「行业知识」沥青质料的前世今生

2021-11-19

本文摘要:1、古典时期 考古研究发现,早在前1200年的古典时期的早期,人们已经开始应用天然沥青,在生产武器和工具时用沥青作为装饰品,为镌刻物添加颜色。特别是在美索不达米亚地域,由于天然沥青的富足的蕴涵量,沥青被广泛使用。生活在那里的苏美尔人 用天然沥青笼罩在器皿和船的外面。 另外,他们已经开始在粘土砖中使用天然沥青做联合剂。涨知识:美索不达米亚文明(Mesopotamia Civilization),又称两河流域文明。

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1、古典时期 考古研究发现,早在前1200年的古典时期的早期,人们已经开始应用天然沥青,在生产武器和工具时用沥青作为装饰品,为镌刻物添加颜色。特别是在美索不达米亚地域,由于天然沥青的富足的蕴涵量,沥青被广泛使用。生活在那里的苏美尔人 用天然沥青笼罩在器皿和船的外面。

另外,他们已经开始在粘土砖中使用天然沥青做联合剂。涨知识:美索不达米亚文明(Mesopotamia Civilization),又称两河流域文明。是指在底格里斯河和幼发拉底河两河流域之间的美索不达米亚平原(现今伊拉克境内)所生长出来的文明,是西亚最早的文明。

主要由苏美尔(Sumerian)、阿卡德(Akkad)、巴比伦(Babylon)、亚述(Assyrain)等文明组成。太阳历美索不达米亚城 这是巴比伦的一条华美的门路的横断面示意图。烧过的砖由沥青涂抹过,最上层的石板平放在沥青抹面上。

这种华美的门路可以算作是现代沥青混凝土路的先驱。在那一千年的时间里,沥青的应用规模获得扩大,以至于在挨近美索不达米亚的印度和欧洲,天然沥青作为密封质料用于浴池、船、水渠、茅厕和河堤。在公元前第七世纪的亚述帝国和巴比伦帝国,沥青已经在门路工程中投入使用。

那时,沥青作为接缝质料和涂抹质料来装饰和加固华道。今后,沥青作为水泥一样的联合剂被用于制作中国的长城和巴比伦空中花园的密封工程。罗马帝国时期,沥青被称为“犹太沥青”(Bitumen Iudaicum,Judenpech)。

公元前100年,庞贝古城的罗马大道使用沥青填充接缝和涂抹外层。庞贝古城罗马大道2、中世纪时期罗马帝国衰落伍,中世纪时期开始。在此期间,沥青失去了它曾经的辉煌。

人们在已往一千年中的积累的使用沥青的履历险些遗失殆尽,直到十八世纪人们才开始重新开始学习使用沥青。在公元1000年的阿拉伯人开始从天然沥青 (Naturasphalt) 中提取沥青 (Bitumen)。方法是将天然沥青加热(Naturasphalt)直到沥青(Bitumen)从中析出。

与作为修建质料差别,15世纪时在中南美洲的印加帝国,人们把沥青用作医药用途。1595年3月22日,Walter Raleigh在探险途中于特立尼达岛发现了一个天然沥青湖。直到今天人们还在用这种自己从地下冒出的沥青修筑门路。

特立尼达湖沥青3、近现代 1712年,希腊医生Eirini d'Eyriny在瑞士的Val de Travers发现了储量庞大的沥青矿。一开始他只是对沥青的医药用途感兴趣。可是由于沥青作为工程质料的优良特点,他最终于1721年写成了他的论文《关于沥青的博士论文》(Dissertation sur L'Asphalte ov Ciment Naturel)并开始为现代沥青工艺的研究奠基基础。

之后的三百年间(1712年-1986年),不知有几多沥青通过位于Val de Travers的总长度凌驾100公里的如迷宫般错综庞大的矿井隧道, 被开采出来并销往世界各地。天然沥青矿 在接下来的时间里,沥青的富厚多彩的运用被扩大到屋顶防水层的密封。其时,用沥青加固路面还很昂贵,以至于只有富人专用的门路才气使用沥青加固面层。沥青第一次被使用在桥梁上是在Sunderland的一座木桥上用作沥青路面安装。

