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储存温度和储存时间对石油沥青性能的影响

导读:本文为评价 90 号石油沥青在储存过程中的老化行为,将 90 号石油沥青在 130℃和 170℃温度条件下储存时间从 0h~68h, 根据沥青的技术指标和试验结果, 分析沥青性能的变化情况以及沥青


返回列表 来源:未知 发布日期:2019-09-27 15:51【
引言

沥青路面一般是指沥青面层与基层组成的路 面结构形式,在运营过程中,经受着交通荷载、气温 变化以及雨雪等的综合作用。沥青面层的主要材料 是沥青混合料,是由起胶结作用的结合料(主要为 石油沥青),并由一定级配组成的矿料粘结起来组 成的。在施工和运营期间,沥青混合料的性能基本 保持不变或变化较小的性能,称为沥青混合料抗老 化性能[。沥青混合料的老化,主要来自于沥青的 老化。石油沥青是一种比较典型的温度敏感性较强 的材料,其稠度、劲度及粘度性质随着温度的变化 而发生变化。沥青路面在施工以及运营的过程中, 会因为沥青的老化问题,导致沥青路面也会发生早 期损坏的现象,一般表现为:松散、坑槽、开裂、车 辙、泛油、平整度衰减等,从而导致沥青路面的行车 舒适性等使用性能降低,难以达到交通参与者对使 用的要求,从而不得不进行返修甚至重新罩面,严 重地影响了公路建设的经济效益和社会效益。

目前,已有科研工作者在沥青的感温性能及其 评价方法方面做了大量的研究工作,根据研究成果 提出了沥青感温性能的相关评价指标,这些指标 有:针入度指数、沥青的针入度、粘度指数、粘度温度指数和沥青等级指数等指标,但是,这些指 标均以针入度和软化点等指标为主要依据。美国战 略公路研究计划(SHRP)和我国的“八五”科技攻关 专题,以及王哲、郝培文等在沥青方面有较深造 诣的学者,利用室内老化试验箱的短期老化模拟沥 青的长期老化过程,以沥青动力学反应速率 k 作为 评价指标,研究沥青的力学性能与沥青路面的实际 老化进程的相关关系,从而分析石油沥青的抗老化 性能及评价指标。但是,这些研究仍局限于模拟沥 青混合料在拌和、运输、铺筑等生产过程中的沥青 抗老化性能,并非沥青储存过程中的老化。

1 试验方案设计

沥青在高温条件下,沥青中的部分饱和分会挥 发掉,沥青中的部分芳香分,会因老化的因素而向 胶质转化,最终会转化成为沥青质成分,结果将会 导致沥青变硬和变脆。主要表现为针入度变小,粘 度和软化点变大。因此,试验方案设计采用工程上 常用的 90 号石油沥青,试验方法采用《公路工程沥 青和沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)中规定 的沥青试验,试验结果作为对沥青性质分析和沥青 老化评价程度的评价指标,试验仪器采用控温精度 很高的恒温箱,沥青的加热老化温度分别为 130℃ 和 170℃,加热时间为 0h~68h,并在不同时间间隔取 样,进行石油沥青的的针入度、软化点、延度、表观 粘度等试验,研究沥青指标随着加热时间的变化情 况。

2 试验研究与分析

2.1 石油沥青性质试验研究 90 号石油沥青性质试验方法主要依据《公路工 程沥青和沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011), 试验结果见表 1。 试验结果表明,石油沥青所测指标均符合《公 路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)的 2-2 区对 90 号 A 级沥青的技术要求,也是北方地区沥 青路面常用的沥青。
2.2 沥青老化试验研究 沥青除了在拌和过程中发生老化外,储存过程 中也会发生老化。拌和过程中的老化一般由薄膜加 热试验或旋转薄膜加热来验证,而储存过程中发生 的老化,一般不被重视。为了研究 90 号 A 级石油沥 青在储存过程中发生的老化情况,进行了在 130℃ 和 170℃的条件下,储存时间为 0h~68h,不同时间间 隔下的沥青的针入度、软化点、延度、表观粘度等指 标随着加热时间的变化情况.

