王新朋 夏鳳石 李 瑞 張 青

(西安星光能源有限公司 西安 710608)

克拉瑪依瀝青以優(yōu)質(zhì)的新疆九區(qū)環(huán)烷基稠油作為原料，采用丙烷脫瀝青調(diào)和工藝生產(chǎn)的瀝青能夠滿足JTG F40-2004 《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(道路石油A級(jí)瀝青)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有良好的高低溫性能和優(yōu)良的路用性能[1]，在西北地區(qū)使用廣泛。其四組分中，膠質(zhì)含量遠(yuǎn)高于其他瀝青，瀝青質(zhì)含量小于1%，密度小于1 g/cm3[2]。由于這種特性，克拉瑪依瀝青在運(yùn)輸和存儲(chǔ)中與其他瀝青混合后，會(huì)造成其性能快速衰減。

本文將探討幾種常用的進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)瀝青及SBS改性瀝青與克拉瑪依瀝青混合后的性能變化，并對(duì)混合后的克拉瑪依瀝青進(jìn)行高速剪切試驗(yàn)，以探討性能衰減后的克拉瑪依瀝青的性能恢復(fù)方法。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取克拉瑪依90號(hào)A級(jí)道路石油瀝青、韓國(guó)SK90號(hào)瀝青、韓國(guó)GS90號(hào)瀝青、中石化鎮(zhèn)海煉化90號(hào)A級(jí)瀝青、中石油西太90號(hào)A級(jí)瀝青5種道路石油瀝青和SBS聚合物改性瀝青，其主要指標(biāo)見(jiàn)表1，四組分指標(biāo)見(jiàn)表2。SBS聚合物改性瀝青I-C性質(zhì)見(jiàn)表3。

表1 5種90號(hào)瀝青主要指標(biāo)

表2 5種道路石油瀝青四組分試驗(yàn)結(jié)果分析

表3 SBS聚合物改性瀝青I-C主要指標(biāo)

表1中5種進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)90號(hào)瀝青常規(guī)指標(biāo)基本接近，但由表2可見(jiàn)，克拉瑪依90號(hào)瀝青的瀝青質(zhì)和膠質(zhì)含量與其余4種90號(hào)瀝青有明顯區(qū)別，克拉瑪依90號(hào)瀝青的瀝青質(zhì)含量低、膠質(zhì)含量高。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)研究設(shè)備有針入度儀、延度儀、恒溫水浴、軟化點(diǎn)儀、電加熱套及攪拌裝置、高速剪切機(jī)、液相吸附色譜裝置、烘箱等。

2 試驗(yàn)分析與討論

2.1 克拉瑪依瀝青與其他少量瀝青混合后對(duì)其性能的影響

克拉瑪依90號(hào)瀝青的瀝青質(zhì)與膠質(zhì)含量與其余4種瀝青存在明顯差異。分別將4種道路石油瀝青、SBS聚合物改性瀝青I-C按照不同比例混入克拉瑪依90號(hào)瀝青中，并進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)分析，結(jié)果如表4。

表4 克拉瑪依90號(hào)瀝青混入5種瀝青后試驗(yàn)結(jié)果分析

由表4可見(jiàn)，9和10號(hào)克拉瑪依瀝青10 ℃和15 ℃延度衰減明顯，其余瀝青性能沒(méi)有明顯影響。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在延度試驗(yàn)拉伸過(guò)程中，9和10號(hào)瀝青延度試樣表面粗糙，粗細(xì)不均，拉伸至一定長(zhǎng)度后，在逐漸拉細(xì)的延度試樣上，出現(xiàn)類(lèi)似于膠團(tuán)狀物質(zhì)不均勻地分散在延度試樣上，膠團(tuán)段較粗，兩側(cè)逐漸變細(xì)，2個(gè)膠團(tuán)中間的瀝青明顯比膠團(tuán)細(xì)，延度試樣在其粗細(xì)不均處迅速斷開(kāi)。其余延度試樣表面光滑均勻，無(wú)粗糙感。因克拉瑪依90號(hào)瀝青膠質(zhì)含量高，瀝青質(zhì)含量非常低，瀝青膠質(zhì)具有較高的極性，其直接決定著瀝青的延度和黏附性[3]。少量SBS改性瀝青的混入，打破克拉瑪依90號(hào)瀝青原有的化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡，造成克拉瑪依90號(hào)瀝青里的膠質(zhì)凝團(tuán)析出，延度快速衰減，軟化點(diǎn)和針入度沒(méi)有明顯變化。說(shuō)明摻配了少量SBS聚合物改性瀝青的克拉瑪依90號(hào)瀝青的組分沒(méi)有明顯變化，只是其內(nèi)部膠質(zhì)的物理狀態(tài)發(fā)生變化，由均勻分散狀態(tài)變化為團(tuán)聚狀態(tài)。對(duì)以上10組瀝青樣品進(jìn)行四組分試驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 10組樣品的四組分試驗(yàn)分析結(jié)果 %

由表5可見(jiàn)，10組混入不同比例其他瀝青的克拉瑪依90號(hào)瀝青，其四組分含量沒(méi)有劇烈變動(dòng)，說(shuō)明其化學(xué)成分沒(méi)有發(fā)生變化，與未混入其他瀝青的克拉瑪依90號(hào)瀝青的四組分?jǐn)?shù)據(jù)沒(méi)有大的變化，還是表現(xiàn)出瀝青質(zhì)含量低、膠質(zhì)含量高的特性。

