石油炼制与化工年月 ! 第卷第期影响道路沥青低温抗裂性能的因素张书红王子军李,锐石油化工科学研究院北京摘要用弯曲梁流变仪直接拉伸试验机对种国内外油源沥青样品进行了低温抗裂性能的评价从沥青的四组分相对分子质量及其分布来分析其对沥青低温抗裂性能的影响结果表明沥青的相对分子质量分布宽对沥青的低温抗裂性能有利关键词道路沥青低温抗裂性能组成相对分子质前言简称沥青种简称沥青各种沥青路面的低温开裂是路面破坏的主要形式之一沥青的性质见表路面裂缝的危害在于从裂缝中不断进入水试验方法本文所涉及的试验方法主要有四组分分析分使基层甚至路基软化导致路面承载力下降产生哪浆台阶网裂加速路面破坏此类开裂在许凝胶色谱分析常规物理方法测试的针人度多气候寒冷的国家或地区例如北美加拿大本俄罗斯北欧以及我国北方地区非常普遍日软化点延度薄膜烘箱试验 规范测试的压力老化试验模拟沥目前我国主要用沥青的脆点来表征沥青在低青铺在路面至少年的情况弯曲梁试验温时的性能但是由于我国前几年普遍采用人工操测量沥青达到极限蠕变劲度和蠕变应变速率作测试脆点试验结果偏差大重复性差并且耗时费力因此对沥青低温性能的认识很有限战略公路研究计划值时的温度直接拉伸试验测量沥青达到极限拉伸应变衡时的温度在美国沥青结合料路用性能试验结果与讨论规范中用达到沥青结合料的极限劲度模量和蠕变应变速率值时的温度通过弯曲蠕变试验测定以及达到极限拉伸应变规范中评价沥青低温开裂性能的指标沥青路面使用一定时间后沥青老化沥青的劲。,时的温度通过直度增大应力松弛能力变差拉伸应变减少在温度的反复作用下沥青路面发生低温开裂接拉伸试验测定作为评价沥青低温性能的指标况反映沥青的低温抗裂性能为此此指标能够比较准确地从沥青路面的实际使用情评价沥青结合料低温性能所采用的沥青样本文用规范品要求先经旋转薄膜烘箱试验模拟沥青中评价沥青低温性能的方法评价沥青的低温抗裂性能并尝试通过沥青组成和结构的变化来认识影响沥青低温抗裂性能的因素为沥青生产企业选择油源及有效组分进行沥青的调合与改质从而为在施工过程中的热老化再经过压力老化试验模拟沥青路面经过至少 !年的使用期老化沥青结合料路用性能规范中提出用弯曲梁流变仪的弯曲蠕变试验及直接拉伸试验评价沥青的低温抗裂性能用经过和压力老化试验的沥青测定平均最低路面设计温度时的低温弯曲蠕变劲度模量作为最主要指标提高沥青质量提供一些参考实验部分原料 !试验选用中东油源沥青种沥青按生产沥青的油源分为种阿曼镇海沙中采用试验来评价沥青低温抗裂性能它要求时的不大于同时还要求也门国内油源沥青种塔河塔河原油稠油绥中绥中收稿日期作者简介张书红女硕士年毕业于石油化工科学研辽河辽河稠油其中种究院获硕士学位现在重油加工研究室工作石油炼制与化工年第卷表项目各种沥甚本性质国内油源中东油源习子针人度℃软化点延度℃℃℃ 蜡含量薄膜烘箱试验后针人度比延度℃℃匕巧 时蠕变劲度与荷载作用时间的双对数曲线的斜率不小于值反映沥青劲度的时间敏感性望得到加载Zh后在最低路面设计温度下的劲度5研究者发现升温10℃加载60的劲度及应力松弛性能值越大沥青的应力松弛性能与上述希望劲度相等这就大大缩短了试验时间提高了试验温度验数据越好抗裂性能越好当大于大于表中一2℃和一28℃下60℃时的数却小于。,时则再用直接拉伸试据就是分别取自一12℃和一185时的试验测定沥青在最低路面设计温度时的直接拉伸破坏应变拉伸速率并要求不小于从表2数据看到在一2a都能满足S<30MP℃温度下00种沥青的条件表明这对于短期老化阶段考虑到国内仍习惯采用些沥青在一2开裂性能℃的低温下使用都具备较好的抗方法来老化沥青且在重交通道路沥青的 国家标准中也允许在非仲裁的情况下可用代替 因此本文中涉及的老化采用不同沥青的低温抗裂性能比较用弯曲梁流变仪分析沥青的低温劲度和蠕变应变速率用直接拉伸试验分析部分沥青的破坏拉伸应变结果如表表所示温度条件下只有用国内油.