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蜡对沥青性能的影响

国际上关于蜡对沥青使用性能的影响,以前曾经有过许多研究,后来随着炼制沥青的原油 集中到环烷基和中间基原油,一部分国家的沥青标准设置蜡含量限制,大部分国家沥青的蜡含 量很低,已经无需对蜡含量进行测定,总体上蜡含量都大大减少以后,蜡的影响就甚少了,所以 在近期的研究文献中,很难查询到这方面的资料了。另外还有一些学者所采用的研究对象的 沥青本来就没有太多的蜡含量,也得出过一些蜡对沥青性能的影响不大的结论。这也导致国 内外对蜡的影响有一些不同的看法。



 J.PH.PF ELF FER在(石油沥青的性质》(1951年) 这本著作中指出:


 1.沥青中的蜡在结晶时有在表面凝聚的趋势,所以多蜡沥青冷却后失去沥青的光泽,将 减小沥青粘性。


 2.沥青中蜡的存在使沥青的体积变化规律复杂化。随着温度的变化,蜡的结晶和融化使 沥青的线胀系数变成不连续的。


 3.沥青中的蜡对沥青的许多与温度有关的指标的试验产生明显的影响。 3%时,蜡的融化与结晶便起支配作用。针人度试验应该采取预冷法,软化点的测定将由于升 当蜡含量超过温过程中蜡吸收一部分溶解热,而使软化点测定值出现假象。

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 4.沥青中的蜡含量极为重要,蜡的结晶态与液态的比例是随温度而变化的,液态蜡的粘 度只有0.01~0.03Pa.s左右,在蜡的融溶温度范围内,蜡含量高使沥青温度感应性明显增大。 值得注意的是, 举世瞩目的美国战略公路研究计划(SHRP) , 在一开始曾把蜡的影响作为 一个课题研究,尤其对不同形态的蜡的影响进行了深人的研究,并提出了研究报告◎。后来因 为SHRP沥青标准完全采用了路用性能指标, 通过路用性能规范反映了蜡的影响, 才未将其作 为指标订入标准。该报告关于蜡对沥青性质的影响的主要结论如下


 (1)存在于沥青中的蜡分为结晶蜡和非结晶蜡,结晶蜡又分为粗晶蜡和微晶蜡。非结晶 蜡则是无定形蜡。沥青中的蜡大部分是微晶蜡和无定形蜡。它们对沥青性能的影响有所不 同。低于40个碳原子的为粗晶蜡,具有Co的典型结构,熔点低于45℃的为软蜡,熔点在 45~60℃范围内的为硬蜡,Ca及更大分子的直链烃形成微晶蜡,微晶蜡又分为塑性蜡和脆性 蜡,地蜡是属于脆性蜡。蜡中含支链、芳香烃基团、脂环烃基团或杂原子时便结晶,很难成为无 定形蜡。 


(2)不同测定方法测定的蜡的品种及含量不同,溶济萃取及吸附可测定总蜡量,红外光谱 在720cm, 730cm处也得到总蜡量, 差热扫描法(DSC) 能测出结晶蜡含量。


(3)总蜡量对沥青的粘温曲线斜率有重要影响,使沥青温度敏感性变得严重,直接影响高 温时的永久变形和低温时的开裂性能。低温时直链烷烃形成晶粒提供开裂的引发点,会促使 疲劳开裂和低温收缩裂缝。低温时蜡使沥青有较高的粘度也是引起开裂的重要因素。将还会 导致沥青粘结力降低,使路面抗拉强度降低,但蜡涂覆在集料表面后可提高其防水性能。蜡对 沥青粘弹性的影响是降低其塑性,并影响塑性温度曲线,但对弹性的影响很小,可以忽略,同时 对损失正切有影响。


 (4)结晶蜡含量是沥青低温开裂的主要因素,开裂包括自发开裂和诱发开裂两种情况,是 典型的八面结构菱形改良物或正六面体结构的单斜晶形改良物,晶格为1.54埃。晶体紧密堆 积在晶格周围没有不相容的空间,蜡的晶体将导致断链,使沥青产生微裂缝,在断裂动力学中, 自发断裂过程是路面低温开裂的关键过程。微晶蜡在经热循环之后形成较大的晶体,随路面 温度变化增大。路面疲劳开裂和低温开裂两种模式都需要引发开裂的过程。


 (5)无定形蜡不存在断面,不会使沥青产生自发开裂,它对高温时降低沥青的粘度起重要 作用。


 (6)容许含蜡量是指对沥青性能产生不利影响之前,沥青中所含蜡的总量。制定沥青技术 规范的任务就是限制沥青中的蜡低于容许含蜡量。沥青的某些组分可成为蜡的改性剂和流动 点的抑制剂,因此,不同的沥青具有不同的容许含蜡量。加拿大提出的以针人度粘度温度敏感 性指标为基础的沥青技术标准,反映了这一观点。 

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(7)有可能采用沥青中的蜡改性剂提高容许的蜡含量,日本专利提到用P0,作改性剂,蜡改 性剂是用o烯烃和马来酸酐合成。马来酸酐作为一种添加剂可明显增加沥青中容许的含蜡量。 测定时采用正戊烷沉淀沥青质等。 


(8)提出了一些测定沥青含蜡量及结晶蜡含量化学分析及仪器分析的新方法,例如含蜡量 ·阪上信次在<新工业材料科学)一书中认为:由X射线衍射分析可知,在沥青中,微晶蜡的 影响比石蛙的影响小得多。他认为在沥青中蜡是分子量较大且是有侧链地蜡,是近于微晶蜡 的成分,与结晶好的石蜡不一样,只要含量不是太高,可以认为对沥青的流变性能不会有显著 影响。及至1986年,土木研究所在沥青普查后也作出结论:认为与蜡含量有相关关系的只有60℃粘度一个指标(相关系数0.52),与三氯甲烷溶解度似乎也有关系,与低温延度的相关系 数很小。在对39种沥青进行了轮辙试验后发现,动稳定度与含蜡量的相关性很差。调查指 出,一般认为蜡的融点低,使沥青高温粘度降低,影响抗流动性能。可是含蜡量多少与原油品 种的相关关系更大。不这些结论是在所调查的沥青范围内作出的,这38种沥青的含蜡量差 别很小,均在0.4%~3.4%范围内,平均为2%。所以只能说,在这样的范围内蜡对高温稳定 性影响不大。在与日本专家讨论蜡含量指标时,他们同样谈到了这个问题,日本专家提出,含 蜡量问题国外研究得很少,日本土木研究所在1989年的研究报告认为含蜡量与沥青性质无明 显的相关关系,这一结论是建筑在各种沥青的含蜡量普遍很少(一般1%~2%)的前提下提出 的,这个结论不能适用于中国的沥青。


 由上可见,沥青中的含蜡量对沥青性质的影响是国内外专家及道路沥青的使用者都重视 的问题。但是,在研究国外文献时,一定要注意其结论往往是在沥青含蜡量本身很小的情况下 得出的,这只是问题的一个方面,并不能说明含蜡量较多时的情况。这也是国内外专家学者的 看法并不统一的原因。


 通过以上介绍,可以说明,当含蜡量少于某--范围时,蜡的影响较小或几乎没有影响,但超 过一定范围时,影响就将显著。因此对道路沥青进行含蜡量限制(或者借用其他指标限制含蜡 量)是十分必要的。这在我国普遍用高含蜡量沥青的情况下尤其重要。


此文关键词: 沥青性能