石油沥青蜡含量测定的影响因素探讨.pdf

2 0 1 5年 2月 石 油 沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 9卷第 1 期 交流与探讨 石 油沥青蜡 含量测定 的影 响因素探讨 李永振 ，张何猛 ，庄伟 ，樊亮 1 ．山东省交通科学研究所，济南2 5 0 0 3 1 ；2 ．湖南中大建设工程检测技术有限公司，长沙4 1 0 2 0 5 摘要利用裂解蒸馏法对同一种道路石油沥青进行蜡含量测定试验，研究试验过程中对 蜡含量测定的影响因素，结果表明蒸馏速度控制及馏分油总量、馏分油取样量、馏分油取样 量增量、析蜡洗涤熔蜡操作是影响蜡含量测定结果的主要 因素。 关键词蒸馏法蜡含量石油沥青 现有研究认为 沥青中蜡的存在 ，在高温时 会使沥青发软，导致沥青路面高温稳定性降低， 出现车辙；低温时会使沥青变得脆硬，导致路面 低温抗裂性降低 ，出现裂痕。此外 ，蜡会使沥青 与石料的黏附性降低 ，影响沥青的黏结力及抗水 剥离能力 ，在有水的条件下，会使路面石子产生 剥落现象，造成路面破坏 ，更严重的是 ，含蜡沥 青会使沥青路面的抗滑性降低 ，影响路面的行车 安全。蜡在高温时融化，使沥青黏度降低，导致 路面高温稳定性变差 ，温度敏感性增大；在低温 时 ，蜡容易结 晶析出，减小分子间的紧密联 系， 使沥青在低温时的应力松弛性能降低 ，造成沥青 发脆开裂 ，使沥青在低温时的流变指数增加，复 合流动度减小 ，时间感应性增加 ，路面容易温缩 开 裂 。 1 试验方法 试验采用 沥青蜡含量 的测定方法 是交通部 J T G E 2 O 2 0 1 1 公路工程沥青及沥青混合料试 验规程 中 T 0 6 1 5 --2 0 1 1沥青蜡 含量试验 蒸 馏法 ，该方法精度要求高 ，试验步骤繁多 ，操 作复杂 ，影响试验精确度的因素多 ，使测定存在 很大的难度。 具体方法是在高温条件下对沥青进行蒸馏 ， 裂解产生油蜡组分 ，再用无水 乙醚 一无水 乙醇 体积 比 1 1 为溶剂 ，在 一 2 O℃ 0 ． 5℃的冷 浴 中使油蜡分离过滤 ，再用热的石油醚熔解结晶 蜡 ，蒸发掉石油醚即可得到蜡。蒸馏法的基本步 骤 蒸馏裂解 一 馏分油取样 一 析蜡洗涤 一 熔蜡 一 蒸发 一 冷却 一 数据处理。 2 影响因素的分析 蒸馏法测定蜡含量的试验步骤较多，每一个 步骤 中都存在着影响结果的因素。通过对单一样 品进行大量试验 、对 比总结 ，影响蜡含量因素主 要为蒸馏速度控制及馏分 油总量 、馏分油取样 量、馏分油取样量增量 、析蜡洗涤熔蜡过程的影 响等因素 。 2 ． 1 蒸馏速度控制及馏分油总量的影响 蒸馏过程 ，规范规定从加热开始起 5～ 8 m i n 内开始初馏 支管端 口流出第一滴馏分 ，然后 以每秒两滴 4～ 5 mL ／ m i n 的流出速度继续蒸 馏至无馏分油 ，瓶内蒸馏残留物完全形成焦炭为 止 ] 。全部蒸馏过程 中必须在 2 5 m i n内完 成。 通过大量蜡含量试验总结可知，在使用燃气灯对 沥青蒸馏时，蒸馏过程中蒸馏速度的控制方法 开始时调节燃气 灯火焰使之在 58 mi n内开始 初溜 ，在 1 O一1 9 mi n内流速基本能达到每秒两 滴 4 5 m L ／ m i n 的规定 ，在 1 9 mi n 后流速减 小 ，满足不 了每 秒两滴 4～5 m L ／ mi n 的规 定 ，这时加大火焰保证在 2 5 m i n内蒸馏至无馏 分油流出即可。 对单一沥青样品进行蜡含量试验 ，试验结果 见表 1 、图 1 4 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 71 5 。 作者简介 李永振 1 9 8 8 一 ，男 ，大学本科 ，现在 山东省 交通 科学研 究所从 事道路 新材料 研发 和试 验工 作。邮箱 5 0 2 0 2 01 5 4 q ff e o m。 7 0 石 油 沥 青 2 0 1 5年第 2 9卷 图 1 蒸馏时间与析出蜡质量关系 图2 蒸馏时间与蜡含量关系 图3 馏分油总质量与析出蜡质量关系 图4 馏分油总质量与蜡含量关系 从表 1和图 1 、2中看出随着蒸馏时间的增 加，馏分油的颜色逐渐变浅，馏分油的浓度逐渐 变小 ，蜡含量逐渐变小。当蒸馏速度过快时，馏 分油中含有 杂质呈 现黑 色，杂质易堵塞砂芯漏 斗，造成过滤困难 ，使蜡含量结果偏大。蒸馏速 度过慢时，蒸馏不完全 ，使蜡含量结果偏小 。