2.2 高速剪切對(duì)延度衰減后的克拉瑪依90號(hào)瀝青性能的影響

通常認(rèn)為瀝青質(zhì)分子吸附強(qiáng)極性膠質(zhì)形成膠束分散在油分(芳香分、飽和分)中，生成膠體溶液。且只有當(dāng)瀝青質(zhì)與可溶質(zhì)的相對(duì)含量及性質(zhì)相互匹配時(shí)，其膠體體系才能處于穩(wěn)定狀態(tài)[4]。對(duì)9號(hào)和10號(hào)克拉瑪依90號(hào)瀝青，使用高速剪切機(jī)在高溫下進(jìn)行剪切分散后，對(duì)其性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 經(jīng)高速剪切后瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

由表6可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)不同溫度高速剪切之后，與未剪切前相比，指標(biāo)衰減后的克拉瑪依90號(hào)瀝青的延度有不同幅度的提升，其中，135 ℃高速剪切后延度提升幅度較小，但結(jié)果已經(jīng)滿足JTG F40-2004 《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的道路石油瀝青90號(hào)A級(jí)的要求。提升幅度隨著剪切溫度的升高而增加。9號(hào)樣品在150 ℃剪切后，延度拉伸過(guò)程中，樣品表面光滑無(wú)粗糙感，10號(hào)樣品在170 ℃剪切時(shí)后，表面光滑無(wú)粗糙感。且延度指標(biāo)已經(jīng)恢復(fù)到與原樣基本一致。

2.3 分析與討論

1) 克拉瑪依90號(hào)瀝青的瀝青質(zhì)含量很低，膠質(zhì)含量高，其膠質(zhì)無(wú)法像其他瀝青一樣吸附在瀝青質(zhì)上形成均勻連續(xù)的瀝青質(zhì)-膠質(zhì)均一相態(tài)，而是以單一相膠質(zhì)均勻分散在飽和分和芳香分中。這種分散相沒(méi)有瀝青質(zhì)作為固體吸附相，相態(tài)不穩(wěn)定，受外界干擾易發(fā)生變化。

2) 克拉瑪依90號(hào)瀝青混入SBS改性瀝青后，SBS聚合物改性瀝青以不均勻的團(tuán)塊狀分散于克拉瑪依90號(hào)瀝青中，聚合物改性瀝青相允許具有相似結(jié)構(gòu)和極性的物質(zhì)來(lái)共同形成他們的主相位結(jié)構(gòu)[5]。

3) 克拉瑪依90號(hào)瀝青膠質(zhì)向SBS改性瀝青聚集，造成原有膠質(zhì)均勻分散體系破壞，膠質(zhì)團(tuán)聚。這種膠質(zhì)團(tuán)聚沒(méi)有明顯的界限，是以SBS改性瀝青膠團(tuán)中心吸附較多膠質(zhì)，外圍膠質(zhì)被飽和分和芳香分軟化的膠團(tuán)。這也就很好地說(shuō)明了延度試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的粗細(xì)不均的現(xiàn)象。

4) 其他4種道路石油瀝青與克拉瑪依90號(hào)瀝青混合后，未出現(xiàn)延度明顯衰減的現(xiàn)象，其原因在于這4種道路石油瀝青中的膠質(zhì)已經(jīng)充分地包裹了瀝青質(zhì)，是一個(gè)穩(wěn)定均一的相態(tài)，其膠質(zhì)結(jié)構(gòu)和極性與克拉瑪依90號(hào)瀝青中膠質(zhì)一致，不會(huì)造成克拉瑪依90號(hào)瀝青膠質(zhì)團(tuán)聚。

5) 在高溫下對(duì)延度衰減的克拉瑪依90號(hào)瀝青進(jìn)行高速剪切，在高溫狀態(tài)下，膠質(zhì)和聚合物改性瀝青均為液態(tài)，通過(guò)外力剪切和分散，將SBS聚合物改性瀝青剪切成細(xì)小微粒均勻分散，同時(shí)把已經(jīng)團(tuán)聚的膠質(zhì)重新分散，使其形成均勻穩(wěn)定的狀態(tài)，恢復(fù)其指標(biāo)性能。

3 結(jié)論

1) 克拉瑪依90號(hào)瀝青混入少量SBS聚合物改性瀝青后，其延度性能衰減明顯。在克拉瑪依瀝青的運(yùn)輸、存儲(chǔ)過(guò)程中，應(yīng)避免克拉瑪依瀝青與SBS改性瀝青共用儲(chǔ)罐、管道或運(yùn)輸車(chē)輛，做到專罐專用、運(yùn)輸車(chē)輛專用。

2) SBS聚合物改性瀝青導(dǎo)致克拉瑪依90號(hào)瀝青膠質(zhì)團(tuán)聚，原有膠質(zhì)均勻分散體系破壞。

3) 當(dāng)出現(xiàn)克拉瑪依瀝青混入少量SBS改性瀝青造成質(zhì)量衰減，應(yīng)盡快通過(guò)高溫狀態(tài)下高速剪切，恢復(fù)其延度性能指標(biāo)。