀法:非极性的低分子烷烃溶剂对减压渣油中的各组分具有不同的溶解度,利用溶解度的差异可以实现组分分离,因而可以从减压渣油中除去对沥青性质不利的组分,生产出符合规格要求的沥青产品,这就是溶剂沉淀法。
(3)氧化法:是在一定范围的高温下向减压渣油或脱油沥青吹入空气,使其组成和性能发生变化,所得的产品称为氧化沥青。减压渣油在高温和吹空气的作用下会产生汽化蒸发,同时会发生脱氢、氧化、聚合缩合等一系列反应。这是一个多组分相互影响的十分复杂的综合反应过程,而不仅仅是发生氧化反应,但习惯上称为氧化法和氧化沥青,也有称为空气吹制法和空气吹制沥青。
(4)调合法:调合法生产沥青最初指由同一原油构成沥青的4组分按质量要求所需的比例重新调合,所得的产品称为合成沥青或重构沥青。随着工艺技术的发展,调合组分的来源得到扩大。例如可以从同一原油或不同原油的一、二次加工的残渣或组分以及各种工业废油等作为调合组分,这就降低了沥青生产中对油源选择的依赖性。随着适宜制造沥青的原油日益短缺,调合法显示出的灵活性和经济性正在日益受到重视和普遍应用。
(5)乳化法:沥青和水的表面张力差别很大,在常温或高温下都不会互相混溶。但是当沥青经高速离心、剪切、重击等机械作用,使其成为粒径0.1~5微米的微粒,并分散到含有表面活性剂(乳化剂——稳定剂)的水介质中,由于乳化剂能定向吸附在沥青微粒表面,因而降低了水与沥青的界面张力,使沥青微粒能在水中形成稳定的分散体系,这就是水包油的乳状液。这种分散体系呈茶褐色,沥青为分散相,水为连续相,常温下具有良好流动性。从某种意义上说乳化沥青是用水来“稀释”沥青,因而改善了沥青的流动性。
(6)改性沥青:现代公路和道路发生许多变化:交通流量和行驶频度急剧增长,货运车的轴重不断增加,普遍实行分车道单向行驶,要求进一步提高路面抗流动性,即高温下抗车辙的能力;提高柔性和弹性,即低温下抗开裂的能力;提高耐磨耗能力和延长使用寿命。现代建筑物普遍采用大跨度预应力屋面板,要求屋面防水材料适应大位移,更耐受严酷的高低温气候条件,耐久性更好,有自粘性,方便施工,减少维修工作量。使用环境发生的这些变化对石油沥青的性能提出了严峻的挑战。对石油沥青改性,使其适应上述苛刻使用要求,引起了人们的重视。经过数十年研究开发,已出现品种繁多的改性道路沥青、防水卷材和涂料,表现出一定的工程实用效果。但鉴于改性后的材料价格通常比普通石油沥青高2~7倍,用户对材料工程性能尚未能充分把握,改性沥青产量增长缓慢。改性道路沥青主要用于机场跑道、防水桥面、停车场、运动场、重交通路面、交叉路口和路面转弯处等特殊场合的铺装应用。欧洲将改性沥青应用到公路网的养护和补强,较大地推动了改性道路沥青的普遍应用。改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。随着科学技术进步和经济建设事业的发展,将进一步推动改性沥青的品种开发和生产技术的发展。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青(即原料沥青)的组成和性质。由于改性剂品种繁多,形态各异,为了使其与石油沥青形成均匀的可供工程实用的材料,多年来评价了各种类型改性剂,并开发出相应的配方和制备方法,但多数已工程实用的改性沥青属于专利技术和专利产品。
 
研发之路

长江二桥铺的美国沥青,国产造价便宜一半
不过在2006年前,这种耐高温低温、耐压的环保沥青的制造技术由美国垄断,并实行技术封锁。2001年,中国工程院院士、东南大学黄卫教授领衔的团队在铺设长江二桥时,用了美国的“环氧沥青”,如果用普通的沥青铺装,在温差大的季节,桥面容易出现裂缝并产生滑移,会陷入“屡坏屡修、屡修屡坏”的怪圈。“但美国的环氧沥青价格高得吓人,一吨要人民币7万多元。二桥铺完了,黄卫教授就说,必须开发中国自己的环氧沥青铺装材料与成套技术,国家重大工程建设的核心技术,必须掌握在我们中国人手里!”
2001年,东南大学成立了“新型环氧沥青制造设备及工程应用项目组”,黄卫教授担任组长,朱建设研究员是主要负责人,并选择了句容宁武开展产学研合作。“东南大学交通学院、化学化工学院、自动化学院三大学院教授和宁武科技的技术人员携手,一起努力了6年多,终于掌握了这种特殊沥青的制造方法。”“美国的要7万多一吨,我们的价格只有它的一半,3万多。”

 
 
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