Was ist Asphalt?

Was ist Asphalt?

Bitumen ist eine dunkelbraune, komplexe Mischung aus Kohlenwasserstoffen unterschiedlicher Molekulargewichte und ihren nichtmetallischen Derivaten, eine Art hochviskose organische Flüssigkeit, meist in flüssiger oder halbfester Erdölform, mit schwarzer Oberfläche, löslich in Kohlenstoffdisulfid, Kohlenstofftetrachlorid. Bitumen ist ein wasserfester, feuchtigkeits- und korrosionsbeständiger organischer Zementwerkstoff. Bitumen kann in drei Haupttypen unterteilt werden: Kohlenteerpech, Erdölasphalt und Naturasphalt: Kohlenteerpech ist ein Nebenprodukt der Koksraffination. Erdölasphalt ist der Rückstand nach der Destillation von Rohöl. Naturasphalt hingegen wird im Boden gelagert, wobei einige davon Mineralschichten bilden oder sich auf der Oberfläche der Erdkruste ansammeln. Bitumen wird hauptsächlich in Industrien wie Farben, Kunststoffen und Gummi sowie im Straßenbau verwendet.

Komposition

Gemäß der Erklärung der kolloidalen Struktur ändert sich mit der Abnahme des gesättigten Anteils und des aromatischen Anteils des Dispersionsmediums und der Zunahme des Schutzsubstanzgels und des Asphaltengehalts der dispergierten Phase der Asphalt von einer Sol-Gel-Struktur in eine Sol-Gel-Struktur oder sogar eine Gelstruktur. Der Penetrationsgrad in den technischen Eigenschaften von Asphalt nimmt ab und der Erweichungspunkt steigt. Die beste Duktilität kann erreicht werden, wenn das Verhältnis der Inhalte der einzelnen Komponenten im Asphalt abgestimmt ist. Das obige Gesetz gilt jedoch nur für dieselbe Ölquelle und dasselbe Verfahren zur Asphaltgewinnung, z. B. für Daqing-Rohöl, die Verwendung eines Propylenalkohol-Verfahrens zur Asphaltgewinnung für dasselbe Rohöl, die Verwendung unterschiedlicher Verfahren oder unterschiedliche Rohöle mit demselben Verfahren oder sogar unterschiedliche Rohöle und Verfahren zur Asphaltgewinnung. Auch wenn sie einen ähnlichen Gehalt an Asphaltkomponenten aufweisen, können die technischen Eigenschaften und die Indizes sehr unterschiedlich sein. Der Grund für diese Phänomene liegt in den unterschiedlichen Ölquellen und Verfahren zur Gewinnung des Asphalts. Obwohl ihre chemischen Bestandteile sehr ähnlich sein können, ist die chemische Struktur ihrer Bestandteile nicht gleich und die Löslichkeit der Bestandteile hat unterschiedliche Parameter. Das heißt, die Phasenlöslichkeit der Bestandteile ist unterschiedlich und bildet somit eine unterschiedliche kolloidale Struktur, sodass ihre technischen Eigenschaften nicht gleich sind.

Löslichkeit: hydrophobes Material, wasserundurchlässig, nahezu unlöslich in Wasser, Aceton, Ether, verdünntem Ethanol, löslich in Kohlenstoffdisulfid, Kohlenstofftetrachlorid, Natriumhydroxid. Gesundheitsgefahren: Mäßig giftig. Bitumen und seine Dämpfe reizen Haut und Schleimhäute, sind phototoxisch und krebserregend. Die drei wichtigsten Asphaltgifte in China: Kohlenteerpech > Schieferasphalt > Erdölasphalt, die ersten beiden sind krebserregend. Die wichtigsten Hautschäden durch Asphalt sind: phototoxische Dermatitis, Läsionen sind auf Gesicht, Hals und andere exponierte Teile beschränkt; Melanose, Läsionen sind oft symmetrisch verteilt in den exponierten Teilen der schuppigen, braun-dunkelbraunen bis braunschwarzen Farbe; berufsbedingte Akne; warzenartige Entlassung und Unfälle durch thermische Verbrennungen. Darüber hinaus gibt es systemische Symptome wie Schwindel, Kopfschwellung, Kopfschmerzen, Engegefühl in der Brust, Müdigkeit, Übelkeit, Appetitlosigkeit und Reizung von Augen, Nase und Rachen.

Anwendungen

Im Tiefbau wird Asphalt häufig als Abdichtungs- und Korrosionsschutzmaterial verwendet, vor allem für Dächer, Erd- und unterirdische Bauten sowie zum Schutz gegen Korrosion von Holz und Stahl. Asphalt wird auch häufig als Bindemittel für Straßenbeläge verwendet. Er kann in verschiedene Asphaltfahrbahnstrukturen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen mineralischer Materialien eingebaut werden.

