浅谈煤沥青的性质及其应用

李路霞 2019-08-10 版权声明 举报文章

【摘要】煤沥青的资源比较丰富,因此其价格相对更加低廉,但是,煤沥青存在着残炭率低等一些问题,所以必须通过改性来去除这些弊端。改性之后的沥青高温稳定性更好,粘结力进一步提高,具有较好的抗水损害能力,以及低温抗裂能力,因此沥青品质更高,使用寿命更长。本文阐述了煤沥青的性质及其组成,分析了煤沥青的几种类型与改性煤沥青的制备技术,并对改性沥青的优点与应用进行了探讨。

【关键词】煤沥青;性质机理;制备技术;应用

引言

由于煤沥青的组合成分非常复杂,因此我们对其真正的反应机理并不十分确定,只能根据测试的结果,相应提出一些可能的改性机理。文章首先介绍了煤沥青的基本性质,以及不同种类和组成成分,分析了国内外煤沥青改性的发展情况,并且探讨了改性煤沥青的制备方法及其应用前景。

一、煤沥青的性质与组成

煤沥青是煤焦油沥青的简称,它是煤焦油经过蒸馏并提取馏分后的剩余残留物,这种沥青的资源比较丰富,因此价格相对更加低廉。煤焦油是在民用煤气的生产过程中,煤通过高温干馏之后的副产物,或者是生产炼铁所使用的冶金煤的过程中得到的一种产物。煤沥青是在煤焦油的加工过程中分离出来的一种副产品,其产率一般情况下能够超过百分之五十。在常温状态下,煤沥青通常是以黑色固体的状态存在,它没有一个固定的熔点,并且以玻璃的性状呈现,受热之后会软化,再进一步加热就会熔化。煤沥青广泛应用于金属冶炼行业、碳素工业、耐火材料产业、道路建筑行业等多种领域。

煤沥青的组成成分非常复杂,是多种成分混合组成的一种共熔物,经过科学检测后发现,煤沥青中含有七十多种化合物,大部分都是超过三环的多环芳烃类物质,还包含有氮、氧、硫元素在内的杂环化合物,另外还有少量高分子碳素物质。这些化合物中大概有一半含有甲基、苯基、亚氨基和酚羟基等成分。炼焦煤的基本性质以及杂原子含量直接关系到沥青的组成成分,煤焦油的蒸馏条件会影响沥青的性质,另外炼焦的工艺也会影响到沥青的品质。煤沥青与其他沥青相比,其价格更加低廉,而且具有高流动性和高含碳量的特点,并且比较容易石墨化,因此煤沥青常被用作碳材料的基本前驱体。

煤沥青的化学组成非常复杂,因此必须利用溶剂组分分析法来分析其特征,煤沥青能分离为若干芳香族化合物,用不同溶解力的溶剂,就可以对煤沥青作溶剂抽提,把煤沥青分为不同组分。

二、煤沥青的几种类型与改性煤沥青的制备技术

煤沥青分为很多不同的种类,煤沥青产品可以分为高温、中温、低温三个级别,其中的高温沥青在普通煤沥青中属于高级品,其与改质沥青非常相似,不同之处在于改质沥青的软化点虽然与高温沥青差不多,但是对沥青的组分含量以及结焦值的要求不同,高温沥青只对软化点有一定的要求,改质沥青对质量品级的要求较为苛刻,而且对煤沥青的组成要求非常严格,这些苛刻的要求是针对生产碳材料的有关要求进行设定的。目前我国的很多煤焦油加工企业大多数不进行沥青加工,其价格一般情况下都比原料焦油要低,因此煤焦油加工企业因为效益不佳而陷入困境,部分企业甚至甚至出现亏损状况。因此对煤沥青的深加工进行研究、探索和创新,提高煤沥青深加工产品附加值,可以说是当前煤焦油加工业面临的一项非常重要的课题。

