Inleiding, classificatie, normen en toepassingen van bitumen

Bitumineuze materialen

Asfalt is een zeer complex polymeer van koolwaterstoffen, bestaande uit niet-metallische (zuurstof-, zwavel- en stikstof) derivaten. Het is een zwarte of zwartbruine vaste, halfvaste of vloeibare mix. Het is een hydrofoob materiaal met een dichte structuur, vrijwel volledig onoplosbaar in water, neemt geen water op en is goed waterdicht. Daarom wordt het veelvuldig gebruikt in de civiele techniek voor waterdichting, vochtwering en het tegengaan van doorsijpeling. Asfalt behoort tot de organische cementmaterialen en heeft een zeer goede bindende werking met zand, steen en andere mineralen. Het resulterende asfaltbeton is het belangrijkste wegdekmateriaal voor moderne wegenbouwprojecten.

Samenstelling en structuur van petroleumasfalt

1. Elementaire samenstelling

Petroleumasfalt is samengesteld uit een mengsel van verschillende koolwaterstoffen en niet-metallische (zuurstof, zwavel, stikstof) derivaten. De elementaire samenstelling bestaat voornamelijk uit koolstof (80% ~ 87%) en waterstof (10% ~ 15%); de rest bestaat uit niet-koolwaterstofelementen zoals zuurstof, zwavel, stikstof, enz. (<3%); daarnaast zijn er enkele sporen van metalen aanwezig.

2. Samenstelling van de componenten

Asfalt wordt doorgaans opgedeeld in een aantal chemische componenten op basis van hun eigenschappen. De technische prestaties van de componenten hangen nauw samen met de chemische samenstelling van de groep. Deze groepen worden "componenten" genoemd. De huidige Chinese regelgeving kent twee methoden: analyse op basis van drie componenten en analyse op basis van vier componenten.

Driecomponentenanalyse van petroleumasfalt, waarbij het asfalt wordt opgesplitst in olie, hars en asfalteen.

(1) Olie is de lichtgele, transparante vloeistof die asfalt vloeibaar maakt. De hoeveelheid olie heeft direct invloed op de zachtheid, scheurweerstand en verwerkingsmoeilijkheid van het asfalt. In Chinees asfalt bevat de olie vaak was. Bij de analyse moet deze was van de olie worden gescheiden. De aanwezigheid van was zorgt ervoor dat het asfaltmateriaal bij hoge temperaturen zacht wordt, wat leidt tot vloeien; bij lage temperaturen wordt het asfalt broos en hard, wat scheurvorming tot gevolg heeft. Omdat was een schadelijke component is, wordt het vaak gebruikt om de prestaties van asfalt te verbeteren door middel van ontwassing.

(2) hars voor de roodbruine, viskeuze, halfvaste stof, zeer temperatuurgevoelig, smeltpunt onder 100 ℃, waaronder neutrale hars en zure hars. Neutrale hars zorgt ervoor dat asfalt een zekere plasticiteit, mobiliteit en hechting heeft, en naarmate het gehalte ervan toeneemt, nemen de hechting en rekbaarheid van het asfalt toe; zure hars heeft een laag gehalte, maar is zeer actief en kan de hechting van asfalt en andere materialen verbeteren, de bevochtiging van asfalt verbeteren en het asfalt emulgeren.

(3) Asfalteen is de donkerbruine vaste stof die niet smelt bij verhitting. Het bepaalt de hechting, viscositeit en temperatuurstabiliteit van het asfalt, evenals de hardheid en het verwekingspunt. Naarmate het asfalteengehalte toeneemt, nemen de viscositeit en hechting van het asfalt toe, evenals de hardheid en temperatuurstabiliteit.

Technische normen voor petroleumasfalt

De technische normen voor petroleumasfalt worden onderverdeeld in verschillende soorten asfalt en kwaliteitsklassen (standaarden), zodat men een keuze kan maken. Momenteel wordt petroleumasfalt hoofdzakelijk in drie categorieën verdeeld: petroleumasfalt voor wegenbouw, petroleumasfalt voor de bouw en gewoon petroleumasfalt.

Bij de classificatie van asfaltkwaliteiten wordt gekeken naar de penetratie, ductiliteit, verwekingspunt en andere indicatoren. De penetratie is een van de belangrijkste indicatoren voor de asfaltkwaliteit. Voor dezelfde soort asfalt geldt dat hoe hoger de kwaliteit, hoe lager de viscositeit (hoe hoger de penetratiewaarde), hoe beter de ductiliteit (hoe groter de plasticiteit) en hoe groter de temperatuurgevoeligheid (hoe lager het verwekingspunt).

