沥青

沥青是一种深棕色至黑色,高度粘稠的碳氢化合物,由石油蒸馏残余物产生。这种蒸馏可以自然发生,导致沥青湖泊,或者在石油炼油厂中使用原油发生。2001年,美国生产了近3500万吨沥青,价值约为60亿美元。道路和高速公路构成了总数的最大单一使用沥青(沥青研究所,2002年[1])。在HMA中,沥青用作防水,热塑性,粘弹性粘合剂。重量,沥青通常占HMA的4%至8%,根据类型和数量占HAS路面结构的成本约25-30%。Bob体育下载链接APP铺路行业也使用沥青乳液,沥青削减和泡沫沥青。

特立尼达湖沥青
图1:特立尼达湖沥青

雪佛龙夏威夷炼油厂
图2:雪佛龙夏威夷炼油厂

“沥青水泥”是指已准备用于HMA和其他铺装应用的沥青。本节使用通用术语“沥青粘结剂”来代表HMA中的主要粘结剂,因为“沥青粘结剂”包括沥青水泥以及任何添加以改变原始沥青水泥性能的材料。

沥青物理特性

沥青可以通过其化学成分和物理性质进行分类。路面行业Bob体育下载链接APP通常依赖于性能表征的物理性质,尽管沥青的物理性质是其化学成分的直接结果。通常,最重要的物理属性是:

  • 耐久性。耐久性是衡量沥青粘结剂物理性能随时间变化的指标(有时称为老化硬化)。一般来说,随着沥青粘结剂的老化,它的粘度增加,变得更加坚硬和脆弱。
  • 流变学。流变学是物质变形和流动的研究。HMA中沥青粘合剂的变形和流动在HMA路面性能中是重要的。Bob体育下载链接APPHMA路Bob体育下载链接APP面变形和流量太多可能易受发情的出血,而那些太硬的可能容易疲劳开裂。沥青混合Bob体育下载链接APP料路面变形与沥青结合料流变密切相关。沥青粘结剂的流变特性随温度的变化而变化,因此流变特性涉及两个关键因素。首先,为了充分描述沥青粘结剂的特性,必须在其使用寿命中可能遇到的温度范围内检查其流变特性。其次,为了比较不同的沥青粘结剂,必须在一定的参考温度下测定其流变特性。
  • 安全。沥青水泥和大多数其他材料一样,受热时会挥发(散发出蒸汽)。在极高的温度下(远高于制造和建造HMA的经验),沥青水泥可以释放足够的蒸气,使沥青水泥上的挥发性物质浓度立即增加到暴露在火花或明火下就会燃烧(闪光)的程度。这就是所谓的闪点。出于安全考虑,对沥青水泥的闪点进行了测试和控制。
  • 纯度。如HMA铺路所使用的沥青水泥应包括几乎纯净的沥青。杂质不是活性固井成分,并且可能对沥青的性能有害。

等级系统

沥青粘合剂通常根据它们的物理特性由一个或多个速写系统进行分类。这些系统范围从简单到复杂,代表了表征沥青粘合剂的能力的演变。今天,大多数州代理商使用或计划切换到SuperPave性能分级(PG)系统。

渗透针
图3:渗透针

渗透分级

基于深度,标准针将在100g加载量下渗入沥青粘合剂样品5秒(见图3)。测试简单且易于执行,但它不测量任何基本参数,只能在一个温度(77°F)处表征沥青粘合剂。渗透等级被列为一系列穿透单元(一个穿透单元= 0.1mm的标准针的渗透)。美国使用的典型沥青粘合剂是65-70笔和85-100笔。

粘度分级

测量渗透(如渗透分级),但也测量140°F和275°F的沥青粘合剂的粘度。可以在维生(AC)或老年(Ar)沥青粘合剂上进行测试。等级在Poisings中列出(CM-G-S = Dyne-Second / Cm2)或泊斯除以10。美国常用的沥青粘结剂有AC-10、AC-20、AC-30、AR-4000和AR-8000。粘度级配是一种较好的级配体系,但它不能测试低温沥青粘结剂的流变性。

