基于SH/T 0981—2019 標(biāo)準(zhǔn)防水材料用F80 瀝青的研發(fā)

袁文博，王傳民

（山東京博石油化工有限公司，山東 濱州 256500）

石油瀝青（以下簡(jiǎn)稱(chēng)瀝青）用于道路、建筑工程、水利工程、地下工程等作防水材料已有較長(zhǎng)的歷史和實(shí)體工程實(shí)踐。作為瀝青基防水材料的基礎(chǔ)原料，瀝青的性質(zhì)直接影響防水材料的性能及防水工程質(zhì)量。多年來(lái)，煉化企業(yè)幾乎都是按照公路建設(shè)需求和JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求生產(chǎn)道路瀝青；防水企業(yè)選擇基質(zhì)瀝青時(shí)，大多參照道路瀝青標(biāo)準(zhǔn)和使用經(jīng)驗(yàn)，購(gòu)買(mǎi)道路瀝青再加入軟化餾分油調(diào)和才能使用，一定程度上影響了防水材料的生產(chǎn)成本和效率。2019 年10 月正式實(shí)施SH/T 0981—2019《防水材料用瀝青》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使煉化企業(yè)生產(chǎn)防水材料用瀝青、防水企業(yè)選擇瀝青原料等都有了標(biāo)準(zhǔn)可依。

按照SH/T 0981—2019，F(xiàn)80 瀝青具有較好的防水性能，可用于生產(chǎn)防水卷材、防水涂料等防水材料，主要應(yīng)用于建筑防水、高速公路、高鐵、地鐵施工等。

1 試 驗(yàn)

1.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

SH/T 0981—2019 標(biāo)準(zhǔn)按瀝青的針入度范圍劃分牌號(hào)，含蓋了防水材料用瀝青的6 個(gè)牌號(hào)，既有針對(duì)性，又體現(xiàn)了差別化。研制試驗(yàn)選擇該標(biāo)準(zhǔn)作為質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量控制依據(jù)，見(jiàn)表1。

1.2 原油選擇

世界各地生產(chǎn)不同原油近1500 種，其中僅有約260 種原油適合生產(chǎn)道路瀝青。研究與生產(chǎn)實(shí)踐證明，瀝青性能的優(yōu)劣主要取決于原油的性質(zhì)，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)瀝青的關(guān)鍵在選擇合適的原油。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)烷基原油和低蠟的環(huán)烷-中間基、中間基原油適宜生產(chǎn)道路瀝青[1]。防水材料用瀝青與道路瀝青用途不同，其要求亦有區(qū)別，SH/T 0981—2019 要求防水材料用瀝青蠟含量≤4.5%。

表1 SH/T0981-2019 防水材料用瀝青技術(shù)要求

山東京博石油化工有限公司加工的進(jìn)口原油JK 屬高硫環(huán)烷基原油，密度高、黏度大、蠟含量低，瀝青質(zhì)、膠質(zhì)含量比較合理。選擇進(jìn)口原油JK 為開(kāi)發(fā)防水材料用瀝青的原料，其性質(zhì)見(jiàn)表2。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法[2]及計(jì)算公式：

（1）（A+R）/W＜0.5，不適合生產(chǎn)瀝青的原油；

（2）（A+R）/W=0.5～1.5，可以生產(chǎn)一般普通道路瀝青的原油；

（3）（A+R）/W＞1.5，最適合生產(chǎn)瀝青，可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)道路瀝青。

通過(guò)表2 中原油的瀝青質(zhì)（A）、膠質(zhì)（R）、蠟含量（W）的含量計(jì)算可知，進(jìn)口原油JK 適宜制取道路瀝青。根據(jù)防水卷材的瀝青性能特點(diǎn)，選擇該原油作為研制防水卷材瀝青的原料。

