[科普中國]-瀝青氧化

定義

瀝青氧化是生產(chǎn)道路瀝青、建筑瀝青及水工瀝青等的重要方法之一。瀝青氧化改性生產(chǎn)道路瀝青是將軟化點低、針入度大和溫度敏感性大的減壓查油或磨劑脫瀝青或它們的調(diào)合物，在一定溫度條件下通入空氣，使其組成發(fā)生變化，軟化點升高，針入度和溫度敏感性以達到瀝青規(guī)格指標和使用性能要求。通過氧化改性后，瀝青具有良好的溫度性質(zhì)，即高溫穩(wěn)定性和低溫抗開裂性得到提高“。對瀝青氧化機理的研究有助于了解氧化是如何改善瀝青的性質(zhì)。然而，瀝青是由無數(shù)的化合物組成的混合物，其化學結(jié)構(gòu)非常復雜。盡管利用組成分析手段可以將其分離成不同組分,但每一組分仍然是由無數(shù)化合物所組成。1

組成成分氧化瀝青的氧含量為原料氧含量的2.9一3.4倍，這表明通過吹空氣氧化處理，煤瀝青發(fā)生氧化聚合反應(yīng)，煤瀝青所含芳香族化合物與氧發(fā)生氧化交聯(lián)反應(yīng)，氧結(jié)合進入了煤瀝青芳烴分子結(jié)構(gòu)中，從而改變了煤瀝青的分子結(jié)構(gòu)組成，原料中溫瀝青的O/C 原子比為0.014，大約每100個碳原子結(jié)構(gòu)中含有1個氧原子，而氧化瀝青的O/C原子比 為0.041—0.048，大約每100個碳原子結(jié)構(gòu)中含有4-5個氧原子，氧化熱聚合極大地促進了煤瀝青分子的縮聚程度，從而達到了提高煤瀝青結(jié)焦殘?zhí)恐档哪康?。隨著氧化聚合反應(yīng)的進行，煤瀝青的氫含量逐漸減少，原料中溫瀝青的氫含量接近4%， 而氧化瀝青的氫含量在2%左右，氧化瀝青的氫含量下降了1倍，原料中溫瀝青的H/C原子比為0.477，氧化瀝青的H/C原子比降至0.238-0.324，這表明煤瀝青在氧化熱聚合期間發(fā)生明顯的脫氫縮聚反應(yīng)，從而促進了煤瀝青分子結(jié)構(gòu)的交聯(lián)縮聚，賦予氧化瀝青產(chǎn)物舒結(jié)焦能力的特性。2

結(jié)焦值與軟化點的關(guān)系氧化瀝青結(jié)焦值CV隨軟化點SP的變化趨勢存在著很好的線性關(guān)系，其關(guān)系式如下:

340℃時，CV=0.1847SP+38.57， =0.9945

360℃時，CV=0.1545SP+43.01， =0.9872

380℃時，CV=0.1409SP+45.24， =0.9927

400℃時，CV=0.1957SP+38.04． =0.99382

影響因素一、氧化溫度對氧化瀝青制備的影響：

在氧化瀝青制備過程中， 熱處理溫度對氧化瀝青的軟化點影響很大，即在相同氧化處理時間下，熱處理溫度每升高 1℃，可使氧化瀝青的軟化點提高近1℃，這是由于隨著熱處理溫度提高，熱聚合作用對煤瀝青軟化點影響增大，高溫下氧化聚合有利于提高產(chǎn)物氧化瀝青的軟化點。且隨著氧化改質(zhì)處理的進行，氧化溫度對煤瀝青結(jié)焦值的影響作用越來越大。

二、氧化時間對氧化瀝青制備的影響：

氧化瀝青軟化點隨氧化時間延長呈逐步上升趨勢，并且氧化溫度越高，煤瀝青軟化點提高幅度增大，即氧化溫度高低顯著影響了煤瀝青改質(zhì)過程。高溫下短時間氧化處理就可達到低溫下長時間氧化處理的效果。

三、空氣量對氧化瀝青制備的影響：

對煤瀝青進行氧化改質(zhì)處理是通過連續(xù)向液態(tài)煤瀝青試樣鼓入空氣來實現(xiàn)，空氣量的多少必然會對產(chǎn)物氧化瀝青的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響。明在氧化熱聚合改質(zhì)處理煤瀝青過程中，增加空氣用量有利于提高產(chǎn)物氧化瀝青的軟化點。空氣量增加使氧化時間縮短程度越大。同樣增加空氣量也可以相應(yīng)降低氧化溫度，即空氣用量越大，則氧化瀝青結(jié)焦值隨氧化時間的增幅越大。