SuperPave性能分级(PG)系统

超级波PG系统是作为超级保健的一部分开发的,以更准确地表征用于HMA路面的沥青粘合剂。Bob体育下载链接APPPG系统基于HMA沥青粘合剂的性质应与其使用的条件有关的想法。对于沥青粘合剂,这涉及预期的气候条件以及老化的考虑因素。因此,PG系统使用常见的测试电池(作为较旧的渗透和粘度等级系统,但指定特定的沥青粘合剂必须在取决于预期用处的特定气候条件的特定温度下通过这些测试.因此,夏威夷使用的粘合剂与阿拉斯加的用途不同。

使用两个数字报告SuperPave性能分级 - 首先是平均七天的最大路面温度(在°C),第二个是可能经验丰富的最小路面设计温度(在°C)。Bob体育下载链接APP因此,PG 64-16用于使用平均七天的最大路面温度为64°C,并且预期的最小路面温度为-16°C。Bob体育下载链接APP请注意,这些数字是路面温度,而不是空气温度。Bob体育下载链接APP夏威夷中使用的典型PG等级是PG 64-16。现实地,夏威夷的路面温度将永远Bob体育下载链接APP不会倾斜至-16°C,但使用的典型沥青粘合剂将符合本标准,因此可以如此渐变。

沥青粘合剂改性剂

一些沥青水泥需要修改以满足规格。沥青水泥改性已在50年以上实施,但在过去十年左右也得到了额外的注意。今天市场上有许多粘合剂添加剂。改性沥青水泥的益处只能通过修饰符的明智选择来实现;并非所有修饰符都适用于所有应用。通常,应修改沥青水泥以达到以下类型的改进(Roberts等,1996[2]):

  • 较低的刚度(或粘度)在高温下与建设相关。这有助于泵送液体沥青粘结剂以及混合和压实HMA。
  • 在高使用温度下具有更高的刚度。这将减少车辙和推挤。
  • 低服务温度下的刚度和更快的弛豫性能。这将减少热裂纹。
  • 在存在水分存在下增加沥青粘合剂和聚集体之间的粘附性。这将降低剥离的可能性。图4显示了在涂覆沥青粘合剂后的来自相同来源的两个聚合样本。左侧样品使用的沥青粘合剂含有抗汽提改性剂,这导致几乎没有骨料 - 沥青粘合剂粘附。右侧样品使用的沥青粘合剂含有抗汽提改性剂的0.5%(重量的沥青粘合剂),这导致良好的聚集体 - 沥青粘合剂粘附。
防逆转修改器的影响
图4:反剥离修饰剂的效果

用于铺路的其他形式的沥青

除了沥青水泥外,还有三种其他形式的沥青占据铺路行业:

  • 乳化沥青。乳化沥青是水中小沥青水泥球的悬浮液,其通过乳化剂(例如皂)辅助。乳液的粘度低于整齐(平原)沥青的粘度,因此可以用于低温应用。在施加乳液之后,水蒸发除去,仅留下沥青水泥。乳液通常用作素涂层和粘性涂层。
  • 稀释沥青。减沥青是沥青、水泥和石油溶剂的混合物。像乳剂一样,使用减缩剂是因为它们的粘度低于纯沥青,因此可以用于低温应用。削减后,溶剂蒸发掉,只剩下沥青水泥。由于石油溶剂比水更昂贵,而且可能会对环境造成影响,所以削减成本在今天并不常见。削减通常用作基本涂层和钉涂层。
  • 泡沫沥青。通过将热沥青粘合剂与少量冷水组合来形成泡沫沥青。当冷水与热沥青粘合剂接触时,它转向蒸汽,这被陷入小沥青粘合剂泡泡(2001年世界高速公路)[3])。结果是薄膜,高体积沥青泡沫。该高体积泡沫状态仅持续几分钟,之后沥青粘合剂恢复其原始性质。泡沫沥青可以用作土壤或基础稳定中的粘合剂,并且通常用作冷真实回收(CIPR)中的稳定剂。



脚注(↵返回文本)
  1. 沥青研究所。(2001)。协会建设.手册系列22(MS-22)。沥青研究所。列克星敦,KY。
  2. 罗伯茨,F.L;康尔山,P.S;棕色,e.r .;Lee,D.Y.和肯尼迪,T.W.(1996)。热混合沥青材料,混合设计和施工.全国沥青路面协会教育基金会。Bob体育下载链接APP台北。
  3. 世界高速公路。(2001年4月)。泡沫沥青起作用。世界高速公路, 2001年4月。