直餾瀝青

石油瀝青是應用最廣泛的瀝青材料，其基本生產工藝主要有: 蒸餾法、氧化法、調合法和溶劑脫瀝青法。因此石油瀝青按照加工方法分類分為蒸餾瀝青、氧化瀝青、溶劑瀝青和調合瀝青。

其中直餾瀝青是通過直接蒸餾原油，經過常壓和減壓工藝，將不同沸點的餾分取出后，在減壓塔底獲得的油渣，蒸餾法是製取石油瀝青最簡單、最經濟的方法;

半氧化瀝青指當直餾法不能直接生產道路瀝青時，採用淺度氧化的方法，在比較低的溫度下氧化較短的時間得到的瀝青，半氧化生產道路瀝青是日本二十世紀七十年代發展起來的技術，半氧化與氧化無原則差別，只是氧化條件緩和，使瀝青適當增黏即可，半氧化工藝是根據原料的性質，採用相對緩和的氧化條件，限制膠質中極性芳烴的降低和大分子膠粒的產生，使TFOT后針入度比和15 ℃延度同時合格。

直餾法和氧化法都能得到符合規範要求的道路石油瀝青，但兩種方法生產的石油瀝青各有優缺點：直餾瀝青的性質與原油的來源有很大關係，一般來說環烷基原油和蠟分含量較低的中間基原油適合生產道路瀝青，且該工藝生產70#、90#基質瀝青成本低廉，但是生產硬質瀝青成本會增加，加工難度增大; 氧化法生產的瀝青使其軟化點升高，針入度和溫度敏感性降低，在一定程度上提高了瀝青的高溫性能。

現階段石油瀝青的生產一般綜合考慮原油特性和瀝青產品技術指標要求採用多種加工方法組合生產，蒸餾法和氧化法是生產道路石油瀝青最常用的兩種方法，但由於成本，加工難度等限制因素，針對高標準的道路石油瀝青，在兩種方法的選擇上存在爭議，而且目前對直餾瀝青和半氧化瀝青及其混合料路用性能指標研究不夠明確，因此，有必要對直餾瀝青和半氧化瀝青進行進一步對比試驗研究，並為兩種瀝青製備方法的優選提供參考。

(1) 半氧化瀝青的軟化點和延度都略高於直餾瀝青，而半氧化瀝青老化后的殘留針入度比和殘留延度均略小於直餾瀝青，表明氧化工藝相比較於直餾工藝，能略微改善瀝青高溫性能，但對瀝青的抗老化性和低溫性能產生不利影響。

(2) 半氧化瀝青混合料抗壓強度高於直餾瀝青混合料。

(3) 半氧化瀝青混合料的高溫穩定性，低溫抗裂性和低溫狀態下的水穩定性均在一定程度上優於直餾瀝青混合料，半氧化工藝對瀝青混合料的耐久性產生有利影響。

(4) 對於道路石油瀝青的兩種生產方法，半氧化工藝和蒸餾工藝生產的瀝青各有優缺點，為了綜合兩種瀝青優點，建議在生產高標準的重交通道路石油瀝青時採用半氧化和蒸餾綜合生產工藝。

隨著我國公路建設的發展，瀝青路面在道路結構中應用得越來越廣泛，對路面質量和瀝青材料性能的要求也在不斷提高。近年來，針對我國溫熱地區瀝青路面材料性能要求，一些新開發的硬質瀝青產品逐步在高等級瀝青路面結構中得到推廣應用。

硬質瀝青即低標號瀝青，如50號瀝青、30號瀝青，其特點是高溫抗變形能力優越。硬質瀝青在國外道路中的應用已有很多先例，歐洲在這方面完成了大量的研究工作。英國在改良路面基層材料時就用50號瀝青取代了100號，芬蘭則採用硬質瀝青用於上面層。近年來，我國南方地區也已經在瀝青路面中下面層採用50號瀝青代替傳統70號瀝青；在交通部西部交通建設科技項目中，對30號瀝青也進行了大量應用研究。應用情況表明，採用硬質瀝青既能大幅度提高瀝青路面的高溫抗變性能力，工程造價與常規標號基質瀝青差別不大，具有良好的社會經濟效益。