1810年,在里昂,沥青玛蹄脂铺层被首次运用。十年以后在热那亚生长出了现代沥青油毛毡的前身而且获得乐成的运用。

基于广泛的实验,在1837年,沥青工艺被证明可以运用在公路工程上。1839年在奥地利首都维也纳发现通过重新加热可以使沥青再使用的方法。

1838年在普鲁士的汉堡泛起第一条被铺上沥青的门路。1851年,从 Travers到巴黎的公路上有78米长的部门铺上了沥青面层。

仅仅20年后,巴黎险些被完全铺上沥青,不久之后这种情况生长到差不多欧洲所有的大都会。随后,坚韧的沥青玛蹄脂发现;1842年在奥地利的因斯布鲁克,浇注沥青被发现并于不久之后乐成应用于门路工程施工中。基于沥青具有类似混凝土的特性,1853年由Léon Malo提出了沥青混凝土的观点。

为了获得足够的压缩比,1876年人们开始用碾压的方法压缩沥青混凝土。在20世纪初,陪同着工程给质料价钱的连续下降,沥青展示出更多的意义。1907年,第一个沥青混淆料构件在美国投入使用。

1914年,为了获得更好的折射率,人们在柏林第一次看到了沥青路面的赛车车道,紧接着沥青在门路工程中的应用,1923年,沥青应用于水坝的密封。为了加速施工进度和改良构件,1924年在美国加利福尼亚州举行了第一次的门路完工验收检测。为了确定修建质料的质量,接下来的几年中许多测试法式获得生长。

这些法式直到今天依然有效的运用于交通工程的研究、设计和详细施工当中。1936年生长发现了 Ring und Kugel-Versuch,一年后发现了Brechpunkt nach Fraaß,1941年发现了马歇尔测试 (Marshall-Test)。通过专门的添加剂,1950年起,在低温状态下举行沥青施工成为可能(被称为冷沥青)。为了确定合适的沥青结构厚度,1959年,在奥地利生长了通过同位素举行无滋扰研究的方法并获得乐成验证。

为了使机场的飞机跑道尽快投入使用,1963年在英国泛起了干式沥青施工工艺。不久后的1968年第一次泛起了玛蹄脂沥青施工。二十世纪七十年月在美国开始实践沥青接纳再使用。为了更好的密封效果,1979年开始在垃圾堆场工程中使用沥青。

直至今天沥青成为我们生活中不行或缺的质料之一。02沥青质料的名词术语恒久以来,关于沥青的界说十分杂乱,差别作者对沥青赋予了差别的寄义息争释。早在20世纪初,就有人试图统一沥青的名词,1931年国际门路集会常设委员会(简称PIARC)在巴黎出书了用6种语言编写的《门路名词技术词典》,但到现在有关沥青的名词与术语在国际上还未能统一。

美国质料与试验协会ASTM D8-75明确地指出所谓Bitumens是指“玄色或暗色黏稠状物(固体、半固体或黏稠物)由天然形成或由人工制造而得,主要有高分子烃类所组成。沥青、焦油、热解焦油和沥青矿为代表。”在各种文章中美国习惯把来自石油加工所得渣油或由渣油氧化所得产物叫做“asphalt”,而欧洲人则习惯的用“bitumen”,我国对bitumen、asphalt 均译为沥青。

下面小编就带大家一起认识一下有关沥青的名词和术语。1.沥青(asphalt) 指玄色到暗褐色的固体或半固态黏稠状物质,含有某些矿物质,其主要身分和石油沥青相同的一种混淆物。加热时逐渐融化,全部以固态或半固态存在于自然界或由石油炼制历程制得,主要由高分子的烃类和非烃类组成。大庆油田2.石油沥青 原油经减压蒸馏,溶剂脱沥青或氧化等历程获得,可溶于苯和二硫化碳等衍生物的暗褐色或玄色的半固体产物。

