克拉玛依沥青延度衰减及恢复方法研究

王新朋 夏凤石 李 瑞 张 青

(西安星光能源有限公司 西安 710608)

克拉玛依沥青以优质的新疆九区环烷基稠油作为原料，采用丙烷脱沥青调和工艺生产的沥青能够满足JTG F40-2004 《公路工程沥青路面施工技术规范》(道路石油A级沥青)标准要求，具有良好的高低温性能和优良的路用性能[1]，在西北地区使用广泛。其四组分中，胶质含量远高于其他沥青，沥青质含量小于1%，密度小于1 g/cm3[2]。由于这种特性，克拉玛依沥青在运输和存储中与其他沥青混合后，会造成其性能快速衰减。

本文将探讨几种常用的进口或国产沥青及SBS改性沥青与克拉玛依沥青混合后的性能变化，并对混合后的克拉玛依沥青进行高速剪切试验，以探讨性能衰减后的克拉玛依沥青的性能恢复方法。

1 试验

1.1 试验材料

试验选取克拉玛依90号A级道路石油沥青、韩国SK90号沥青、韩国GS90号沥青、中石化镇海炼化90号A级沥青、中石油西太90号A级沥青5种道路石油沥青和SBS聚合物改性沥青，其主要指标见表1，四组分指标见表2。SBS聚合物改性沥青I-C性质见表3。

表1 5种90号沥青主要指标

表2 5种道路石油沥青四组分试验结果分析

表3 SBS聚合物改性沥青I-C主要指标

表1中5种进口和国产90号沥青常规指标基本接近，但由表2可见，克拉玛依90号沥青的沥青质和胶质含量与其余4种90号沥青有明显区别，克拉玛依90号沥青的沥青质含量低、胶质含量高。

1.2 试验设备

试验研究设备有针入度仪、延度仪、恒温水浴、软化点仪、电加热套及搅拌装置、高速剪切机、液相吸附色谱装置、烘箱等。

2 试验分析与讨论

2.1 克拉玛依沥青与其他少量沥青混合后对其性能的影响

克拉玛依90号沥青的沥青质与胶质含量与其余4种沥青存在明显差异。分别将4种道路石油沥青、SBS聚合物改性沥青I-C按照不同比例混入克拉玛依90号沥青中，并进行试验检测分析，结果如表4。

表4 克拉玛依90号沥青混入5种沥青后试验结果分析

由表4可见，9和10号克拉玛依沥青10 ℃和15 ℃延度衰减明显，其余沥青性能没有明显影响。在试验过程中发现，在延度试验拉伸过程中，9和10号沥青延度试样表面粗糙，粗细不均，拉伸至一定长度后，在逐渐拉细的延度试样上，出现类似于胶团状物质不均匀地分散在延度试样上，胶团段较粗，两侧逐渐变细，2个胶团中间的沥青明显比胶团细，延度试样在其粗细不均处迅速断开。其余延度试样表面光滑均匀，无粗糙感。因克拉玛依90号沥青胶质含量高，沥青质含量非常低，沥青胶质具有较高的极性，其直接决定着沥青的延度和黏附性[3]。少量SBS改性沥青的混入，打破克拉玛依90号沥青原有的化学动态平衡，造成克拉玛依90号沥青里的胶质凝团析出，延度快速衰减，软化点和针入度没有明显变化。说明掺配了少量SBS聚合物改性沥青的克拉玛依90号沥青的组分没有明显变化，只是其内部胶质的物理状态发生变化，由均匀分散状态变化为团聚状态。对以上10组沥青样品进行四组分试验分析，结果见表5。

表5 10组样品的四组分试验分析结果 %

由表5可见，10组混入不同比例其他沥青的克拉玛依90号沥青，其四组分含量没有剧烈变动，说明其化学成分没有发生变化，与未混入其他沥青的克拉玛依90号沥青的四组分数据没有大的变化，还是表现出沥青质含量低、胶质含量高的特性。

2.2 高速剪切对延度衰减后的克拉玛依90号沥青性能的影响

通常认为沥青质分子吸附强极性胶质形成胶束分散在油分(芳香分、饱和分)中，生成胶体溶液。且只有当沥青质与可溶质的相对含量及性质相互匹配时，其胶体体系才能处于稳定状态[4]。对9号和10号克拉玛依90号沥青，使用高速剪切机在高温下进行剪切分散后，对其性能进行试验分析，结果见表6。

表6 经高速剪切后沥青性能试验结果

由表6可见，经过不同温度高速剪切之后，与未剪切前相比，指标衰减后的克拉玛依90号沥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较小，但结果已经满足JTG F40-2004 《公路工程沥青路面施工技术规范》中的道路石油沥青90号A级的要求。提升幅度随着剪切温度的升高而增加。9号样品在150 ℃剪切后，延度拉伸过程中，样品表面光滑无粗糙感，10号样品在170 ℃剪切时后，表面光滑无粗糙感。且延度指标已经恢复到与原样基本一致。

2.3 分析与讨论

1) 克拉玛依90号沥青的沥青质含量很低，胶质含量高，其胶质无法像其他沥青一样吸附在沥青质上形成均匀连续的沥青质-胶质均一相态，而是以单一相胶质均匀分散在饱和分和芳香分中。这种分散相没有沥青质作为固体吸附相，相态不稳定，受外界干扰易发生变化。

2) 克拉玛依90号沥青混入SBS改性沥青后，SBS聚合物改性沥青以不均匀的团块状分散于克拉玛依90号沥青中，聚合物改性沥青相允许具有相似结构和极性的物质来共同形成他们的主相位结构[5]。

3) 克拉玛依90号沥青胶质向SBS改性沥青聚集，造成原有胶质均匀分散体系破坏，胶质团聚。这种胶质团聚没有明显的界限，是以SBS改性沥青胶团中心吸附较多胶质，外围胶质被饱和分和芳香分软化的胶团。这也就很好地说明了延度试验过程中出现的粗细不均的现象。

4) 其他4种道路石油沥青与克拉玛依90号沥青混合后，未出现延度明显衰减的现象，其原因在于这4种道路石油沥青中的胶质已经充分地包裹了沥青质，是一个稳定均一的相态，其胶质结构和极性与克拉玛依90号沥青中胶质一致，不会造成克拉玛依90号沥青胶质团聚。

5) 在高温下对延度衰减的克拉玛依90号沥青进行高速剪切，在高温状态下，胶质和聚合物改性沥青均为液态，通过外力剪切和分散，将SBS聚合物改性沥青剪切成细小微粒均匀分散，同时把已经团聚的胶质重新分散，使其形成均匀稳定的状态，恢复其指标性能。

3 结论

1) 克拉玛依90号沥青混入少量SBS聚合物改性沥青后，其延度性能衰减明显。在克拉玛依沥青的运输、存储过程中，应避免克拉玛依沥青与SBS改性沥青共用储罐、管道或运输车辆，做到专罐专用、运输车辆专用。

2) SBS聚合物改性沥青导致克拉玛依90号沥青胶质团聚，原有胶质均匀分散体系破坏。

3) 当出现克拉玛依沥青混入少量SBS改性沥青造成质量衰减，应尽快通过高温状态下高速剪切，恢复其延度性能指标。