3 试验结果分析

90 号石油沥青在 130℃温度条件下保存,由试 验时间范围内的试验结果分析:沥青的延度指标老 化程度不是很明显,均>100cm,但是,达到 100cm 时,沥青的丝的粗细程度明显;沥青的软化点指标 老化程度比较明显,在保存 4h 后,软化点增值已经 达 2℃;沥青的针入度指标老化程度比较明显,在保 存 4h 后,沥青的针入度指标已经不符合 90 号沥青 的技术要求。 90 号石油沥青在 170℃情况下保存,由试验时 间范围内的试验结果分析,沥青的老化程度均很明 显,其中,沥青在此温度下保存时间 1h 左右,沥青 针入度指标已经不符合 90 号沥青的技术要求,沥 青的软化点指标老化程度比较明显;在保存 4h 后, 软化点增值已经达 2℃,变化趋势明显;沥青在保存 30h 后,其延度指标已经不满足>100cm 的技术要 求;沥青在保存 45h 后,其粘度指标出现拐点,急剧 劣化。 从试验结果进行分析,沥青技术指标的抗老化 能力从从弱到强的排序为:软化点、粘度针入度、延度。

4 结论

沥青在高温条件下保存,均会出现不同程度的 老化现象,不论保存温度是 130℃还是 170℃,石油 沥青都会随着保存时间的延长而逐步老化,并且老 化程度越来越严重,老化的结果导致沥青的软化点 和粘度指标趋于增大,沥青的针入度和延度指标趋 于减小,且保存初期,沥青的老化速率较快,随着时 表 2 90 号石油沥青加热老化试验结果 0 10 20 30 40 50 60 70 80 储存时间(h) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 储存时间(h) 130℃ 170℃ 130℃ 170℃ 200 150 100 50 0 延 度(cm) 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 粘 度(Pa.s) 北 方 建 筑 67 NORTHERN ARCHITECTURE 合成沸石 合成沸石(synthetic zeolites)具有独特的结晶构造、细孔径、表面电场、吸附分离能、离子交换能、固 体酸性等物理化学特性,故作为功能性物质被作为吸附剂、分子筛、离子交换剂、催化剂使用。也叫分子 筛。2017 年 10 月 27 日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,除了毛沸石 以外的沸石(斜发沸石,钙十字石,丝光沸石,非纤维日本沸石,合成沸石)在 3 类致癌物清单中。 成分 合成沸石一般采用硅酸钠水溶液和铝酸钠水溶液,并将各成分按规定的比例混合生成铝硅酸凝胶。 制备 据日本《石膏与石灰》杂志报道:合成沸石一般采用硅酸钠水溶液和铝酸钠水溶液,并将各成分按规 定的比例混合生成铝硅酸凝胶,将其加热,结晶化合成。若改变各成分的混合比例、加热温度和搅拌等合 成条件可制得多种多样的合成沸石。合成沸石具有独特的结晶构造、细孔径、表面电场、吸附分离能、离 子交换能、固体酸性等物理化学特性,故作为功能性物质被作为吸附剂、分子筛、离子交换剂、催化剂使 用。合成沸石的最大需求是作为洗涤粉用。其次作为吸附剂、催化剂的需量也较大,如 1989 年其它用途 8 500t 产量中,吸附剂为 3 500t,催化剂为 3 000t。最近又利用合成沸石结晶粒子形状和大小的均匀性特 点作塑料的填充物用,用量也日益增加。其它还可作为造纸、橡胶的填充料、除臭剂、保鲜剂、抗菌剂。特 别是作为医药、电子材料等高功能材料已部分实用化。(有修改) 来源:百度百科 间的延长,老化速率趋于平缓。 90 号石油沥青不应该在高温条件下长期保存, 如果确需在高温条件下保存,应在施工允许的条件 下,尽量选择温度低的条件进行保存。在 130℃条件 下,石油沥青的保存时间不应超过 4h;在 170℃条件 下,石油沥青的保存时间不应超过 1h;在低于 130℃ 条件下保存,往往由于沥青的流动性能较差,反而 容易造成沥青局部老化的现象。 沥青技术指标的抗老化能力从从弱到强的排 序为:软化点、粘度、针入度、延度,所以,应该规定 软化点增值作为储存老化检验指标,且规定值不 宜>2℃。