生产沥青的几种方法3.门路沥青 半固态沥青,针入度(25℃,100g,5s)在41~200 (0.1mm)之间,是主要用于铺设门路的一种石油沥青。北京鸟巢沥青混凝土摊铺4.修建沥青 主要用于修建工程中作为屋面、防水等方面。

划定了其针入度、软化点等几项技术指标值将修建石油沥青划分为:40、30、10三个标号。防水施工5.橡胶沥青 在橡胶制品中作为软化、增强和填充剂来使用的一种石油沥青质料。

6.天然沥青 原油渗透到地表,经自然蒸发而生成的一种沥青。石油在自然界恒久受地壳挤压、变化,并与空气、水接触逐渐变化而形成的、以天然状态存在的石油沥青,混有一定比例的矿物质。

按形成的情况可以分为湖沥青、岩沥青、海底沥青等。委内瑞拉的瓜诺科沥青湖7.岩沥青存在于自然界岩石夹缝中的沥青。岩沥青开采8.湖沥青 一种天然沥青,是天然的地表凹陷外貌沉积物。

具有代表性的就是特立尼达湖沥青。特立尼达湖沥青9.直馏沥青原油经蒸馏后所得的切合一定尺度的石油沥青。

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原油分馏示意图10.软化渣油 指液体或半固体状态的石油沥青或其他重油,与沥青混淆后,能使沥青软化点降低,针入度升高,换而言之,他是使沥青软化的重石油产物。软化渣油11.液体沥青 用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产物,也称轻质沥青或稀释沥青。

溶剂在使用历程中逐渐挥发而残留出沥青,我国并不将此列入沥青产物牌号。稀释沥青的身分12.固态或硬质沥青 在25℃条件下,针入度不大于10(0.1mm)的沥青。

除外加剂技术外,硬质沥青可存在多种获得工艺,并体现出差别的路用特点,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,法国研究即讲明氧化工艺生产的硬沥青路用性能较差。因此,差别获取方法到的硬质沥青有着差别的路用特点,如崎岖温性能综合等。硬质沥青13.氧化沥青 熔融的渣油在一定的温度下,根据一定速率吹入空气举行氧化,从而获得软化点升高,针入度和温度敏感性以到达沥青规格指标要求的半固体或固体沥青。氧化沥青14.乳化沥青 将水和沥青在乳化剂作用在下形成的沥青乳化液称为乳化沥青,也成为沥青乳液。

所用乳化剂多为脂肪酸钠、脂肪胺、烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、季铵盐类、环氧乙烷双胺、胺化木质素等外貌活性物质。因乳化剂差别,乳化沥青分为阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青。

乳化沥青根据与石料拌适时的破乳速度又分为快裂、中裂、慢裂三大类。世界各国沥青乳化剂应用概况15.改性剂 加入后能改善沥青某种性质的添加剂,常用的有沥青抗剥落剂、抗车辙剂、阻燃剂、融雪剂、乳化剂、橡胶粉、橡胶(SBR、SR、EPDM)、热塑性橡胶(SBS、SB、SIS)、热塑性树脂(EVA、PE)、稳定剂、抗老化剂、增延剂、再生剂、高粘改性剂、除味剂、温拌剂等。

SBS改性剂16.改性沥青 掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂),或接纳对沥青轻度氧化加工等措施,使沥青或沥青混淆料的性能得以改善制成的沥青联合料,现被大量用于工程建设中。17.改性乳化沥青 在制作乳化沥青的历程中同时加入聚合物胶乳,或将聚合物胶乳与制品乳化沥青混淆,或对聚合物改性沥青举行乳化加工获得的乳化沥青产物。乳化设备 18.沥青胶 也称沥青玛蹄脂,是以石油、沥青为主,添加一定数量的固体或纤维状填充料以及少量添加剂职称的混淆物,他可以用来制作粘结油毛毡卷材、嵌缝补漏以及防水防腐蚀涂层等。