Erdölasphalt

Definition

Erdölasphalt ist ein Produkt der Rohölverarbeitung. Bei Raumtemperatur ist er eine schwarze oder dunkelbraune viskose Flüssigkeit, halbfest oder fest, die hauptsächlich in Chloroform lösliche Kohlenwasserstoffe und Nichtkohlenwasserstoffderivate enthält. Seine Eigenschaften und Zusammensetzung variieren je nach Rohölquelle und Produktionsmethode. Die Hauptbestandteile von Erdölasphalt sind Öl, Harz und Asphalten. Er enthält außerdem 2 bis 3 % Asphaltenkohlenstoff und kohlenstoffhaltiges Material sowie Wachs. Das Öl und das Harz im Asphalt können den Asphalten befeuchten. Die Struktur des Asphalts besteht aus gemahlenem Asphalten im Kern, das einen Teil des Harzes und des Öls adsorbiert und ein Kolloid bildet.

Produktleistung

Erdölasphalt ist schwarz und glänzend und weist eine hohe Temperaturempfindlichkeit auf. Erdölasphalt kann nach den folgenden Systemen kategorisiert werden:

Produktionsmethoden

(1) Destillation: Benzin, Kerosin, Diesel und andere leichte Fraktionen des Rohöls werden häufig durch Druckdestillation gewonnen. Anschließend wird das Öl durch eine Dekompressionsdestillation (Restdruck 10 bis 100 mmHg) destilliert. Der verbleibende Rückstand entspricht den Spezifikationen von Straßenasphalt und kann direkt aus Asphaltprodukten hergestellt werden. Der resultierende Asphalt wird auch als Straight-Run-Asphalt bezeichnet. Die Herstellung von Straßenasphalt ist die wichtigste Methode zur Asphaltherstellung.

(2) Lösungsmittelfällung: Die Komponenten des unpolaren niedermolekularen Alkanlösungsmittels weisen bei der Dekompression des Rückstandsöls eine unterschiedliche Löslichkeit auf. Durch Ausnutzung der unterschiedlichen Löslichkeit kann eine Komponententrennung erreicht werden, und so können aus dem Rückstandsöl des Dekompressionsprodukts im Asphalt nicht förderliche Eigenschaften der Komponenten entfernt werden, die den Spezifikationen und Anforderungen der Lösungsmittelfällungsmethode entsprechen.

(3) Oxidationsverfahren: Bei einem bestimmten hohen Temperaturbereich wird Schlackenöl oder entölter Asphalt in die Luft geblasen, wodurch sich seine Zusammensetzung und Eigenschaften ändern. Das resultierende Produkt wird als oxidierter Asphalt bezeichnet. Das Dekomprimieren von Schlackenöl bei hohen Temperaturen und das Einblasen von Luft führt zu Verdampfung und Verdunstung, während Dehydrierung, Oxidation, Polymerisation und Kondensation sowie eine Reihe von Reaktionen stattfinden. Dies ist ein sehr komplexer integrierter Reaktionsprozess mit Wechselwirkung mehrerer Komponenten und nicht nur eine Oxidationsreaktion, sondern wird allgemein als Oxidationsverfahren und oxidierter Asphalt bezeichnet, auch als Luftblasverfahren und Luftblasasphalt.

(4) Mischverfahren: Beim Mischverfahren zur Herstellung von Asphalt wird zunächst dasselbe Rohöl verwendet, um den Asphalt aus den vier Komponenten gemäß den Qualitätsanforderungen im erforderlichen Verhältnis neu zu mischen. Das resultierende Produkt wird als synthetischer Asphalt oder Rekonstruktionsasphalt bezeichnet. Mit der Entwicklung der Prozesstechnologie wurden die Quellen für Mischkomponenten erweitert. Beispielsweise können aus demselben Rohöl oder aus verschiedenen Rohölrückständen oder -komponenten aus der Primär- und Sekundärverarbeitung sowie aus verschiedenen industriellen Altölen als Mischkomponente verwendet werden, wodurch die Asphaltproduktion weniger von der Wahl der Ölquelle abhängig ist. Angesichts der zunehmenden Knappheit an Rohöl, das für die Herstellung von Asphalt geeignet ist, zeigt das Mischverfahren, dass es flexibel und wirtschaftlich ist, immer mehr geschätzt und allgemein angewendet wird.

(5) Emulgierungsmethode: Der Unterschied zwischen der Oberflächenspannung von Asphalt und Wasser ist sehr groß, sodass sie sich bei Raumtemperatur oder hohen Temperaturen nicht miteinander mischen. Wenn der Asphalt jedoch durch Hochgeschwindigkeitszentrifugieren, Scheren, Stampfen und andere mechanische Einwirkungen zu einer Partikelgröße von 0,1 bis 5 Mikrometern wird, wird er in einem Wassermedium dispergiert, das Tenside (Emulgatoren - Stabilisatoren) enthält. Aufgrund der Emulgatoren kann der Emulgator gezielt an der Oberfläche der Asphaltpartikel adsorbieren und so die Grenzflächenspannung zwischen Wasser und Asphalt verringern, sodass die Asphaltpartikel ein stabiles Dispersionssystem in Wasser bilden können, sodass die Asphaltpartikel in Wasser ein stabiles Dispersionssystem bilden, das eine Öl-in-Wasser-Emulsion ist. Dieses Dispersionssystem ist teebraun, Asphalt ist die dispergierte Phase, Wasser ist die kontinuierliche Phase, und bei Raumtemperatur ist die Mobilität gut. In gewissem Sinne ist emulgierter Asphalt eine „verdünnte Bitumenphase“ mit Wasser, wodurch die Fließfähigkeit des Asphalts verbessert wird.

