沥青

沥青
                 沥青
  沥青是一种天然的或人工生产的工程材料。它主要由沥青结合剂和级配骨料构成。主要应用于道路工程的路面铺设和加固、高层建筑中的地板铺面、水利工程中的密封材料。某些情况下也用于垃圾处理工程中的密封。出于工程技术和经济方面的原因,沥青构件具有不同的分层结构,主要包括沥青承载层、沥青联结层以及沥青面层。各层按照不同的厚度和所处位置,为紧密的结构主体提供不同的承载力。在化学上,沥青混凝土是一种具有热后可塑性的惰性材料。

沥青简介

  沥青,是高黏度有机液体的一种,表面呈黑色,可溶於二硫化碳(一种金黄色恶臭的液体)之中。它们多会以柏油或焦油的形态存在。
  沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种: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。
  柏油形态的沥青是把原油以分馏法提炼得的,它们在原油中拥有最高的沸点,以及原油中最重的物质,因此会在分馏塔中的最底部找到。而焦油形态的沥青,则是把有机物质(多为煤炭),经过乾馏法处理而取得的物质。
  沥青多会用在建筑上,例如铺马路。沥青和碎石所铺的马路称为柏油路。

沥青材料特性

沥青铺的公路
        沥青铺的公路
  沥青的强度由温度条件决定。在低温时(例如冬季施工)沥青处于弹性状态,在高温时(例如夏季施工)则处于粘性状态。沥青的这一温度变化特性直接影响到它的弹性模量和抗剪模量。弹性模量描述的是由外部荷载形变引起的沥青内部应力。通常沥青的弹性模量处于1000 N/mm(夏季)到9000 N/mm(冬季)之间。抗剪模量则描述了剪力在沥青内部引起的应力。 沥青混凝土的材料特性还与沥青粘结剂与骨料的配合比以及其各自的材料特性有关。配合比大约为95%的骨料配5%的沥青,然而这个比例可以做一些微调。粘结剂的含量和强度都会大大改变材料行为特性。
  骨料的颗粒组成情况为沥青混凝土提供支撑作用。它必须采用合适的颗粒直径大小的配合比例,成为“级配”。级配情况要与承载力相协调。为了达到好的承载能力,混合不同粒径的骨料时,应使混合后的骨料尽可能地紧密。施工时还要达到恰当的压缩比,使沥青混凝土的骨料间空隙尽可能少。除此以外,沥青混凝土的骨料的组成还应保证其防冻性以及沥青混凝土路面层的光滑度。
  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℃度,因此施工温度应控制在闪点以下。

沥青分类

沥青搅拌站
            沥青搅拌站
  沥青主要可以分为煤焦沥青、石油沥青和天然沥青三种:
  一、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。
  二、石油沥青
  石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同,在常温下成液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽,具有较高的感温性。由于它在生产过程中曾经蒸馏至400℃以上,因而所含挥发成分甚少,但仍可能有高分子的碳氢化合物未经挥发出来,这些物质或多或少对人体健康是有害的。
  三、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。

沥青的毒性

  我国三种主要沥青的毒性:煤焦沥青>页岩沥青>石油沥青,前二者有致癌性。沥青的主要皮肤损害有:光毒性皮炎,皮损限于面、颈部等暴露部分;黑变病,皮损常对称分布于暴露部位,呈片状,呈褐-深褐-褐黑色;职业性痤疮;疣状赘生物及事故引起的热烧伤。此外,尚有头昏、头胀,头痛、胸闷、乏力、恶心、食欲不振等全身症状和眼 、鼻、咽部的刺激症状。

石油沥青相关知识

石油沥青
                石油沥青
  石油沥青(Petroleum asphalt)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,主要含有可溶于三氯乙烯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。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青。
  一、产品性能
  石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同,在常温下成液体、半固体或固体。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:
  按生产方法分为:直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调合沥青、乳化沥青、改性沥青等;
  按外观形态分为:液体沥青、固体沥青、稀释液、乳化液、改性体等;
  按用途分为:道路沥青、建筑沥青、防水防潮沥青、以用途或功能命名的各种专用沥青等。
  二、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、从击等机械作用,使其成为粒径0.1~5μm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。
彩色玻纤沥青瓦
           彩色玻纤沥青瓦
  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。目前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。近来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。
  三、主要用途
  主要用途是作为基础建设材料、原料和燃料,应用范围如交通运输(道路、铁路、航空等)、建筑业、农业、水利工程、工业(采掘业、制造业)、民用等各部门。
  四、包装与贮存
  沥青在生产和使用过程中可能需要在贮罐内保温贮存,如果处理适当,沥青可以重复加热即可在较高温度保持相当长的时间而不会使其性能受到严重损害。但是如果接触氧、光和过热就会引起沥青的硬化,最显着的标志是沥青的软化点上升,针入度下降,延度变差,使沥青的使用性能受到损失。