沥青胶19.沥青混淆料 由矿料与沥青联合料拌合而成的混淆料的总称。根据质料组成及结构分为一连级配、中断级配混淆料;根据矿料级配组成及清闲率巨细分为密级配、半开级配和开级配混淆料;按公称最大粒径的巨细可分为特粗式、粗粒式、中粒式、细粒式和砂粒式;按制造工艺分为热拌沥青混淆料、冷拌沥青混淆料和再生沥青混淆料。

03沥青的化学组成和结构由于沥青的组成极其庞大,而且存在有机化合物的同分异构现象,许多沥青的化学元素组成纵然十分相似,他们的性质也往往差异很大,将其沥青的化学元素的含量与沥青的性能之间建设起直接的联系,现在另有一定难题。因此海内外学者通常接纳组分分散法将沥青分散为化学性质相近而且与技术有一定联系的几个组分。

1、沥青的组分 沥青不是单一的物质,而是由多种化合物组成的混淆物,身分极其庞大,但从化学元素分析,其主要由碳、氢两种化学元素组成,所以也称为碳氢化合物,另外另有少量的硫、氮、氧以及一些金属元素等,通常以无机盐或者是氧化物的形式存在。在沥青中,碳和氢的含量约占98~99%,其中碳的含量83~87%,氢的含量11~14% 在研究沥青对差别溶剂的融合性,将沥青分散成几个化学身分和物理性质相似的部门,这些部门成为沥青的组分。

沥青中各组分的含量和性质与沥青的粘滞性、感温性、粘附性等化学性质有直接的联系,在一定水平上能说明他的路用性能,海内外研究者通常接纳的有以下几种方法:1) 二组分沥青分为沥青质和可溶质(软沥青质)两种组分2) 三组分沥青分为沥青质、油分和树脂三种组分3) 四组分沥青分为沥青质、饱和分、芬芳分和胶质四种组分4) 五组分根据罗斯特勒提出的分散法,沥青可分为沥青质、氨基、第一酸性分、第二酸性分和链烷分五种组分。三组分分析法四组分分析法 沥青接纳差别的分析方法可获得差别的组分。我国常用的是三组分分析法和四组分分析法。三组分分析法(又称溶解-吸附分析法)是用划定的溶剂及吸附剂,接纳抽提法将沥青分成沥青质、胶质和油分(包罗蜡)三个组分。

优点是组分剖析限明确,缺点是分析流程庞大,分析时间长。四组分分析法(又称SARA分析法)用划定的溶剂及吸附剂,接纳溶剂沉淀及色谱柱法将沥青试样分成沥青质、胶质、饱和分及芬芳分。

我国现在广泛接纳四组分分析法,常用的石油沥青四组分分析方法有Corbett法和SARA法,美国ASTM D4124接纳Corbett法,它将沥青分为沥青质(Asphaltenes)、饱和分(Saturates)、环烷芬芳分(Naphthene aromatics)和极性芬芳分(Polar aromatics)。SARA法所指的四组分为饱和分(Saturates)、芬芳分(Aromatics)、胶质(Resin)和沥青质(Asphaltene),取四个词的词头简写成SARA,该法已于1978年列入美国质料与试验协会(ASTM)推荐方法。SARA分析法流程2、沥青的胶体结构现代胶体理论研究发现,由于沥青的苯溶液具有丁铎尔现象,怎么沥青容易也是一种胶体溶液。丁铎尔现象(光学性质) 实验:用激光笔垂直照射淀粉胶体,胶体,溶液。