控 制蒸馏速度 ，使馏分油的颜色为褐色为最佳 。 由表 1和图 3 、4可知在相 同的沥青质量和 馏分油取样量 的条件下 ，随着馏分油总量 的增 加 ，析出的蜡质量逐渐增大 ，蜡含量 也逐 渐增 大 。经大量试验总结 ，道路石油沥青 7 0号 A级 沥青蜡含量试验馏分油总量在 2 5 3 0 g时最佳。 2 ． 2 馏分油取样量的影响 馏分油取样 量对蜡含量试验 的影 响见表 2 、 图 5 、6 。 表 2 馏分油取样量对蜡含量试验的影响 - 赴 餐 图5 取样量和蜡含量关系 第 1 期 李永振等 ．石油沥青蜡含量测定的影响因素探讨 7 l 图6 取样量和析出蜡质量关系 馏分油取样 时应在适当的热源上加热摇匀， 避免因取样不匀对试验造成误差。从表 2和图 5 、6中可以看出随着馏分油取样量的增加，析 出的蜡质量基本上逐渐增加 ；按照规范要求要使 析出蜡质量在 0 ． 0 5 0 ． 1 g 范 围内，馏分 油取样 量应在 1 ． 5 2 ． 8 g范围；馏分油取样量在 1 ． 0～ 1 ． 5 g和 2 ． 0～3 ． 0 g之间时的蜡含量值均小于在 1 ． 5 2 ． 0 g之间时的蜡含量值。 2 ． 3 馏分油取样量增量的影响 馏分油取样法可 以按两种方法来取样 ，一种 是平行取样，即三个平行分取量相同；另一种是 逐级分取 ，即选定 取样基数 ，以一 定 的增量分 取。经大量试验经验可知 ，平行取样 试验方法的 相关性小于逐级分取试验方法的相关性 ，所以下 面主要分析逐级分取试验方法。 规范规定称取用于脱蜡 的馏分油质量 1 3 g ，或取样的质量使其冷冻过滤后能得到 0 ． 0 5 0 ． 1 g 蜡 ，但取样量不得超过 l 0 g 。数据处理时 要求画出蜡含量与蜡质量关系曲线 ，当所进行的 平行试验结果的最大值与最小值之差满足重复性 试验要求时取平均值作为结果，否则按直线关系 回归求出蜡的质量为 0 ． 0 7 5 g时的蜡的质量百分 率 ，作为试验结果。这样就减小 了馏分油取样量 不同对试验产生的影响 ，提高了试验 的精确度， 大大增加了该试验的可比性。由表 2可知 ，当取 样量为 2 ． 0 0 7 0 g时 ，析出蜡质 量为 0 ． 0 7 6 0 g ， 比较接近规范规定的 0 ． 0 7 5 g蜡质量 ，所 以在进 行逐级分取试验时 ，采用的取样基数为 2 ． 0 0 0 0 g o 表 3 、图79为馏分油取样量增量对蜡含 量试验 的影响。 表 3 馏分油取样量增量对蜡含量试 验的影响 取样量增量／ 蜡含量平均值，蜡含量线性回归值，相关性， g ％ ％ ％ 誉 - 驽 1 盘 托 警 图7 取样量增量与蜡含量平均值关系 图 8 取样量增量与蜡含量回归值关系 图9 取样量增量与相关性关系 由表 3和图 7 9可知 1 随着取样量增 量 的增 加，蜡含量没有 明显的规律 ，当取样量增量为 0 ． 1 g 、0 ． 2 g时试 验结果满足重复性要求 ，即回归值等于平均值。 7 2 石 油 沥 青 2 0 1 5年第 2 9卷 2 当大于 0 ． 2 g 时 ，均不满足重复性试验 要求 ，蜡含量取值均为按直线关系回归求 出蜡的 质量为 0 ． 0 7 5 g 时的蜡的质量百分率。 3 试验数据 的相关性在开始 时随着 取样 量增量的增大而增大 ，当取样量增量为 0 ． 4 g时 达到最大值 ，然后就随着取样量增量的增加而减 小 ，而且 当取样量增量在 0 ． 2 0 ． 5 g时，试验 数据 的相关性较好。 4 根据所有数据按直线关 系回归求 出蜡 的质 量 为 0 ． 0 7 5 g时 的 蜡 的 质 量 百 分 率 为 2 ． 0 5 2 ％，按逐级分取方法得到的蜡含量平均值 为 2 ． 1 0 7 ％。根据取样量间隔与蜡含量回归值按 直线关系回归求出蜡含量为 2 ． 0 5 2 ％时的取样量 问隔为 0 ． 5 g ，根据取样量间隔与蜡含量平均值 按直线关系回归求出蜡含量为2 ． 1 0 7 ％时的取样 量问隔为 0 ． 2 g 。考虑 到当取样量增量在 0 ． 2～ 0 ． 5 g时，试验数据的相关性又较好 ，所 以当采 取逐级分取试验方法时建议取样量增量在 0 ． 2～ 0 ． 5 g范围 。 2 ． 4 析蜡洗涤熔蜡过程的影响 析蜡过程 中若采用 9 5 ％纯度 乙醇，这 种乙 醇中含有少量水，在蜡结晶过程中，这部分水亦 会结晶，冰晶会堵塞滤孔 ，造成过滤困难 ，影响 蜡含量的试验结果 ，建议采用无水乙醇 。 