源生产的4种沥青能满足m>030其中3种同时a满足S<300MP它们分别是XJ说明这3种沥青在一28℃时使用仍具有.沥青的S值是3328好的抗开裂性能唯有52MPa规范规定当S值在300~600MPa时需补充DTT测试通过DTT测试后得到其旬只有..024%不满足。,>10%的要求故52沥青在一2800000各种沥青的一℃分析数据一℃的低温抗开裂性能只能分在符合一2级内℃的这一分从中可以看出在所测试的沥青样品中国项目内油源沥青的低温性能好于国外油源沥青影响沥青低温抗裂性能的因案国内油源OJ了自0 从上述分析可知在所测试的几种沥青中国42内油源沥青的低温抗裂性能好于国外油源沥青36.245.6各种沥青性能上的差别是与沥青的化学组成及结子.13730.39332832构有密切联系的中东油源子一般认为石油沥青是一个胶体分散体系其分151.8.30.35336.8.0.28.散相是以沥青质为核心吸附部分胶质而形成的胶1630.383806029束胶质为胶溶剂油分(饱和分+芳香分)为分散16670.36366.00.28介质沥青质通过胶溶剂和分散介质作用形成稳定的胶体结构用BBR测试沥青的低温性能正常情况下希大量事实表明沥青的理化和使用性第8期.张书红等影响道路沥青低温抗裂性能的因素质很大程度决定于其胶体体系的性质而能否形成稳定的胶体体系又与其化学组成密切相关[]1J,气0奶2护侧蓄名添己遥·对于同一种沥青随着老化程度的加深劲度增大低温抗裂能力下降如图1所示沥青在老化过程中饱和分基本不变芳香分减少胶质沥青质增加如表3所示芳香分减少胶质沥青质增加会导致沥青中的分散相增多分散介质的芳香度下降胶溶能力减弱使沥青胶体稳定性下降低温抗裂性能变差JX图1000000几种沥青一2℃时不同老化阶段的低温劲度S沥青的低温抗裂性能除与沥青中的胶质沥青表3项目TH000.一TFOT残余沥青;.一TFOT残余沥青沥裔在不同老化阶段的化学组成变化国内油源中东油源0000原样沥青(质量分数)/%饱和分725.0882544162783.213.259.5280.152.90.20.60.800芳香分胶质沥青质胶质十沥青质048.804SNS+NTFOT残留沥青(质量分数)/%饱和分芳香分胶质沥青质PAV残留沥青(质量分数)/%饱和分047.30.50.400.3.300090….610口0.…00左O芳香分胶质沥青质9夕夕0n……q左004000质含量有关外布有关还与沥青的相对分子质量及其分从逐渐增大如表4所示对于同一种沥青随着相对分子质量是沥青的重要物理性质老化程度的加深劲度增大低温抗裂能力下降沥青的相对分子质量分布范围很宽其中各组分的相对分子质量一般在500~1000之间但各种沥青的相对分子质量不尽相同这说明大尺寸分子所占比例增加平均相对分子质量M增大使沥青的低温抗裂性能变差凝胶渗析色但沥青的低温抗裂性能还与沥青的分散度D(D一几几/从)的大小有一定的关系谱)是测定沥青相对分子质量分布的有效手段沥青的分散是基于不同相对分子质量的物质在填有吸附度D比较大说明沥青相对分子质量分布比较宽剂的柱子中具有不同的停留时间来描绘混合物的相对分子质量分布的留时间的增加)逐渐减小在低温下分子间距离缩短分子运动比较困难由于沥青相