針入度是瀝青劃分牌號(hào)的依據(jù)，比較防水材料用瀝青與道路瀝青的針入度范圍（見(jiàn)表3）可知：防水材料用F80 瀝青針入度范圍含蓋了道路瀝青70#A 和90#A 兩個(gè)牌號(hào)；F40 針入度范圍包含了道路瀝青50#A。由此可見(jiàn)，進(jìn)口原油JK 適合生產(chǎn)防水材料用瀝青。

表3 防水材料用瀝青與道路瀝青的針入度指標(biāo)

1.3 工藝選擇

瀝青的生產(chǎn)方法主要有蒸餾法、溶劑脫瀝青法、氧化法、調(diào)合法以及這些工藝的組合。根據(jù)上述原料分析，試驗(yàn)選擇常減壓蒸餾工藝制取F80 防水材料瀝青。

1.4 試驗(yàn)原理

SBD-V 型微機(jī)控制實(shí)沸點(diǎn)蒸餾儀將整個(gè)蒸餾過(guò)程分成2步來(lái)完成。首先是塔Ⅰ常減壓蒸餾，該塔具有15 塊理論塔板，可將原油從初餾切割到400 ℃；再將釜移到塔Ⅱ繼續(xù)深切割，最終可切到530～565 ℃。因石油中相鄰組分的沸點(diǎn)十分接近，而每個(gè)組分的含量又很少，所得石油或油品的實(shí)沸點(diǎn)蒸餾曲線(xiàn)是一條連續(xù)曲線(xiàn)，可以大致反映各組分沸點(diǎn)隨餾出量的變化情況。隨著輕組分的不斷被分離出來(lái)，高沸點(diǎn)的渣油殘留在減壓塔底部[2]。渣油的性質(zhì)符合瀝青產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求時(shí)，即可稱(chēng)為石油瀝青（或?yàn)r青）。

1.5 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)在SBD-V 實(shí)沸點(diǎn)蒸餾儀上進(jìn)行，每蒸餾釜裝原油3～4 kg，控制裝置的真空度（殘壓）0.04 kPa，試驗(yàn)以蒸餾釜底殘留物（渣油）為目的產(chǎn)物，渣油收率為試驗(yàn)控制值，蒸餾溫度與渣油收率的關(guān)系見(jiàn)圖1。

由圖1 可見(jiàn)，蒸餾溫度越高，渣油收率越低。取各收率下的渣油檢測(cè)其針入度，符合SH/T 0981—2019 規(guī)定針入度范圍的即為目標(biāo)瀝青。

進(jìn)口原油JK 蒸餾溫度分別在414～425 ℃、425～430 ℃時(shí)渣油性質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 蒸餾試驗(yàn)結(jié)果

由表4 可以看出，進(jìn)口原油JK 為原料，實(shí)沸點(diǎn)蒸餾制取的瀝青主要指標(biāo)符合SH/T 0981—2019 中F40 和F80 技術(shù)要求。該實(shí)沸點(diǎn)蒸餾溫度可作為工業(yè)裝置生產(chǎn)操作條件的參考依據(jù)。

2 工業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)

以進(jìn)口原油JK 為原料，以實(shí)沸點(diǎn)蒸餾數(shù)據(jù)為工藝條件的依據(jù)，在常減壓裝置上生產(chǎn)防水材料用瀝青。減壓蒸餾主要操作參數(shù)為：常壓爐出口溫度350～358 ℃，減壓爐出口溫度340～350 ℃，減壓塔頂真空度97～99 kPa，汽化段溫度310～315℃。減壓塔底獲得瀝青產(chǎn)品，按SH/T 0981—2019 檢測(cè)其性能指標(biāo)，見(jiàn)表5。

由表5 可見(jiàn)，在工業(yè)裝置上采用減壓蒸餾工藝生產(chǎn)的F40 和F80 瀝青產(chǎn)品，各項(xiàng)指標(biāo)符合SH/T 0981—2019 要求，檢測(cè)指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)基本吻合。

表5 工業(yè)生產(chǎn)防水材料用瀝青性能指標(biāo)