现象:胶体内部存在一条光路而溶液没有。结论:这种由于胶体微粒对光的散射作用形成的一条光明的通道的现象叫丁铎尔现象。

沥青质、胶质、油分组成了沥青的胶体结构。凭据沥青胶体阀构中胶团粒子巨细以及在疏散介质中的疏散状态,沥青被分为溶胶结构性、凝胶结构型、溶-凝胶结构型。

第一类沥青为溶胶型结构,沥青中沥青质含量很少,同时由于胶质作用,沥青质完全胶溶疏散于油分介质中。胶团之间没有吸引力或吸引力很小。这类沥青完全切合牛顿流体,剪切力与剪变速率呈直线关系,弹性效应很小或完全没有,液体沥青和渣油沥青属于这类。第二类沥青为溶-凝胶型结构,沥青中沥青质含量适当,并有许多胶质作为掩护物质。

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它所形成的胶团相互之间有一定的吸引力。这类沥青在常温时,在变形的最初阶段,体现为很是显着的弹性效应,但在变形增加到一定数值后,则体现为牛顿流体。大多数优质的路用沥青都属于溶-凝胶型沥青,它具有粘弹性和触变性,也称弹性溶胶。第三类沥青为凝胶型结构,沥青中沥青质含量很高。

形成空间网格结构,油分疏散在网格结构中,这种沥青具有显着的弹性效应,平常见到的湖沥青或页岩沥青属于凝胶型沥青。沥青胶体结构示意图差别的胶体结构具有显着差别的力学及路用性能,尤其是对温度的敏感性差别,要判断沥青的质量就必须相识沥青所具有的胶体结构状态。

石油沥青胶体结构的评价方法有许多种,如:针入度指数(PI)法、絮凝比-稀释度法等。针入度指数(PI)是在1936年由Pfeiffer和Doormaal提出的,认为它能很好的反映沥青的感温性,也就针入度指数(PI)是在1936年由Pfeiffer和Doormaal提出的,认为它能很好的反映沥青的感温性,也就是沥青的粘度或稠度随温度改变而变化的水平。PI是现在广泛使用的沥青感温性能指标,针入度指数PI与沥青的胶体结构、化学组分有密切的关系。

用PI值表现沥青的胶体类型是现在最常用的方法。我国的沥青路面施工技术规范已明确将针入度指数 (PI)列入技术指标。针入度实验示意图 一般来说,直馏沥青多为溶胶型,氧化沥青多为凝胶型或者容凝胶型,壳牌公司是凭据沥青的针入度指数将沥青结构分为三类。

PI<-2,纯粘性的溶胶型沥青,也称为焦油型沥青(因为大多数煤焦油的PI值均小于-2),具有较大的感温性。PI=+2~-2,溶-凝胶型沥青。这类沥青有一些弹性及不十明白显的触变性,大多数的优质沥青(如:溶剂沥青、和谐沥青)属于这一类。PI>+2,凝胶型沥青,有很强的弹性和触变性。

大部门的氧化沥青属于这一类,具有较低的温度感应性,但低温变形能力差。有些学者认为,接纳溶液的胶体理论尚不能很好的解释沥青的种种现象,而应接纳高分子溶液理论举行研究。若将沥青作为高分子溶液看待,既可以认为沥青是以沥青质为疏散相,软沥青质(油分+胶质)为疏散介质,两者亲和而形身分子溶液。这种高分子溶液的特点是对电解质稳定性较大,而且是可逆的。

也就是说在沥青高分子溶液中,加入电解质并不能破坏沥青的结构。当软沥青质淘汰,沥青质增加时,为浓溶液即凝胶型沥青,反之沥青质较少,软沥青质含量较多为稀溶液。溶凝胶型沥青则介于两者之间。04门路石油沥青的物理性质ASPHALT PAVEMENT TECHNOLOGY1.密度沥青的密度是沥青在划定温度(15℃)下单元体积的质量,以g/cm3或t/m³来计。

密度是沥青的基本参数,在沥青储运和沥青混淆料设计时都要用到这一参数。有时沥青的密度也用相对密度表现,它是在划定温度下沥青的密度与水密度的比值。

凭据1978年国际纯粹应用物理学协会所属符号单元和术语委员会的文件建议,我国已取消比重的观点,而一相对密度的观点取代,但在工程上还经常使用比重的观点。沥青的密度一般在1.00 g/cm3左右,可是由于沥青的化学身分差别,其密度又有所差异。

