淺談煤瀝青的性質(zhì)及其應用

李路霞

【摘要】煤瀝青的資源比較豐富，因此其價格相對更加低廉，但是，煤瀝青存在著殘?zhí)柯实偷纫恍﹩栴}，所以必須通過改性來去除這些弊端。改性之后的瀝青高溫穩(wěn)定性更好，粘結(jié)力進一步提高，具有較好的抗水損害能力，以及低溫抗裂能力，因此瀝青品質(zhì)更高，使用壽命更長。本文闡述了煤瀝青的性質(zhì)及其組成，分析了煤瀝青的幾種類型與改性煤瀝青的制備技術(shù)，并對改性瀝青的優(yōu)點與應用進行了探討。

【關(guān)鍵詞】煤瀝青；性質(zhì)機理；制備技術(shù)；應用

引言

由于煤瀝青的組合成分非常復雜，因此我們對其真正的反應機理并不十分確定，只能根據(jù)測試的結(jié)果，相應提出一些可能的改性機理。文章首先介紹了煤瀝青的基本性質(zhì)，以及不同種類和組成成分，分析了國內(nèi)外煤瀝青改性的發(fā)展情況，并且探討了改性煤瀝青的制備方法及其應用前景。

一、煤瀝青的性質(zhì)與組成

煤瀝青是煤焦油瀝青的簡稱，它是煤焦油經(jīng)過蒸餾并提取餾分后的剩余殘留物，這種瀝青的資源比較豐富，因此價格相對更加低廉。煤焦油是在民用煤氣的生產(chǎn)過程中，煤通過高溫干餾之后的副產(chǎn)物，或者是生產(chǎn)煉鐵所使用的冶金煤的過程中得到的一種產(chǎn)物。煤瀝青是在煤焦油的加工過程中分離出來的一種副產(chǎn)品，其產(chǎn)率一般情況下能夠超過百分之五十。在常溫狀態(tài)下，煤瀝青通常是以黑色固體的狀態(tài)存在，它沒有一個固定的熔點，并且以玻璃的性狀呈現(xiàn)，受熱之后會軟化，再進一步加熱就會熔化。煤瀝青廣泛應用于金屬冶煉行業(yè)、碳素工業(yè)、耐火材料產(chǎn)業(yè)、道路建筑行業(yè)等多種領(lǐng)域。

煤瀝青的組成成分非常復雜，是多種成分混合組成的一種共熔物，經(jīng)過科學檢測后發(fā)現(xiàn)，煤瀝青中含有七十多種化合物，大部分都是超過三環(huán)的多環(huán)芳烴類物質(zhì)，還包含有氮、氧、硫元素在內(nèi)的雜環(huán)化合物，另外還有少量高分子碳素物質(zhì)。這些化合物中大概有一半含有甲基、苯基、亞氨基和酚羥基等成分。煉焦煤的基本性質(zhì)以及雜原子含量直接關(guān)系到瀝青的組成成分，煤焦油的蒸餾條件會影響瀝青的性質(zhì)，另外煉焦的工藝也會影響到瀝青的品質(zhì)。煤瀝青與其他瀝青相比，其價格更加低廉，而且具有高流動性和高含碳量的特點，并且比較容易石墨化，因此煤瀝青常被用作碳材料的基本前驅(qū)體。

煤瀝青的化學組成非常復雜，因此必須利用溶劑組分分析法來分析其特征，煤瀝青能分離為若干芳香族化合物，用不同溶解力的溶劑，就可以對煤瀝青作溶劑抽提，把煤瀝青分為不同組分。

二、煤瀝青的幾種類型與改性煤瀝青的制備技術(shù)

煤瀝青分為很多不同的種類，煤瀝青產(chǎn)品可以分為高溫、中溫、低溫三個級別，其中的高溫瀝青在普通煤瀝青中屬于高級品，其與改質(zhì)瀝青非常相似，不同之處在于改質(zhì)瀝青的軟化點雖然與高溫瀝青差不多，但是對瀝青的組分含量以及結(jié)焦值的要求不同，高溫瀝青只對軟化點有一定的要求，改質(zhì)瀝青對質(zhì)量品級的要求較為苛刻，而且對煤瀝青的組成要求非常嚴格，這些苛刻的要求是針對生產(chǎn)碳材料的有關(guān)要求進行設定的。目前我國的很多煤焦油加工企業(yè)大多數(shù)不進行瀝青加工，其價格一般情況下都比原料焦油要低，因此煤焦油加工企業(yè)因為效益不佳而陷入困境，部分企業(yè)甚至甚至出現(xiàn)虧損狀況。因此對煤瀝青的深加工進行研究、探索和創(chuàng)新，提高煤瀝青深加工產(chǎn)品附加值，可以說是當前煤焦油加工業(yè)面臨的一項非常重要的課題。