(6) Modifizierter Asphalt: Moderne Autobahnen und Straßen haben viele Veränderungen durchgemacht: Verkehrsfluss und Fahrfrequenz haben dramatisch zugenommen, die Achslast von Güterwagen nimmt weiter zu, die allgemeine Einführung von Einbahnstraßen, die Anforderungen an die weitere Verbesserung der Beweglichkeit der Fahrbahn, d. h. der Beständigkeit gegen Spurrinnen bei hohen Temperaturen; Verbesserung der Flexibilität und Elastizität, d. h. der Beständigkeit gegen Rissbildung bei niedrigen Temperaturen; Verbesserung der Verschleißfestigkeit und Verlängerung der Lebensdauer. Moderne Gebäude verwenden häufig vorgespannte Dachplatten mit großer Spannweite, was erfordert, dass sich die Dachabdichtungsmaterialien an große Verschiebungen anpassen, widerstandsfähiger gegen extreme Klimabedingungen mit hohen und niedrigen Temperaturen sind, eine bessere Haltbarkeit aufweisen, selbstklebend sind, sich leicht konstruieren lassen und den Wartungsaufwand verringern. Diese Veränderungen in der Nutzung der Umwelt stellen eine ernsthafte Herausforderung für die Leistung von Erdölasphalt dar. Die Modifizierung von Erdölasphalt, um ihn an die oben genannten anspruchsvollen Anforderungen anzupassen, hat Aufmerksamkeit erregt. Nach Jahrzehnten der Forschung und Entwicklung gibt es viele Arten von modifiziertem Straßenasphalt, Abdichtungsmembranen und Beschichtungen, die ein gewisses Maß an technischer Wirksamkeit aufweisen. Da modifizierte Materialien jedoch normalerweise zwei- bis siebenmal so teuer sind wie gewöhnlicher Asphalt, können die Anwender die technische Leistungsfähigkeit dieses Materials noch nicht vollständig erfassen und die Produktion von modifiziertem Asphalt wächst nur langsam. Modifizierter Straßenasphalt wird hauptsächlich für Start- und Landebahnen von Flughäfen, wasserdichte Brückendecks, Parkplätze, Sportstadien, stark befahrene Flächen, Kreuzungen und Fahrbahnkurven sowie andere besondere Straßenbeläge verwendet. In Europa wird modifizierter Asphalt zur Instandhaltung und Verstärkung des Autobahnnetzes eingesetzt, was der allgemeinen Verwendung von modifiziertem Straßenasphalt einen größeren Impuls verleiht. Abdichtungsmembranen und -beschichtungen aus modifiziertem Asphalt werden hauptsächlich für hochwertige Abdichtungsprojekte verwendet. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie und der Entwicklung des wirtschaftlichen Bauwesens werden die Entwicklung von Sorten von modifiziertem Asphalt und die Entwicklung der Produktionstechnologie weiter vorangetrieben. Die Sorten und die Herstellungstechnologie von modifiziertem Asphalt hängen von der Art des Modifikators, der Menge des Modifikators und der Zusammensetzung und Beschaffenheit des Matrixasphalts (d. h. des Rohasphalts) ab. Da es viele verschiedene Arten und Formen von Modifikatoren gibt, müssen im Laufe der Jahre die verschiedenen Arten von Modifikatoren bewertet und die entsprechenden Formulierungen und Herstellungsverfahren entwickelt werden, um daraus mit Erdölasphalt ein einheitliches Material für technische Zwecke herzustellen. Der größte Teil des modifizierten Asphalts ist jedoch in der praktischen Technik patentierte Technologie und patentierte Produkte.

Hauptverwendungszwecke

Der Hauptverwendungszweck liegt in der Verwendung als Infrastrukturmaterial, Rohmaterial und Brennstoff sowie in Anwendungen wie Transport (Straßen, Eisenbahnen, Luftfahrt usw.), Bauwesen, Landwirtschaft, Wasserschutzprojekten, Industrie (Bergbauindustrie, Fertigung), Zivil- und anderen Sektoren.

Verpackung und Lagerung

Bitumen muss während der Herstellung und Verwendung in isolierten Tanks gelagert werden. Bei richtiger Handhabung kann Asphalt wiederholt erhitzt werden und über einen längeren Zeitraum bei höheren Temperaturen gehalten werden, ohne dass seine Leistung ernsthaft beeinträchtigt wird. Wenn Asphalt jedoch Sauerstoff, Licht und übermäßiger Hitze ausgesetzt wird, härtet er aus. Das wichtigste Anzeichen ist, dass der Erweichungspunkt des Asphalts ansteigt, die Nadelpenetration abnimmt und die Duktilität abnimmt, sodass die Leistung des Asphalts nachlässt.