改性煤沥青的制备技术有很多种,在这里我们重点介绍两种,首先介绍氧化法,氧化法主要是在特定环境中通入空气,从而使沥青与氧气相结合产生氧化作用,利用这种方法能够使残化率更高,使流变性能更好,如果在其中添加硫,残炭率会得到进一步的提高。需要注意一点,就是如果氧含量超过百分之七时,就会完全抑制中间相的转化,而获得石墨化焦炭。如果在其中加入硫,就会导致沥青产生过度交联,这样沥青的使软化点就会大幅提高,硫的含量如果达到百分之十的时候,得到的碳也不能石墨化。用氧化法对沥青进行改质后,沥青的软化点会更高,这种改质生产工艺相对比较落后,所以很难产出电极用沥青。

第二种改性煤沥青的制备技术是热聚合法。热聚合法是利用焦炉煤气对沥青加热炉直接进行加热,导入中温沥青后在加压釜内进行高温加热,五个小时后蒸气全部回流,不得使其跑出釜外,用闪蒸塔进行闪蒸并快速导出低沸点物质,这种方法主要是经过了热处理,并且对沥青进行加压处理,因此沥青的β树脂含量非常高,软化点比较低,质量指标比较好。

改性煤沥青的制备方法还有很多种,包括加压热聚处理法、减压热聚处理法和G-T法等。

三、改性沥青的优点与应用

改性之后的沥青具有更好的优点,沥青的高温稳定性能进一步提高,具有较好的粘结力,而且抗水损害能力、低温抗裂能力、抗反射裂缝能力等都有较大的提高,因此使用寿命更长。沥青的抗高温性能越高,在夏季高温对路面的作用和伤害就越小。雨水对路面的损害也非常大,在夏季的阴雨天气中,道路上的雨水会对道路造成一定的损害,导致路面的承载力降低,最终使道路的表面产生很多坑槽或者裂缝。因此,改性沥青的抗水能力就显得特别重要。

改性沥青的优势主要有以下几点:第一,改性沥青及其混合料具有较强的高温稳定性能,这就在很大程度上提高了沥青路面的承载力;第二,改性沥青的粘附力大大提高,沥青与集料的粘结力增强,这就在一定程度上提高了路面的抗水能力;第三,使用改性沥青铺设道路能够延长路面寿命,同时还能使路面的养护周期更长,在一定程度上减少道路维护费用;第四,改性沥青的应用范围更广,可以用于薄层磨耗层、开级配沥青面层、机场跑道、桥面伸缩缝、重交通路面、坝体防水、防水卷材等方面。新型路面结构对沥青的要求越来越高,特殊条件下使用沥青的情况也越来越多,因此促进了对改性沥青的研究。

四、改性沥青材料应用前景

目前我国绝大部分道路仍是质量较差的中低级路面,因此今后一段时期内,我国道路建设的投入不会减少,道路等级会不断提高。改性沥青是优质沥青中的优质沥青,根据目前国外经验改性沥青的用量约占沥青总量的10%,我国对改性沥青的需求量会越来越多,如果达到目前工业发达国家的水平,对改性沥青的年需求量将达到100万吨以上。

因改性沥青新材料是由废弃轮胎粉加入合成的,合理利用污染物的同时增强了道路的抗老化、防氧化性能,使道路的寿命延长1~3倍,极大节省了道路的维修费用。目前,我国市政道路建设处于快速发展期,改善道路使用性能,延长道路使用寿命,节约道路维护成本是我国市政道路建设亟待解决的问题之一。因此橡胶粉用于沥青混凝土路面,不仅解决了废旧轮胎带来的社会问题,还可为解决当前市政道路建设存在的一些问题找到合理的技术途径,为使用者提供一条耐久、平整、舒适、安静的路面环境。

五、结论

我国对改性沥青的研究仍处在探索阶段,承担这一工作的多数为一些科研单位和高等院校,产业和研究仍然存在着脱节现象,这就导致我国的工业化的实际应用相比国外存在一定的差距,此外我国改性沥青的生产设备相对滞后,缺乏竞争力,所以对改性沥青反应原理的研究,是当前需要重点解决的问题。

参考文献:

[1]罗道成,刘俊峰,煤沥青改性后流变性能的变化分析[J],煤化工,2008(3):52.

[2]陈永华:《试论改性沥青混凝土在公路工程中的应用》[J]科技致富向导,2013(06)

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