在选择砂芯漏 斗时，滤孔 的孔径 系数 应为 l 0～1 6 m，使用过久 的砂芯漏斗滤板会呈现黑 色 ，时间久的滤芯应用盐酸清洗干净以后再 用。 砂芯漏斗滤芯孔径过大会使结晶蜡漏掉 ，造成试 验结果偏小 ，过小会增加过滤时间。每次试验前 应对砂芯漏斗的质量进行检验。 当用石油醚熔蜡时，开始不易熔 ，可用洗耳 球向洗滤瓶中吹气，应 防止溶液溅出影响试验结 果。盛有蜡溶液的锥形瓶 ，在热源上加热时应严 格控制加热温度 ，适宜 的加热温度在 5 0 6 o℃ 范围之间。 3结论及 建议 a 针对该道路石油 沥青 7 0号 A级沥青进 行蜡含量试验 ，应严格控制蒸馏速度，使蒸馏时 间在 2 O～ 2 5 mi n ，馏分油颜色呈褐色时且馏分油 总量在 2 5～ 3 0 g 时为最佳 。 b 蜡含量试验时 ，馏分油取样可以采取逐 级分取法。即在 1 ． 52 ． 0 g之 间定一 个基点 ， 按照 0 ． 2～ 0 ． 5 g的取样量增量来取样进行试验 。 c 选择滤芯孔径在 1 0～1 6 m、清洗干净 、 检验合格的砂芯漏斗 ，控制熔蜡时的加热温度在 5 O～ 6 O℃之间 。 参考文献 [ 1 ]李丛豪．浅谈蒸馏法测定石油沥青蜡含量．石油沥 青，2 o o 8 ，2 2 2 5 6 5 8 ． [ 2 ]J T G E 2 0 --2 0 1 1 ，公路工程沥青及沥青混合料试验 规程 [ M] ，北京人民交通出版社，2 0 0 6 ． [ 3 ]丁连群 ．影响蒸馏法测定沥青蜡含量准确性的因素 及对 策 ．公路 ，2 0 0 1 ， 5 6 O一6 2 ． Di s c u s s i o n o n I n flu e n c e Fa c t o r s o f De t e r mi n a t i o n o f W a x Co n t e n t i n Pe t r o l e u m As ph a l t Li Yon g z he n ， Zha ng He me ng ， Zhu an g W e i ， Fa n Li a ng 1 ． S h a n d o n g T r a n s p o r t a t i o n I n s t i t u t e ， J i n a n 2 5 0 0 3 1 ； 2 ． Hu n a n Z h o n g d a C o nst r u c t i o n E n g i n e e r i n g D e t e c t io n T e c h n o l o g y C o ． L t d ． ，C h a n g s h a 4 1 0 2 0 5 Abs t r a c t Th e pa p e r ma i n l y di s c u s s e d t h e i n flu e n c e f a c t o r s o f t h e d e t e r mi n a tio n o f wa x c o n t e nt o f t he s a me k i n d o f p e t r o l e u m a s p h a l t f o r r o a d b y c r a c k i n g d i s t i l l a t i o n ．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e ma i n e ff e c t f a c t o r s o f d e t e r mi n a t i o n o f t h e wa x c o nt e n t we r e t h e d i s t i l l a t i o n s p e e d c o n t r o l ，t o t a l d i s t i l l a t e s，d i s t i l l a t e s a mp l i n g a mo u nt ，di s t i l l a t e s a mp l i n g i n c r e me n t a n d t h e o pe r a t i o n s o f p r e c i pi t a t i n g，c l e a n i n g a n d me l t i n g wa x ． Ke ywo r ds d i s t i l l a t i o n； wa x c o n t e n t ； p e t r o l e u m a s ph a l t