我国改性沥青行业技术和发展特点概述

沥青摊铺机
   沥青摊铺机
  一、工艺技术水平及特点
  沥青改性技术的特点是通过向基质沥青中掺加各种改性剂,或采取对基质沥青进行轻度氧化加工,来提高沥青高温粘性、低温抗裂性、抗碾压性及路面基层稳固结合性等方面的性能。其技术路线分为物理改性与化学改性两大类。目前,国内主要采用的是基于化学改性方面的开发和应用。
  我国专用沥青行业现有的改性沥青产品质量水平与国际同类型产品大体相当。但是,由于缺乏大型系统工程,我国新型改性沥青研究工作更多停留在实验室层面。同时,与新型改性沥青相配套的道路施工工艺、施工管理规程的研究也显得滞后,使得我国新型改性沥青的推广进程受到影响。
  二、生产技术水平及特点
  目前国内改性沥青生产技术分为工厂改性和现场改性两大类。
  由于现场改性受设备运输机场地限制,生产装置规模较小,不利于提高生产的经济型;同时,现场改性生产也受到现场供水、供电条件的限制,对客户需求的保障能力易受到影响。因此,该生产方式主要适用于抗离析性能及高温贮存稳定性能较差的改性沥青产品的生产。相比下,工厂改性则代表了行业规模经济的理念,在节能、环保及产品质量标准化和稳定性等诸多方面表现了较大优势。随着改性沥青生产工艺的不断进步,产品的抗离析性能不断提高,目前较为先进的生产工艺已经能够保证工厂改性生产,产品的辐射范围达到800公里左右,从目前改性沥青生产的发展来看,工厂改性已经成为改性沥青行业生产技术的主流发展方向。
  三、改性沥青市场前景
  公路、桥梁、告诉铁路的新建设方面,2010年至2020年将是我国高等级公路和高速铁路建设的高峰期,其中高速公路将新添通车里程12万公里,国道、省道及市政道路建设新增15万公里,将投资7000亿元用于高速铁路建设。随着国家4万亿投资计划的推行,部分原计划在以后年度建设的公路、桥梁、机场、告诉铁路等基础设施项目的建设得到提前实施。根据国家4万亿的投资计划的进展情况和道路建设的周期性分析,预计未来5年内改性沥青的市场将有两大高峰:一、2010-2012年,受到4万亿投资拉动内需,大量新工程进入集中养护期,改性沥青的需求量将受到较大提升。二、2014-2015年,这两年是"十二五"规划的最后两年,加上五年一度的公路养护计划,必将迎来集中的公路养护期,所以此两年也将是改性沥青需求的大年。
  四、改性沥青市场向多元化发展
沥青砖
    沥青砖
  随着国内道路沥青市场需求的迅速增长和适合于生产道路沥青原油资源的日益丰富,国内道路沥青生产供应商数量明显增加。在未来20年,随着我国全面建设小康社会,高速公路网总的规模将达到10万公里,西部地区县际之间、中部地区县乡之间、东部地区乡村之间公路改造将达到17万公里,国内道路沥青市场需求总量将维持在较高水平,但需求总量将趋于稳定。据统计2004年到2010年我国道路沥青年平均总需求量约为12Mt左右。
  同时,我国经济的快速发展和交通量的日益增加,对道路的使用性能要求越来越高,节约资源和保护环境、降低路面行车的交通噪声、延长路面使用寿命、提高路面的抗车辙能力、减少反应龟裂、增加雨天路面的抗滑能力、降低养护费用、提高行车舒适度、路面铺装的厚度小等性能要求。
  随着对改性沥青要求越来也严格,国内对于改性沥青研究更深入,越来越多的材料被用作改性剂来制备性能更优良的改性沥青,大部分的生产工艺也趋于成熟。并且在"十二五"计划中把城市轨道交通和飞机场建设作为建设重点,也会促进高铁沥青和高强度沥青的生产。在氟塑料及废高分子材料污染日益严重的情况下,回收率用成为现在讨论的话题,胶粉改性沥青能大大降低生产成本,又有利于实现废物利用,需求越来越被看好。同时,我国东部公路建设基本接近饱和,后期国家加大对西部开发和建设,适合西部严寒地区的SBR沥青也将得到进一步的发展。所以,预计后期胶粉改性沥青和SBR改性沥青、高粘度特种沥青等将得到更好的发展,SBS改性沥青一统天下的局面将被打破。