如温度对沥青密度的影响就很大,这在设计沥青的储罐时必须注意,许多研究讲明,沥青的密度大要有以下纪律:(1)沥青密度与其芬芳族含量有关,芬芳族含量越高,沥青密度越小;(2)沥青密度与各组分之间的比例有关,沥青质含量越高,其密度越大;(3)沥青密度与含蜡量有关,由于蜡的密度较低,故含蜡量高的沥青其密度也低;(4)沥青中硫的含量对其密度又一定影响,硫的含量增加,沥青的密度随之增大。此外,沥青的密度还与其稠度有关,稠度高的沥青密度也大。直溜沥青针入度在40~100(0.1mm)规模内,其密度基本上都在1.025~1.035g/cm3之间。密度与沥青各组分之间有良好的相关性,日本沥青协会获得如下关系式:d=1.06+8.5×10-4Ast-7.2×10-4Re-8.7×10-5Ar-1.6×10-3Sa式中:d—沥青的密度,该式的相关系数为0.89;Ast、Re、Ar、Sa—划分为沥青的沥青质、胶质、芬芳分和饱和分的百分数。

由上可见,沥青的密度与其化学组成有密切的关系。一般密度大的沥青其性能比力好,实质上是沥青中的沥青质含量较高,饱和分含量较低的缘故。而这些沥青都是由还忘记原油炼制的,一些入口沥青和国产的优质沥青都属于此。

而用中间基原油和石蜡基原油炼制的沥青,则大多沥青质含量低,蜡含量高,故不仅密度低,而且性能也差。固然由于沥青的化学组称庞大,其密度与路用性能之间并不存在绝对的相关性,如新疆克拉玛依所产的沥青,其密度就小于1.00g/cm3,但其路用性能却很好。2、热胀系数 沥青质料在温度升高时,体积将发生膨胀,温度上升1℃,沥青单元体积或单元长度几何尺寸的增大称之为体膨胀系数或线膨胀系数。

壳牌石油公司的研究资料认为,沥青的体膨胀系数与其稠度无关,在15℃~200℃规模内牢固稳定,为6.1×10-4K-1,事实上,沥青的体膨胀系数并很是数,而是虽差别品种有所变化的。沥青的体膨胀系数对沥青路面的路用性能有密切的关系,体膨胀系数越大,则夏季沥青路面越容易发生泛油,而冬季又容易泛起收缩开裂。沥青的体膨胀系数可以通过测定差别温度下的密度求得:a=(dT2- dT1)/[ dT1(T1-T2)]式中:a—沥青的体膨胀系数,K-1,dT1和dT2划分为高温和低温下沥青的密度g/cm3,T1和T2为温度℃3、比热容沥青的比热容与他的稠度与温度有关。

在0℃时,沥青的比热容为1.672~1.7974J/(g·℃)。沥青温度每升高1℃,比热容增加1.672×10-3~2.508×10-3J/(g·℃)。

4、外貌张力 外貌张力指的是液体与空气之间的力。沥青的外貌张力与温度等因素有关,其对于研究沥青与石料的粘附性有重要的意义。

种种液体的外貌张力可接纳毛细管法或滴重法测定。由于沥青的粘度大,在室温下无法测定,而必须在较高的温度下测定。沥青的外貌张力随温度上升而减小,两者有良好的线性关系,因此,当测得高温下沥青的外貌张力时,可以通过延长关系线求得常温下外貌张力。

一般认为,沥青与水的界面张力为(25~40)×10-3N/m。如在沥青或水中加入磺酸盐或含有-COOH、-OH基之类的化合物,界面张力可以下降至5×10-3N/m,这也就是为什么乳化剂能用来乳化沥青质料的缘故。本文转载自钢结构设计。


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