Selectie van petroleumasfalt

De keuze voor petroleumasfalt moet gebaseerd zijn op de aard van het project (woningbouw, wegen, corrosie), de lokale klimatologische omstandigheden, de locatie (vlak, ondergronds) en andere factoren. Omdat hoogwaardig asfalt meer olie bevat en een betere weerstand tegen veroudering biedt dan laagwaardig asfalt, is het raadzaam om voor hoogwaardig petroleumasfalt te kiezen om een ​​langere levensduur te garanderen.

(1) Asfalt voor wegen is onderverdeeld in asfalt voor zwaar verkeer, asfalt voor licht verkeer, geëmulgeerd asfalt, vloeibaar asfalt en gemodificeerd asfalt. Bij de keuze van asfaltmaterialen voor wegenbouwprojecten moet rekening worden gehouden met de verkeers- en klimaateigenschappen. In gebieden met hoge temperaturen in het zuiden moet asfalt met een hoge viscositeit worden gekozen om ervoor te zorgen dat het asfalt in de zomer voldoende stabiliteit heeft en geen spoorvorming vertoont, enz.; in koude gebieden in het noorden moet asfalt met een lage viscositeit worden gekozen om ervoor te zorgen dat het asfalt bij lage temperaturen nog steeds een zekere mate van vervormingscapaciteit heeft om scheurvorming te voorkomen.

2) De constructie van petroleumasfalt kenmerkt zich door een kleinere naaldpenetratie (viscositeit), een hoog verwekingspunt (betere hittebestendigheid), maar een geringere rek (minder plastisch). Het wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van oliepapier, linoleum, waterdichtingscoatings en asfaltvoegen, enzovoort. Het wordt vooral toegepast in dakbedekkingsprojecten, ondergrondse waterdichtingsprojecten, sleufafdichting, anticorrosieprojecten en pijpleiding-anticorrosieprojecten. Door de dikkere asfaltlaag is het materiaal gevoeliger voor temperatuurschommelingen. Tegelijkertijd absorbeert het zwarte asfaltoppervlak warmte goed, waardoor de oppervlaktetemperatuur van asfaltdakbedekking over het algemeen hoger is dan die van andere materialen. De oppervlaktetemperatuur van een asfaltdak kan 25 ℃ tot 30 ℃ hoger liggen dan de hoogste lokale luchttemperatuur. Om uitvloeiing in de zomer te voorkomen, moet het verwekingspunt van asfaltmaterialen voor algemene dakbedekking hoger zijn dan de maximale temperatuur van het dak in een regio van 20 ℃ tot 25 ℃. U kunt dan kiezen voor asfalt van klasse 10 of 30. Bijvoorbeeld, in Wuhan en Changsha is de temperatuur van asfaltdaken ongeveer 68 ℃. Het verwekingspunt van het asfalt moet dan rond de 90 ℃ liggen, omdat het in de zomer bij lage temperaturen gemakkelijk kan uitvloeien. Het verwekingspunt mag echter niet te hoog zijn, anders wordt het in de winter bij lage temperaturen hard en broos en kan het zelfs scheuren. Voor delen die minder gevoelig zijn voor temperatuurschommelingen, of voor gebieden met lagere temperaturen, zoals ondergrondse waterdichtings- of dampremmende lagen, kan een asfalt van een hogere klasse worden gekozen, zoals asfalt van klasse 60 of 100. De keuze van het asfalt is dus afhankelijk van de regio, de projectomgeving en de specifieke eisen.

(3) Gewoon petroleumasfalt. Gewoon petroleumasfalt bevat tot wel 20% tot 30% was. Wanneer de temperatuur van het asfalt het verwekingspunt bereikt, kan er gemakkelijk vloeien optreden. De indringing van paraffine in het asfalt vermindert bovendien de hittebestendigheid en de hechtkracht van de asfaltlaag. Daarom is het gebruik van gewoon petroleumasfalt in dit soort projecten over het algemeen niet aan te raden.

Steenkoolasfalt

Steenkoolasfalt is een product van de destillatie van steenkool (steenkoolteer) dat wordt verkregen door herverwerking. Afhankelijk van de toepassing en de projectvereisten kan het, op basis van de consistentie, worden onderverdeeld in twee categorieën: zacht steenkoolasfalt (vloeibaar, halfvast) en hard steenkoolasfalt (vast).

