石油沥青概述

　 石油沥青概述

　第一节 简介

　一、石油沥青的定义

　石油沥青是原油加工过程的一种产品，在常温下是黑色或黑褐色的粘稠的液体、半固体或固体，主要含有可溶于三氯乙烯的烃类及非烃类衍生物，其性质和组成随原油来源和生产方法的不同而变化。

　石油沥青是原油蒸馏后的残渣。根据提炼程度的不同，在常温下成液体、半固体或固体。石油沥青色黑而有光泽，具有较高的感温性。

　对石油沥青可以按以下体系加以分类：

　表1.1 石油沥青分类体系按生产方法 直馏沥青、溶剂脱油沥青、氧化沥青、调合沥青、乳化沥青、改性沥青等 按外观形态 液体沥青、固体沥青、稀释液、乳化液、改性体等 按用途 道路沥青、建筑沥青、防水防潮沥青、以用途或功能命名的各种专用沥青等 石油沥青具有以下技术性质：

　1、黏性。黏性是表示沥青抵抗变形或阻滞塑性流动的能力。

　2、塑性。塑性是指沥青受到外力作用时，产生变形而不破坏，当外力撤消，能保持所获得的变形的能力。

　3、温度敏感性。温度敏感性是指沥青的黏性和塑性随温度变化而改变的程度。沥青没有固定的熔点，当温度升高时，沥青塑性增大，黏性减小，由固体或半固体逐渐软化，变成黏性液体；当温度降低时，沥青的黏性增大，塑性减小，由黏流态变为固态。

　沥青软化点是反映沥青温度敏感性的重要指标，它表示沥青由故态变为黏流态的温度，此温度愈高，说明温度敏感性愈小，既环境温度较高时才会发生这种状态转变。

　4、大气稳定性。大气稳定性是指石油沥青在温度、阳光、空气和水的长期综合作用下，保持性能稳定的能力。

　二、工艺流程

　石油沥青的生产方法主要分为以下几种：

　1、蒸馏法

　是将原油经常压蒸馏分出汽油、煤油、柴油等轻质馏分，再经减压蒸馏（残压10~100mmHg）分出减压馏分油，余下的残渣符合道路沥青规格时就可以直接生产出沥青产品，所得沥青也称直馏沥青，是生产道路沥青的主要方法。

　2、溶剂沉淀法

　非极性的低分子烷烃溶剂对减压渣油中的各组分具有不同的溶解度，利用溶解度的差异可以实现组分分离，因而可以从减压渣油中除去对沥青性质不利的组分，生产出符合规格要求的沥青产品，这就是溶剂沉淀法。

　3、氧化法

　是在一定范围的高温下向减压渣油或脱油沥青吹入空气，使其组成和性能发生变化，所得的产品称为氧化沥青。减压渣油在高温和吹空气的作用下会产生汽化蒸发，同时会发生脱氢、氧化、聚合缩合等一系列反应。这是一个多组分相互影响的十分复杂的综合反应过程，而不仅仅是发生氧化反应，但习惯上称为氧化法和氧化沥青，也有称为空气吹制法和空气吹制沥青。

　4、调合法

　调合法生产沥青最初指由同一原油构成沥青的4组分按质量要求所需的比例重新调合，所得的产品称为合成沥青或重构沥青。随着工艺技术的发展，调合组分的来源得到扩大。例如可以从同一原油或不同原油的一、二次加工的残渣或组分以及各种工业废油等作为调合组分，这就降低了沥青生产中对油源选择的依赖性。随着适宜制造沥青的原油日益短缺，调合法显示出的灵活性和经济性正在日益受到重视和普遍应用。

　5、乳化法

　沥青和水的表面张力差别很大，在常温或高温下都不会互相混溶。但是当沥青经高速离心、剪切、从击等机械作用，使其成为粒径0.1~5μm的微粒，并分散到含有表面活性剂（乳化剂——稳定剂）的水介质中，由于乳化剂能定向吸附在沥青微粒表面，因而降低了水与沥青的界面张力，使沥青微粒能在水中形成稳定的分散体系，这就是水包油的乳状液。这种分散体系呈茶褐色，沥青为分散相，水为连续相，常温下具有良好流动性。从某种意义上说乳化沥青是用水来“稀释”沥青，因而改善了沥青的流动性。

　6、改性沥青

　现代公路和道路发生许多变化：交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，普遍实行分车道单向行驶，要求进一步提高路面抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命。现代建筑物普遍采用大跨度预应力屋面板，要求屋面防水材料适应大位移，更耐受严酷的高低温气候条件，耐久性更好，有自粘性，方便施工，减少维修工作量。使用环境发生的这些变化对石油沥青的性能提出了严峻的挑战。对石油沥青改性，使其适应上述苛刻使用要求，引起了人们的重视。经过数十年研究开发，已出现品种繁多的改性道路沥青、防水卷材和涂料，表现出一定的工程实用效果。但鉴于改性后的材料价格通常比普通石油沥青高2~7倍，用户对材料工程性能尚未能充分把握，改性沥青产量增长缓慢。目前改性道路沥青主要用于机场跑道、防水桥面、停车场、运动场、重交通路面、交叉路口和路面转弯处等特殊场合的铺装应用。近来欧洲将改性沥青应用到公路网的养护和补强，较大地推动了改性道路沥青的普遍应用。改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。随着科学技术进步和经济建设事业的发展，将进一步推动改性沥青的品种开发和生产技术的发展。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青（即原料沥青）的组成和性质。由于改性剂品种繁多，形态各异，为了使其与石油沥青形成均匀的可供工程实用的材料，多年来评价了各种类型改性剂，并开发出相应的配方和制备方法，但多数已工程实用的改性沥青属于专利技术和专利产品。

　第二节 发展历史

　我国在五六十年代，石灰土基层加渣油表处是最主要的路面结构形式。在七八十年代，胜利油田孤岛原油生产的道路沥青作为结合料与渣油相比有了大幅度的提高，同时沥青碎石结构、贯入式路面或上拌下贯式路面得到了发展，基层的石灰土已经考虑掺加碎石，碎石灰土成了公路干线的主要路面材料和结构。

　80年代中期，以京津唐高速公路建设为契机，我国开始进入了高等级公路建设的新时期，我国稠油资源的开发为生产符合要求的重交通道路沥青创造了条件。沥青混凝土路面成为高等级公路工程崭新的结构形式。国家“七、五”，“八、五”科技攻关，对沥青路面材料、结构、施工工艺、质量控制的研究得到了前所未有的深入，一系列先进的施工机械开始引入国内，施工技术规范和各种试验规程得到了全面修订，沥青路面的整体水平得到了很大的提高，开始走向世界的前列。

　现在，我国的公路建设又进入了一个新的时期，严酷的交通环境对沥青路面提出了更高的要求，对沥青和集料都提出了更高的要求，开始采用改性沥青，沥青混合料采用沥青马蹄脂碎石混合料（SMA）。

　图1.1 石油沥青行业发展历史