四、原料種類對煤瀝青氧化聚合的影響：

1、原料種類對氧化瀝青軟化點的影響

改質(zhì)瀝青所制氧化瀝青的軟化點值普遍高于中溫瀝青所制氧化瀝青的軟化點值，這是由于中溫瀝青原料的軟化點為86攝氏度，而改質(zhì)瀝青是以中溫瀝青為原料熱聚合制備的，其軟化點高達110攝氏度，兩種煤瀝青原料軟化點的差異（相差近24攝氏度）導致所制氧化瀝青軟化點也相應(yīng)有所差異。由于采用了高軟化點改質(zhì)瀝青原料， 合成一定軟化點的氧化瀝青所需氧化時間，相對于中溫瀝青情形要縮短2h，例如以中溫瀝青為原料時，氧化瀝青軟化點達到163攝氏度需要8h，而采用改質(zhì)瀝青為原料時則只需6h就可使氧化瀝青軟化點達到165℃。

2、原料種類對氧化瀝青結(jié)焦值的影響

改質(zhì)瀝青所制氧化瀝青的結(jié)焦值要高于中溫瀝青所制氧化瀝青的結(jié)焦值，這是由于原料改質(zhì)瀝青縮聚程度（其結(jié)焦值為59.50%），要遠遠高于中溫瀝青（其結(jié)焦值為51.18%），這樣就為氧化改質(zhì)過程中產(chǎn)物氧化瀝青的高結(jié)焦值打下了基礎(chǔ)。采用改質(zhì)瀝青作原料時，達到一定結(jié)焦值所需的氧化時間相對于中溫瀝青原料要縮短2h。

3、原料種類對氧化瀝青組分的影響

由于原料中溫瀝青和改質(zhì)瀝青組成結(jié)構(gòu)存在差異，導致兩類煤瀝青原 料所制氧化瀝青的組分相差較大，其反映了煤瀝青各種溶劑萃取組分含量高低明顯影響著氧化改質(zhì)進程以及產(chǎn)物氧化瀝青的質(zhì)量。2

減少路面瀝青氧化的措施一、選擇優(yōu)質(zhì)瀝青：

瀝青的質(zhì)量直接影響瀝青路面的使用性能和壽命，而瀝青由于化學組分不同、所含的金屬元素不同，其抗氧化性能也就不同。選擇瀝青時,應(yīng)根據(jù)公路等級、交通量大小、路面結(jié)構(gòu)類型、氣候特點等選擇質(zhì)量穩(wěn)定、含蠟量低、耐老化的重交通道路瀝青或改性瀝青。

二、減少瀝青加熱、儲存的氧化程度：

一是在瀝青罐中將吸油管位置放在熱油盤之上瀝青在加熱罐中若瀝青液位降到熱油盤管（如導熱淚管）以下，就會產(chǎn)生氧化作用；盤管冒出液位之上，上運就會覆蓋一薄層瀝青，這層瀝青接觸到空氣，使空氣中的氧氣與瀝青化合發(fā)生氧化作用，而且發(fā)生速度極快這是因為熱油盤管的操作溫度要比瀝青溫度高，此時外露盤管上的瀝青薄膜經(jīng)加熱要比正常溫度更高，因而加速氧化作用。盤管上的高溫瀝青與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，使粘附在加熱管上的瀝青逐漸變硬，進而生成焦碳。由于焦碳是優(yōu)良的隔熱體，它將由傳熱變?yōu)楦魺?，進而影響到瀝青的加熱效果，甚至會報廢上面的加熱盤管。因此，應(yīng)將瀝青加熱罐中的吸油管位置放在熱油盤管之上。

三、提高瀝青混合料壓實度：

鋪筑瀝青路面上的瀝青經(jīng)過一段長時間的風化后，都會緩慢持續(xù)地與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應(yīng)，密實的混合料可防止氧氣從混合料穿過而使表面下的拌和料發(fā)生氧化，因此，高密度、低空隙率的瀝青混合料可以減少瀝青的氧化速率,進而提高瀝青路面的耐久性。3