硬質瀝青在國外已經有很長的應用歷史，有些國家已經建立起相應的技術規範。而在我國由於使用量少，儘管交通部規範中有AH一50及AH一30瀝青標準，石化部門也研製過相應的生產工藝，只有少數生產企業有過小批量生產，並沒有得到廣泛應用。

從加工工藝角度來看，硬質瀝青的生產主要包括直餾、氧化、調和等工藝。採用調和工藝製備的產品涉及到調和原料差別較大，其產品性能也有較大差異。而直餾和氧化工藝通常都是以原油加工過程中的渣油為原料，產品性能相對穩定。

直餾工藝是煉油廠內石油瀝青最經濟、最容易實現的加工手段，由於原油中各組分沸點和蒸汽壓均不相同，在常壓和減壓的環境下採用塔式蒸餾，使原油通過加熱、汽化、冷凝、精餾，分離成為汽油、煤油、柴油和蠟油等產品餾分，輕餾分從塔頂和側線分別抽出，同時原油中所含高沸點(渣油)組分從塔底抽出，當渣油組分的性質符合瀝青產品所規定的技術指標時，就得到了瀝青。用直餾工藝得到的瀝青主要用於道路鋪築。對於一些類型的原油資源，採用該工藝生產70號、90號瀝青產品成本相對低廉。但如果生產硬質瀝青，其蒸餾工藝條件要求較高，成本也會增加，加工有一定難度。

直餾工藝生產的瀝青產品受生產裝置蒸餾溫度的限制，往往無法滿足高軟化點瀝青產品的性能要求，這時可以用空氣氧化法來生產高軟化點瀝青。經過空氣氧化法生產且滿足相應技術指標的瀝青稱為氧化瀝青。氧化工藝的原料通常為減壓渣油或溶劑脫瀝青得到的脫油瀝青，其工藝條件是在一定溫度條件下向軟化點低、針人度及溫度敏感性大的原料中吹人空氣，使其組成發生變化，宏觀表現為軟化點升高，針人度和溫度敏感性變小，以達到瀝青的規格指標和使用性能要求。由於硬質瀝青針人度偏硬，軟化點指標較高，採用氧化工藝更容易實現產品的指標要求。

為了減少原料對瀝青生產的限制，提高生產靈活性，調和工藝應運而生。調和法生產瀝青是指按瀝青質量或膠體結構的要求調整構成瀝青組分之間的比例，得到能夠滿足使用要求的產品。使用的原料組分既可以是採用同一種原油由不同加工方法所得的中間產品，也可以是不同原油加工所得的中間產品，甚至包括一些天然瀝青原料，因而使生產受油源約束的程度降低，擴大了原料來源。調和的組分一般為兩個不同針人度範圍的瀝青，調和的目標產品其針人度介於兩個調和原料瀝青針人度之間。採用不同工藝生產的瀝青產品，其調和后針人度關係不是簡單的加和平均，需要考慮混合組分之間的配伍性。

我國石油瀝青行業標準和交通部瀝青路面施工規範都採用針人度分級方法。25℃的針人度給出了接近年平均使用溫度下的瀝青的稠度。30號瀝青其針人度範圍為20一40 1/10mm，50號瀝青其針人度範圍為40一60 1/10mm。而瀝青的延度，特別是瀝青的低溫延度，可以反映瀝青的低溫抗開裂性能。研究採用薄膜烘箱前後15℃延度表徵瀝青老化前後低溫性能。瀝青的高溫性能則是通過瀝青的軟化點表徵的，在同樣的針人度下，軟化點越高，瀝青的高溫性能就越好。參照瀝青粘度分級方法，60℃粘度較高的產品其瀝青高溫性能也相對較好。

