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沥青的生产与评价,石油大学（华东）重质油研究所 张 玉 贞,基本概念,按来源 沥 青,石油沥青(asphalt) 焦油沥青（tar) 热解沥青(pitch) 天然沥青(natural bitumen),基本概念,按生产工艺 沥 青,直馏沥青 氧化沥青 调和沥青 改性沥青 乳化沥青,基本概念,按用途 沥青,道路沥青 建筑沥青 特种沥青,重交通道路沥青GB/T15180 道路沥青SH0522,GB494,防水防潮沥青 防腐沥青 电缆沥青 ,路面常见病害,道路沥青应反映的使用性能,沥青的评价体系 沥青的生产 沥青的质量控制,影响沥青使用性能的关键因素,道路沥青的评价体系,施工 高温 中温 低温 性能 性能 性能 性能,拌和温度 路面最低 设计温度,沥青的老化,影响路面使用性能的环境因素,温度 高温 车辙 中温 疲劳 低温 开裂 载荷 车辙、剥离 湿度 剥离,道路沥青的评价体系,沥青的短期老化 热 拌 和 沥青氧化老化 摊铺/压实 轻组分挥发 沥青的长期老化 氧 气 沥青氧化 载 荷 温 度,沥青疲劳,道路沥青的评价体系,几种代表性分级体系 针入度分级 粘度分级 PG分级（Performance Grade),道路沥青的评价体系,软化点,低温延度,抗车辙 疲 劳 低温开裂,薄膜烘箱老化前后,针 入 度 分 级,道路沥青的分级体系,按针入度分级的国家（现行标准） 中国，美国，日本，欧盟，澳大利亚， 印度，奥地利等,道路沥青的分级体系,以针入度为基准,AH-70,重交通道路沥青,针入度中间值,道路沥青的分级体系,软化点 TFOT 前后,提出抗车辙技术要求,道路沥青的分级体系,针入度 TFOT前后,提出抗疲劳技术要求,道路沥青的分级体系,TFOT前后 延度 7 ， 10， 13 ，15 脆点,道路沥青的分级体系,粘 度 分 级（AC，AR）,针入度 延 度 25 25,施工性能 抗车辙 疲 劳,薄膜烘箱前后,薄膜烘箱前,道路沥青的分级体系,以粘度为基准,粘度分级,粘度值,道路沥青的分级体系,25 针入度，延度,60 粘度,提出抗车辙技术要求,道路沥青的分级体系,性 能 分 级（PG）,车辙,施工,疲劳开裂,低温开裂,（RV）,（DSR）,（DSR）,（BBR）,（DT）,RTFO 老化,PAV老化,流变特性为基准,PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82,(Rotational Viscosity) RV,90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110),(Flash Point) FP,46 52 58 64 70 76 82,46 52 58 64 70 76 82,(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss 1.00 %,(Direct Tension) DT,(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening,28,-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34,Avg 7-day Max, oC,1-day Min, oC,(PRESSURE AGING VESSEL) PAV,ORIGINAL, 1.00 kPa, 5000 kPa, 2.20 kPa,20 Hours, 2.07 MPa,10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin d,( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value,-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24,-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d, 230 oC,CEC,RWM, 3 Pa.s 135 oC,Determine Critical Cracking Temperature as described in PP42,Creep Stiffness, TP1:,Report Value,Direct Tension, TP3:,Determine Critical Cracking Temperature as described in PP42,AASHTO MP1a Specifications,PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82,(Rotational Viscosity) RV,90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110),(Flash Point) FP,46 52 58 64 70 76 82,46 52 58 64 70 76 82,(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss 1.00 %,(Direct Tension) DT,(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening,28,-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34,Avg 7-day Max, oC,1-day Min, oC,(PRESSURE