3 瀝青四組分組成分析

為了深入了解進(jìn)口原油JK 生產(chǎn)防水瀝青的性質(zhì)，分析了F80 的四組分，并與國(guó)內(nèi)外品牌的相近牌號(hào)瀝青進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 F80 與國(guó)內(nèi)外品牌瀝青四組分比較

由表6 可以看出，瀝青質(zhì)/膠質(zhì)比大小順序?yàn)椋哼M(jìn)口＞F80＞國(guó)產(chǎn)-2＞國(guó)產(chǎn)-1；芳香分/膠質(zhì)比大小順序?yàn)椋哼M(jìn)口＞國(guó)產(chǎn)-1＞F80＞國(guó)產(chǎn)-2；瀝青質(zhì)含量大小順序?yàn)椋哼M(jìn)口＞F80＞國(guó)產(chǎn)-2＞國(guó)產(chǎn)-1；飽和分含量大小順序?yàn)椋篎80＞國(guó)產(chǎn)-2＞國(guó)產(chǎn)-1＞進(jìn)口。

F80 瀝青芳香分/膠質(zhì)比、瀝青質(zhì)/膠質(zhì)比、瀝青質(zhì)含量都介于進(jìn)口瀝青與國(guó)產(chǎn)品牌瀝青之間。根據(jù)埃索石油公司介紹，性能最好的瀝青其瀝青質(zhì)含量為8%～16%。另外，瀝青組成要有一個(gè)良好的匹配，即芳香分與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)與膠質(zhì)的比例越大，瀝青質(zhì)量越好。根據(jù)JC/T 2218—2014《防水卷材瀝青技術(shù)要求》，改性瀝青卷材宜選用瀝青質(zhì)和飽和分含量相對(duì)較高的瀝青材料。進(jìn)口原油JK 生產(chǎn)的防水材料用瀝青，具有良好的組成匹配，具有瀝青卷材材料所要求的較高的瀝青質(zhì)與飽和分含量，適合做防水卷材的生產(chǎn)原料。

4 主要技術(shù)指標(biāo)的討論

4.1 蠟含量

在瀝青中，蠟含量是影響瀝青性能的一個(gè)綜合性指標(biāo)。蠟的存在，高溫時(shí)使瀝青變軟，降低瀝青的高溫黏度、粘結(jié)性，易流淌；低溫時(shí)使瀝青變硬、變脆，對(duì)低溫柔性有負(fù)面影響。由表6 可見(jiàn)，采用進(jìn)口原油JK 生產(chǎn)的F40、F80 防水瀝青，蠟含量低于進(jìn)口瀝青和國(guó)產(chǎn)品牌瀝青，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于SH/T 0981—2019技術(shù)要求，適合做防水材料。

4.2 柔度

柔度是表征防水卷材產(chǎn)品的低溫性能的指標(biāo)，也是防水卷材等產(chǎn)品的實(shí)用性指標(biāo)，瀝青柔度優(yōu)劣將影響防水材料的粘結(jié)性。采用進(jìn)口原油生產(chǎn)的F40、F80 防水瀝青，柔度優(yōu)于SH/T 0981—2019 技術(shù)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）從原料的性質(zhì)、工藝選擇以及產(chǎn)品性能等方面都表明，進(jìn)口原油JK 是生產(chǎn)防水材料用瀝青的理想原料，所產(chǎn)瀝青產(chǎn)品性能指標(biāo)優(yōu)于SH/T 0981—2019 要求。

（2）防水行業(yè)需要多種牌號(hào)的防水材料用瀝青，目前針對(duì)防水行業(yè)需求生產(chǎn)的瀝青產(chǎn)品牌號(hào)不多。建議瀝青研發(fā)、生產(chǎn)企業(yè)，多關(guān)注防水技術(shù)與材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)，開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)適合防水材料用瀝青的產(chǎn)品，滿(mǎn)足防水材料市場(chǎng)需求。