對於兩種30號瀝青，採用氧化工藝製備的產品其軟化點明顯高於直餾工藝，說明其高溫性能要優於直餾工藝製備的產品。對比60℃粘度可以看出，採用氧化工藝製備的產品其粘度明顯提高，這也同樣說明了採用氧化工藝製備的產品在高溫性能方面有一定的優勢。兩種工藝產品薄膜烘箱前後巧℃延度差別不大，說明產品低溫性能基本相同，老化后性能也基本一致。

對於兩種50號瀝青產品，採用氧化工藝製備的產品，其軟化點和60℃粘度略高於直餾工藝，說明採用氧化工藝製備的產品在高溫性能方面有一定的優勢。在低溫性能方面，採用氧化工藝製備的50號瀝青薄膜烘箱后15℃延度較直餾工藝有一定幅度降低，這說明採用氧化工藝對產品低溫性能有一定的負面影響，但性能差別不是很明顯。

綜合來看，採用氧化工藝製備的硬質瀝青在高溫性能方面有一定的優勢，低溫性能方面兩種工藝製備的產品差別較小。

路用性能分級體系(PG分級)的是美國聯邦公路局歷經5年的研究所進行的美國戰略公路計劃(簡稱SHRP)中有關瀝青分級體系的研究成果。在PG分級體系中，用路面最高設計溫度下的動態剪切模量表徵瀝青的高溫性能，用最低路面設計溫度下的勁度和勁度隨變形的變化速率表徵瀝青的低溫性能。

SHRP通過研究認為，採用彎曲蠕變試驗(BBR)評價瀝青結合料的低溫抗裂性能，要求瀝青樣品在試驗溫度下彎曲勁度模量不超過300MPa ;蠕變曲線斜率(m)不小於0. 3。採用動態剪切流變儀(DSR)對瀝青進行動態剪切試驗，以‘" /sins作為評價瀝青結合料高溫穩定性的指標，原樣瀝青的G" /sins不得小於1. 0 kPa；RTFOT殘留瀝青不得小於2. 2 kPa。

採用兩種工藝製備的30號、50號瀝青。從瀝青的PG分級結果可以看出，採用氧化工藝製備的30號、50號瀝青，其高溫性能較直餾瀝青可以提高一個等級，而在低溫性能方面，兩種工藝製備的產品具備相同的等級。

採用氧化和直餾工藝製備的30號瀝青，其60℃粘度差別較大，對兩種產品的粘度與溫度關係進行測定。在60℃時採用氧化工藝製備的30號瀝青產品，其粘度大約是採用直餾工藝製備產品粘度的5倍，當溫度升高至8090時，採用氧化工藝製備產品的粘度迅速降低，在溫度高於100℃以上，兩種產品的粘度趨於相同。

雖然60℃粘度分析指標兩種產品有較大差別，但參照目前我國瀝青路面施工規範要求，兩種產品在拌合溫度和攤鋪溫度方面基本一致。這說明採用兩種工藝製備的硬質瀝青，在施工性能方面沒有明顯差別。

針入度分級、粘度分級和PG分級，三種瀝青評價體系的發展變化起因於原有評價體系的局限性和後期分析技術的進步。不同分級方法都從不同的側面反映了瀝青的使用性能，在不同方面對瀝青的使用性能進行約束。從研究試驗結果可以看出，對兩種工藝製備的硬質瀝青產品，採用不同分級評價方法，試驗結果基本一致。

通過研究對兩種工藝30號、50號瀝青產品的性能對比分析，可以看出採用氧化工藝生產的硬質瀝青其性能較直餾工藝有一定的優勢。採用氧化工藝對硬質瀝青高溫性能有一定程度改善，而對低溫性能方面沒有明顯的影響。而且，兩種工藝製備的硬質瀝青其施工性能也沒有明顯差別。