AGING VESSEL) PAV,ORIGINAL, 5000 kPa, 2.20 kPa,S 300 MPa,m 0.300,Report Value,F. Strain 1.00 %,20 Hours, 2.07 MPa,10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin d,( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value,-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24,-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d,(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin d, 230 oC,CEC,RWM,Test Temperature Changes, 1.00 kPa, 3 Pa.s 135 oC,52,58,动态剪切流变仪 新鲜沥青： 温度 G*/sin d, Min 1.00 kPa 10 rad/sec RTFOT 后 温度 G*/sin d, Min 2.20 kPa 10 rad/sec,提出抗车辙技术要求,流变特性为基准,动态剪切流变仪 RTFOT+PAV 温度 G*sin d, Max, 5000 kPa 10 rad/sec,流变特性为基准,弯曲梁试验 温度 S, Max, 300 MPa m-value, Min, 0.300 60 sec 直接拉伸试验 温度 破坏应变, Min 1.0 % 1.0 mm/min,流变特性为基准,PG 58-28,Performance Grade PG分级,Average 7-day max pavement design temp 平均7天最高路面设计温度,Min pavement design temp 最低设计温度,PG 分级体系,流变特性为基准,我国道路沥青分级体系,针入度分级体系 高温性能：软化点 低温性能：延度 抗老化性能：薄膜烘箱试验,我国道路沥青产品标准沿革,我国道路沥青制修订变更情况,SYB 1661-1977道路沥青质量指标,SYB 1661-1985道路沥青质量指标,* 25延度达不到100时，若15延度不小于100也认为是合格的。,SH0522-1992 道路沥青质量指标,* 25延度达不到100时，若15延度不小于100也认为是合格的。,我国道路沥青制修订变更情况,SH0522-2000 道路沥青质量指标,* 25延度达不到100时， 15延度达到时，也认为是合格的。,* 25延度达不到100时， 15延度达到时，也认为是合格的。,GB/T15180-1994 高等级道路沥青质量指标,* 25延度达不到100时， 15延度达到时，也认为是合格的。,GB/T15180-2000 高等级道路沥青质量指标,* 25延度达不到100时， 15延度达到时，也认为是合格的。,选择适宜的原油 是生产优质道路沥青最经济的手段 我国道路沥青产品标准的进步， 主要归功于稠油资源的开发,沥青的生产-见解1,胜利100号 单家寺稠油沥青 克拉玛依沥青 辽河沥青 中海沥青 奥里油生产的沥青 进口原油生产的沥青,不同时期的沥青代表,化学组成特征： 较高的芳香分、胶质、沥青质含量 较低的蜡含量，一般有较高的硫含量 物理性质特征： 高粘度、高密度,适合生产沥青的原油的典型特征,适宜的原油可以通过传统的工艺生产沥青, 常减压蒸馏生产直馏沥青 轻度裂解蒸馏生产沥青 氧化工艺生产沥青 溶剂脱沥青调和工艺生产沥青,沥青的生产,典型的常减压蒸馏工艺流程,沥青的生产,减压深拔工艺流程,沥青的生产,溶剂脱沥青典型工艺流程,沥 青 或硬沥青,当原油确定后，通过先进工艺或工艺优化，可以在一定程度上改善沥青的质量,沥青的生产-见解2,强化蒸馏（单家寺混合稠油）,渣油,蜡油,沥青,富芳烃组分,减压蒸馏,强化溶剂脱沥青,渣油,脱沥青油,沥青,富芳烃组分,mix,Heater,脱沥青,作用原理,富芳烃组分，改变了沥青胶体体系的性质，改变了溶剂化层的结构和厚度，从而改善了蒸馏或溶剂脱沥青的选择性，发生了蜡分的置换,典型实验结果,蜡重组-蒸馏技术,常压渣油,反应器 加热炉 减压塔,沥青,蜡油,原料的性质,氧化沥青结果,典型实验结果,作用原理,富芳烃组分，改变了沥青胶体体系的性质，改变了溶剂化层的结构和厚度，从而改善了蒸馏的选择性，饱和分含量相对降低,蜡在渣油中的分布,蜡在原油中的分布,22,溶剂脱沥青调合,ATM VACUUM Deasphalt Blending,Bitumen,Crude oil,fractions,HVGO,VR,DOA,DAO,沥青生产-见解3,聚合物改性，结束了“沥青的性质在很大程度上取决于原油的性质”的历史 通过沥青组成设计和聚合物分子设计，可以满足不同工程需要,不同加工过程沥青性质的变化趋势,性能等级,Low,HIGH,工艺优化,原油选择,传统沥青,改性沥青,基质沥青性能范围,符合PG各等级要求,特殊用途,不同的工艺过程,A,B,C,D,聚合物改性沥青体系,热力学多相体系骨架作用 相容与溶胀改善配伍性，提高改性效率 多相分散稳定体系便于生产和应用,热力学多相体系骨架作用,改性沥青生产中长期被忽视的问题 沥青和聚合物的相容性,聚合物在沥青中的相容,不相容体系,相容体系,相容体系和不相容体系的比较,改性沥青的常规性质,聚合物在沥青中的溶胀,通过沥青的组成设计和聚合物的分子设计，可以改善沥青与聚合物的配伍性,稳定体系便于生产和应用,TFOT前,TFOT后,沥青的生产,沥青的生产,改性沥青生产过程控制,沥青罐,发育罐,改性沥青,沥青的质量控制,性能