对分子质量分布宽其中有很多的小分子组成小分子又存在于大分子之间起着增塑和增随着淋洗体积的增加(即停被冲洗出的物质的相对分子质量韧的作用保证沥青的低温抗裂性能阁比如所分随着老化程度的加深沥青中大尺寸分子所占面积比例(面积1)逐渐增加平均相对分子质量析的国内油源沥青其PAV老化后的数均相对分子质量M石都在200以上大尺寸分子所占比例石(面积1)油炼制与化工2003年第54卷3%以上而中东油源沥青其数均相都在2高沥青中大尺寸分子所占比例就比较大沥青的平均相对分子质量也就比较大M切/从都低于190大尺寸分子所占比)都小于20%但是由于国内油源沥青的例(面积1.分散度D比较大(都在30以上)所以其低温抗对分子质量M对于分散度D~由于小分子组分的混人对数均相对分子质量M沁有很大的影响大分子组分的混人对重均相对分子质量M初影响很大[13裂性能好于国外油源沥青国内油源与中东油源沥另外通过比较表3因此沥青中大尺寸青的组成和相对分子质量及分散度数据发现沥青相对分子质量的大小与沥青中胶质和沥青质的含十As)的含量相对比较量之和(Re十As)相关)越高则分散度D越大这分子所占比例(面积1从表4GPC分析数据也可以看出因此沥青中含有适当比例的大尺寸分子对沥青的低温抗裂性能有利,表4样品名称国内油源沥青几种沥*的GPC分析数据。(小分子峰)峰2(大分子峰)峰lMnlD1面积l/%MJx0000.1…面积2/%城D连乙勺吐,了000沙匕0,00…000000连8000000…0000000001.Jt1勺匕I08S连0000000…000000中东油源沥青ZHSHZ00连0Oqd只R匕R匀R0宁了匕连,On,OQ001夕O连0石00…000…0000000¹….4237.2366.2387.20482166.2335000000〔卜原样沥青;T一TFOT残留沥青;P一TFO下PVA残留沥青结论(1)沥青中胶质沥青质含量多则其大尺寸一28℃其低温抗裂性能优于国外油源沥青参考文分子所占比例高平均相对分子质量和分散度D献都比较大而沥青的分散度D大相对分子质量分布宽对沥青的低温抗裂性能有利梁文杰原健安...石油化学石油大学出版社所分析的几种国产沥青的最低路面设计℃影响沥青性质的几个因素石油沥青.温度都能达到一2国内油源沥青中TH0张德勤00..:石油沥青的生产与应用北京中国石化出版社00沥青的最低路面设计温度甚至达到0第8期张书红等影响道路沥青低温抗裂性能的因素.FACTORS一ANTIINFLUENCINGACKINGangPRuOPTHERETYLOO一WFRTEMPERATURECROADASPHALTZhShhong000(厂气众欠久久久久众久久广告目~~。~~。岁封面封二封三封底彩插一1彩擂一2维昌洋行中国有限公司镇江金门实业有限公司石油化工设备厂北京承天倍达过滤技术有限责任公司吉胜国际公司(北京办事处)江苏三星化工有限公江(扬中)电脱盐设备公司四川天一科技股份有限公司江苏中圣石化工程有限公司北京三聚环保新材料有限公司彩插一3彩播一4~5彩插一6彩插一7武汉新通创科技有限公司江苏江阴市金马溶剂化工有限公司浙江佳力科技开发有限公司上海贵通新材料科技有限公司湖北省化学研究院大连北方分析仪器厂大连昆仑石油仪器有限公司北京昆仑海岸传感技术中心彩插一8~9彩插一10插一11插一12插一13彩插一14彩播一15天华化工机械及自动化研究设计院德祥科技有限公司封面照片说明(维昌洋行中国有限公司)北京昆仑海岸传感技术中心彩插一1615页68~69页70页中国石化出版社
