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天然岩沥青及其改性沥青的应用

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天然岩沥青及其改性沥青的应用

天然岩沥青的基本概况

天然沥青是石油经过历史上长达亿万年的沉积、变化,在热、压力、氧化、触媒、细菌的综合作用下生成的硬沥青类物质。

由于常年与自然环境共存,性质特别稳定,但含有一定的土砂类杂质。

岩沥青的形成

按形成的环境可分为湖沥青、岩沥青、海底沥青、油页岩等。岩沥青是石油不断从地壳中冒出,存在于山体、岩石裂隙中长期蒸发凝固而形成的天然沥青。由于岩沥青产生于岩石裂隙中,所收的压力与温度条件要比其他天然沥青高,故聚合程度很高,分子量很大,软化点较高。天然沥青的基本性质取决于它的聚合程度和纯净度,即软化点的高低及灰分的多少。一般情况下,软化点越高,其聚合程度越高,平均分子量也越大。

常见的几种天然沥青

不同产地的天然沥青的组成、性质具有明显的差别,根据软化点的大小可分为:

我国岩沥青储量分布

四川:青川地区,分布着丰富的天然岩沥青矿资源,探明的储量在300万吨以上,远景储量3000万吨。

新疆:克拉玛依市的乌尔禾区,储量较小,不易开采。

四川青川岩沥青

是在四川省青川县境内发现的,目前已探明储量在300万吨以上,远景储量超过了3000万吨,被专家誉为“中国乃至世界罕见的沥青天然矿体”,储藏量位居全国第一。

天然岩沥青在我国储量丰富,但其地域不同,物性存在着很大的差异。上世纪由于国内缺乏系统研究,无法形成产业化生产,岩沥青在路面工程中一直没有得到大规模推广应用。

自2003年始,历经8年连续攻关,通过对岩沥青开发及应用关键技术的综合研究,开启了国产岩沥青应用的先河。

在天然岩沥青改性机理、关键掺配技术与工艺、混合料设计和施工质量控制等方面取得了重大突破,形成了系统的高性能天然岩沥青改性沥青应用技术,建立了技术标准体系,实现了产业化。

青川岩沥青的介绍

四川北部龙门山一带,分布着丰富的天然沥青矿资源,已探明储量300万吨,远景储量3000万吨。这些天然沥青是以分子量高达一万的沥青质为主要的组成成分,其化学构成为碳(C)81.7%,氢(H)7.5%,氧(O)2.3%,氮(N)1.98%,硫(S)4.4%,铝(Al)1.1%,硅(Si)1.8%及其他金属0.87%。其中碳、氢、氧、氮、硫的含量较高,几乎每个沥青质大分子中都含有上述元素的极性官能团,使其在岩石表面能产生强吸附力,实验数据表明其吸附自由能及在硅酸岩、石英岩、石灰石、高岭石和硅铝酸岩表面的吸附能量,都比普通沥青胶质高出数倍,具有良好的抗剥落性能。同时,该天然岩沥青还含有多种能促进石油沥青中的活性基团(羧基、羰基、醛、萘等)交联聚合的有机链,使得掺入该天然沥青的石油沥青分子的排列方式和网状结构(结点和强度)得以改善,增强了沥青内聚力,使其抗流动性、抗氧化性、粘附性和感温性等性能获得明显的改善,尤其在抗车辙方面,更是表现出十优异的特性。因此,可以认为天然沥青是一种天然的化学综合改性剂。

作用机理

青川岩沥青中碳、氢、氧、氮的含量较高,几乎每个沥青质的大分子中都含有上述元素的极性官能团,较高的含氮量使其在岩石的表面产生极强的吸附力。研究和实验表明,青川岩沥青吸附自由能及其在硅酸岩、石英岩、石灰石、高岭石和硅酸铝岩表面的吸附能量,都比普通沥青质高出数倍,具有良好的抗剥落性。

青川岩沥青的分子量达一万之多,其软化点高达200多度,高温性能突出,同时因其本身是在自然状态下形成,所以表现出十分优异的抗老化性能突出。

青川岩沥青富含极性官能团,掺入基质沥青可增强沥青的降低了蜡含量,使基质沥青抗流动性、抗氧化性、粘附性和感温性等性能获得明显的改善。

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