改性煤瀝青的制備技術(shù)有很多種，在這里我們重點介紹兩種，首先介紹氧化法，氧化法主要是在特定環(huán)境中通入空氣，從而使瀝青與氧氣相結(jié)合產(chǎn)生氧化作用，利用這種方法能夠使殘化率更高，使流變性能更好，如果在其中添加硫，殘?zhí)柯蕰玫竭M一步的提高。需要注意一點，就是如果氧含量超過百分之七時，就會完全抑制中間相的轉(zhuǎn)化，而獲得石墨化焦炭。如果在其中加入硫，就會導致瀝青產(chǎn)生過度交聯(lián)，這樣瀝青的使軟化點就會大幅提高，硫的含量如果達到百分之十的時候，得到的碳也不能石墨化。用氧化法對瀝青進行改質(zhì)后，瀝青的軟化點會更高，這種改質(zhì)生產(chǎn)工藝相對比較落后，所以很難產(chǎn)出電極用瀝青。

第二種改性煤瀝青的制備技術(shù)是熱聚合法。熱聚合法是利用焦爐煤氣對瀝青加熱爐直接進行加熱，導入中溫瀝青后在加壓釜內(nèi)進行高溫加熱，五個小時后蒸氣全部回流，不得使其跑出釜外，用閃蒸塔進行閃蒸并快速導出低沸點物質(zhì)，這種方法主要是經(jīng)過了熱處理，并且對瀝青進行加壓處理，因此瀝青的β樹脂含量非常高，軟化點比較低，質(zhì)量指標比較好。

改性煤瀝青的制備方法還有很多種，包括加壓熱聚處理法、減壓熱聚處理法和G-T法等。

三、改性瀝青的優(yōu)點與應用

改性之后的瀝青具有更好的優(yōu)點，瀝青的高溫穩(wěn)定性能進一步提高，具有較好的粘結(jié)力，而且抗水損害能力、低溫抗裂能力、抗反射裂縫能力等都有較大的提高，因此使用壽命更長。瀝青的抗高溫性能越高，在夏季高溫對路面的作用和傷害就越小。雨水對路面的損害也非常大，在夏季的陰雨天氣中，道路上的雨水會對道路造成一定的損害，導致路面的承載力降低，最終使道路的表面產(chǎn)生很多坑槽或者裂縫。因此，改性瀝青的抗水能力就顯得特別重要。

改性瀝青的優(yōu)勢主要有以下幾點：第一，改性瀝青及其混合料具有較強的高溫穩(wěn)定性能，這就在很大程度上提高了瀝青路面的承載力；第二，改性瀝青的粘附力大大提高，瀝青與集料的粘結(jié)力增強，這就在一定程度上提高了路面的抗水能力；第三，使用改性瀝青鋪設道路能夠延長路面壽命，同時還能使路面的養(yǎng)護周期更長，在一定程度上減少道路維護費用；第四，改性瀝青的應用范圍更廣，可以用于薄層磨耗層、開級配瀝青面層、機場跑道、橋面伸縮縫、重交通路面、壩體防水、防水卷材等方面。新型路面結(jié)構(gòu)對瀝青的要求越來越高，特殊條件下使用瀝青的情況也越來越多，因此促進了對改性瀝青的研究。

四、改性瀝青材料應用前景

目前我國絕大部分道路仍是質(zhì)量較差的中低級路面，因此今后一段時期內(nèi)，我國道路建設的投入不會減少，道路等級會不斷提高。改性瀝青是優(yōu)質(zhì)瀝青中的優(yōu)質(zhì)瀝青，根據(jù)目前國外經(jīng)驗改性瀝青的用量約占瀝青總量的10%，我國對改性瀝青的需求量會越來越多，如果達到目前工業(yè)發(fā)達國家的水平，對改性瀝青的年需求量將達到100萬噸以上。

因改性瀝青新材料是由廢棄輪胎粉加入合成的，合理利用污染物的同時增強了道路的抗老化、防氧化性能，使道路的壽命延長1～3倍，極大節(jié)省了道路的維修費用。目前，我國市政道路建設處于快速發(fā)展期，改善道路使用性能，延長道路使用壽命，節(jié)約道路維護成本是我國市政道路建設亟待解決的問題之一。因此橡膠粉用于瀝青混凝土路面，不僅解決了廢舊輪胎帶來的社會問題，還可為解決當前市政道路建設存在的一些問題找到合理的技術(shù)途徑，為使用者提供一條耐久、平整、舒適、安靜的路面環(huán)境。

五、結(jié)論

我國對改性瀝青的研究仍處在探索階段，承擔這一工作的多數(shù)為一些科研單位和高等院校，產(chǎn)業(yè)和研究仍然存在著脫節(jié)現(xiàn)象，這就導致我國的工業(yè)化的實際應用相比國外存在一定的差距，此外我國改性瀝青的生產(chǎn)設備相對滯后，缺乏競爭力，所以對改性瀝青反應原理的研究，是當前需要重點解決的問題。

參考文獻：

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