基于SH/T 0981—2019 标准防水材料用F80 沥青的研发

2021-04-20袁文博王传民

新型建筑材料 2021年3期

袁文博，王传民

（山东京博石油化工有限公司，山东滨州 256500）

石油沥青（以下简称沥青）用于道路、建筑工程、水利工程、地下工程等作防水材料已有较长的历史和实体工程实践。作为沥青基防水材料的基础原料，沥青的性质直接影响防水材料的性能及防水工程质量。多年来，炼化企业几乎都是按照公路建设需求和JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求生产道路沥青；防水企业选择基质沥青时，大多参照道路沥青标准和使用经验，购买道路沥青再加入软化馏分油调和才能使用，一定程度上影响了防水材料的生产成本和效率。2019 年10 月正式实施SH/T 0981—2019《防水材料用沥青》行业标准，使炼化企业生产防水材料用沥青、防水企业选择沥青原料等都有了标准可依。

按照SH/T 0981—2019，F80 沥青具有较好的防水性能，可用于生产防水卷材、防水涂料等防水材料，主要应用于建筑防水、高速公路、高铁、地铁施工等。

1 试验

1.1 质量标准

SH/T 0981—2019 标准按沥青的针入度范围划分牌号，含盖了防水材料用沥青的6 个牌号，既有针对性，又体现了差别化。研制试验选择该标准作为质量标准与质量控制依据，见表1。

1.2 原油选择

世界各地生产不同原油近1500 种，其中仅有约260 种原油适合生产道路沥青。研究与生产实践证明，沥青性能的优劣主要取决于原油的性质，生产优质沥青的关键在选择合适的原油。一般来说，环烷基原油和低蜡的环烷-中间基、中间基原油适宜生产道路沥青[1]。防水材料用沥青与道路沥青用途不同，其要求亦有区别，SH/T 0981—2019 要求防水材料用沥青蜡含量≤4.5%。

表1 SH/T0981-2019 防水材料用沥青技术要求

山东京博石油化工有限公司加工的进口原油JK 属高硫环烷基原油，密度高、黏度大、蜡含量低，沥青质、胶质含量比较合理。选择进口原油JK 为开发防水材料用沥青的原料，其性质见表2。

根据经验方法[2]及计算公式：

（1）（A+R）/W＜0.5，不适合生产沥青的原油；

（2）（A+R）/W=0.5～1.5，可以生产一般普通道路沥青的原油；

（3）（A+R）/W＞1.5，最适合生产沥青，可以生产优质道路沥青。

通过表2 中原油的沥青质（A）、胶质（R）、蜡含量（W）的含量计算可知，进口原油JK 适宜制取道路沥青。根据防水卷材的沥青性能特点，选择该原油作为研制防水卷材沥青的原料。

针入度是沥青划分牌号的依据，比较防水材料用沥青与道路沥青的针入度范围（见表3）可知：防水材料用F80 沥青针入度范围含盖了道路沥青70#A 和90#A 两个牌号；F40 针入度范围包含了道路沥青50#A。由此可见，进口原油JK 适合生产防水材料用沥青。

表3 防水材料用沥青与道路沥青的针入度指标

1.3 工艺选择

沥青的生产方法主要有蒸馏法、溶剂脱沥青法、氧化法、调合法以及这些工艺的组合。根据上述原料分析，试验选择常减压蒸馏工艺制取F80 防水材料沥青。

1.4 试验原理

SBD-V 型微机控制实沸点蒸馏仪将整个蒸馏过程分成2步来完成。首先是塔Ⅰ常减压蒸馏，该塔具有15 块理论塔板，可将原油从初馏切割到400 ℃；再将釜移到塔Ⅱ继续深切割，最终可切到530～565 ℃。因石油中相邻组分的沸点十分接近，而每个组分的含量又很少，所得石油或油品的实沸点蒸馏曲线是一条连续曲线，可以大致反映各组分沸点随馏出量的变化情况。随着轻组分的不断被分离出来，高沸点的渣油残留在减压塔底部[2]。渣油的性质符合沥青产品标准的技术要求时，即可称为石油沥青（或沥青）。

1.5 试验结果

试验在SBD-V 实沸点蒸馏仪上进行，每蒸馏釜装原油3～4 kg，控制装置的真空度（残压）0.04 kPa，试验以蒸馏釜底残留物（渣油）为目的产物，渣油收率为试验控制值，蒸馏温度与渣油收率的关系见图1。

由图1 可见，蒸馏温度越高，渣油收率越低。取各收率下的渣油检测其针入度，符合SH/T 0981—2019 规定针入度范围的即为目标沥青。

进口原油JK 蒸馏温度分别在414～425 ℃、425～430 ℃时渣油性质见表4。

表4 蒸馏试验结果

由表4 可以看出，进口原油JK 为原料，实沸点蒸馏制取的沥青主要指标符合SH/T 0981—2019 中F40 和F80 技术要求。该实沸点蒸馏温度可作为工业装置生产操作条件的参考依据。

2 工业生产及产品性能评价

以进口原油JK 为原料，以实沸点蒸馏数据为工艺条件的依据，在常减压装置上生产防水材料用沥青。减压蒸馏主要操作参数为：常压炉出口温度350～358 ℃，减压炉出口温度340～350 ℃，减压塔顶真空度97～99 kPa，汽化段温度310～315℃。减压塔底获得沥青产品，按SH/T 0981—2019 检测其性能指标，见表5。

由表5 可见，在工业装置上采用减压蒸馏工艺生产的F40 和F80 沥青产品，各项指标符合SH/T 0981—2019 要求，检测指标与实验室数据基本吻合。

表5 工业生产防水材料用沥青性能指标

3 沥青四组分组成分析

为了深入了解进口原油JK 生产防水沥青的性质，分析了F80 的四组分，并与国内外品牌的相近牌号沥青进行比较，结果见表6。

表6 F80 与国内外品牌沥青四组分比较

由表6 可以看出，沥青质/胶质比大小顺序为：进口＞F80＞国产-2＞国产-1；芳香分/胶质比大小顺序为：进口＞国产-1＞F80＞国产-2；沥青质含量大小顺序为：进口＞F80＞国产-2＞国产-1；饱和分含量大小顺序为：F80＞国产-2＞国产-1＞进口。

F80 沥青芳香分/胶质比、沥青质/胶质比、沥青质含量都介于进口沥青与国产品牌沥青之间。根据埃索石油公司介绍，性能最好的沥青其沥青质含量为8%～16%。另外，沥青组成要有一个良好的匹配，即芳香分与胶质、沥青质与胶质的比例越大，沥青质量越好。根据JC/T 2218—2014《防水卷材沥青技术要求》，改性沥青卷材宜选用沥青质和饱和分含量相对较高的沥青材料。进口原油JK 生产的防水材料用沥青，具有良好的组成匹配，具有沥青卷材材料所要求的较高的沥青质与饱和分含量，适合做防水卷材的生产原料。

4 主要技术指标的讨论

4.1 蜡含量

在沥青中，蜡含量是影响沥青性能的一个综合性指标。蜡的存在，高温时使沥青变软，降低沥青的高温黏度、粘结性，易流淌；低温时使沥青变硬、变脆，对低温柔性有负面影响。由表6 可见，采用进口原油JK 生产的F40、F80 防水沥青，蜡含量低于进口沥青和国产品牌沥青，远远优于SH/T 0981—2019技术要求，适合做防水材料。