沥青

沥青是一种深棕色到黑色,高粘性的烃,从石油蒸馏残渣中产生。这种蒸馏可以自然发生,导致沥青湖,或发生在使用原油的炼油厂。2001年,美国生产了近3500万吨沥青,价值约为60亿美元。道路和高速公路是沥青的最大单一用途,占总沥青使用量的85%(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和其他铺路应用的沥青。本节使用通用术语“沥青粘合剂”,代表HMA中的主要结合剂,因为“沥青粘合剂”包括沥青水泥以及添加的任何材料以改变原始沥青水泥性能。

沥青物理性质

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合剂物理性质如何变化的衡量标准(有时称为年龄硬化)。通常,作为沥青粘合剂年龄,其粘度增加并且变得更加僵硬和脆弱。
  • 流变学。流变学是研究物质变形和流动的学科。沥青混合料的变形和流动是影响沥青混合料路面性能的重要因素。Bob体育下载链接APP过度变形Bob体育下载链接APP和流动的HMA路面可能会受到rutting.流血的,而那些过僵硬的人可能易于疲劳裂缝。HMA路Bob体育下载链接APP面变形与沥青粘合剂流变学密切相关。沥青粘合剂的流变性能随温度而变化,因此流变表征涉及两个关键考虑因素。首先,为了完全表征沥青粘合剂,必须在其生命期间可能遇到的温度范围内检查其流变性质。其次,为了比较不同的沥青粘合剂,必须在一些常见的参考温度下测量它们的流变性能。
  • 安全。沥青水泥如大多数其他材料,加热时挥发(放出蒸汽)。在极高的温度(高于制造和施工中经验的那些HMA)沥青水泥可以释放足够的蒸汽,以将沥青水泥高于沥青水泥的挥发性浓度增加到它在暴露于火花或开放时会点燃(闪光)的点火焰。这称为闪点。出于安全原因,测试和控制沥青水泥的闪点。
  • 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

沥青粘结剂通常根据其物理特性分为一种或多种简易分级系统。这些系统的范围从简单到复杂,代表了表征沥青粘结剂能力的演变。如今,大多数州政府机构都在使用或计划改用Superpave的成绩评分(PG)系统。

渗透针
图3:渗透针

渗透等级

基于标准针穿透深度的沥青粘结剂样品放置在一个100 g负载为5秒(见图3)。测试是简单和容易执行,但不衡量任何基本参数和只能描述沥青结合料在一个温度(77°F)。渗透等级被列为一系列渗透单位(一个渗透单位= 0.1毫米的渗透标准针)。在美国使用的典型沥青粘合剂是65-70笔和85-100笔。

粘度等级

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Poises除以10.美国使用的典型沥青粘合剂是AC-10,AC-20,AC-30,AR-4000和AR-8000。粘度等级是一种更好的分级系统,但它不测试低温沥青粘合剂流变学。

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。

Superpave的性能分级使用了两个数字——第一个是7天平均最高路面温度(°C),第二个是可能经历的最低路面设计温度(°C)。Bob体育下载链接APP因此,PG 64-16适用于平均7天最高路面温度为64°C,预期最低路面温度为-16°C的环境。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在夏威夷使用的典型PG级是PG 64-16。实际上,夏威夷的路面温度永远不Bob体育下载链接APP会降至-16°C,但使用的典型沥青粘结剂将满足这一标准,因此按此分级。

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]):

  • 在与施工相关的高温下降低刚度(或粘度)。这有助于泵送液体沥青粘合剂以及HMA的混合和压实。
  • 高服务温度高的刚度较高。这将减少车辙和推动。
  • 在较低的使用温度下,较低的刚度和较快的松弛性能。这将减少热裂解。
  • 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:防逆转录改性器的效果

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。乳化沥青是在乳化剂(如肥皂)的辅助下,将小的沥青水泥颗粒悬浮在水中。乳剂的粘度比纯(普通)沥青低,因此可以用于低温应用。涂抹乳液后,水分蒸发,只剩下沥青水泥。乳剂常被用作底漆和粘接漆。
  • 削减沥青。倒钩沥青是沥青水泥和石油溶剂的组合。与乳液一样,使用削减,因为它们的粘度低于纯沥青的粘度,因此可以用于低温应用中。在施加屈服后,溶剂蒸发,仅留下沥青水泥。今天的削减不太常见,因为石油溶剂比水更昂贵,可以是环境问题。削减通常用作素涂层和粘性涂层。
  • 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)。HMA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。国家沥青路面协会教育基础。Bob体育下载链接APPLanham,MD。
  3. 世界高速公路。(2001年4月)。泡沫沥青抓住。世界高速公路,2001年4月。