Steenkoolasfalt bestaat uit aromatische koolwaterstoffen en hun zuurstof-, zwavel- en koolstofderivaten. De belangrijkste elementen zijn C, H, O, S en N. De elementaire samenstelling van steenkoolasfalt wordt gekenmerkt door een veel hogere "koolwaterstofverhouding" dan die van petroleumasfalt. De chemische samenstelling van steenkoolasfalt kan op vergelijkbare wijze worden geanalyseerd als die van petroleumasfalt en kan worden onderverdeeld in vijf componenten: olie, zachte hars, harde hars, vrije koolstof C1 en vrije koolstof C2. De olie bevat naftaleen, antraceen, fenol en andere gevaarlijke stoffen, waardoor het gehalte ervan beperkt moet worden.

Steenkoolasfalt en petroleumasfalt verschillen in technische eigenschappen op de volgende punten: lagere temperatuurstabiliteit; betere hechting met minerale aggregaten; slechte klimaatstabiliteit en snelle veroudering; corrosiebestendigheid, waardoor het geschikt is voor de anticorrosiebehandeling van hout en andere oppervlakken. De technische parameters van steenkoolasfalt omvatten hoofdzakelijk: viscositeit, destillatietest, watergehalte, gehalte aan tolueenonoplosbare stoffen, naftaleengehalte, fenolgehalte, enzovoort. De viscositeit van steenkoolasfalt is de belangrijkste indicator voor de kwaliteit ervan en wordt, net als bij petroleumasfalt, op basis van de testmethode ingedeeld in steenkoolasfaltkwaliteiten.

De belangrijkste technische eigenschappen van steenkoolasfalt zijn minder goed dan die van petroleumasfalt, waardoor het minder vaak wordt gebruikt in bouwprojecten. De corrosiebestendigheid is echter goed, waardoor het geschikt is als waterdichtingslaag onder de grond of als corrosiewerend materiaal.

Gemodificeerd asfalt

Moderne civiele techniek vereist niet alleen asfalt met betere prestaties, maar ook met een langere levensduur. Asfalt is echter onderhevig aan veroudering door omgevingsinvloeden. Door middel van diverse technische maatregelen worden aan traditioneel asfalt andere materialen toegevoegd om de prestaties verder te verbeteren. Dit staat bekend als gemodificeerd asfalt. Het doel van modificatie is het verbeteren van de reologische eigenschappen van het asfalt, het verlengen van de duurzaamheid en het verbeteren van de hechting tussen asfalt en aggregaten. Bij toepassingen in waterdichtingsprojecten is het belangrijkste doel van modificatie de eerste twee punten.

Manier om de reologische eigenschappen van asfalt te verbeteren

De reologische eigenschappen van asfalt kunnen op vele manieren worden verbeterd; het modificatie-effect is beter met de volgende soorten modificatoren:

(1) harsmodificatoren

Voor asfaltmodificatie wordt voornamelijk thermoplastische hars gebruikt, zoals polyethyleen (PE), polypropyleen (PP), atactisch polypropyleen (APP), fenolharsen en natuurlijke hars. Deze harsen kunnen de viscositeit van asfalt verbeteren, de stabiliteit bij hoge temperaturen verhogen en de taaiheid van het asfalt vergroten; de verbetering van de prestaties bij lage temperaturen is echter niet显著.

(2) rubbermodificator

Rubber is een belangrijk toevoegingsmiddel voor asfalt. Asfalt en asfalt hebben een goede mengbaarheid en kunnen met rubber gemodificeerd asfalt veel voordelen bieden, zoals geringe vervorming bij hoge temperaturen en flexibiliteit bij lage temperaturen. Veelgebruikte rubbergemodificeerde asfaltsoorten zijn onder andere: chloropreenrubber, butylrubber, gerecycled rubber en styreen-butadieenrubber. Styreen-butadieenrubber-gemodificeerd asfalt presteert bijzonder goed en kan de elasticiteit, rekbaarheid, stabiliteit bij hoge temperaturen, flexibiliteit bij lage temperaturen, vermoeiingsweerstand en verouderingsbestendigheid van asfalt aanzienlijk verbeteren. Het wordt met name gebruikt voor de productie van waterdichte roldakbedekking of waterdichte coatings.

(3) rubber- en harsmengselmodificatoren

Tegelijkertijd met de toevoeging van rubber en hars om de eigenschappen van asfalt te verbeteren, kan asfalt zowel de eigenschappen van rubber als hars combineren, tegen lagere kosten. Afhankelijk van de bereiding, het gebruik van verschillende grondstoffen, de verhoudingen en het productieproces, kunnen er veel verschillende producten met uiteenlopende eigenschappen worden verkregen, voornamelijk in de vorm van rollen, platen en afdichtingsmaterialen.

(4) microvullermodificatoren

Om de hechtende eigenschappen en hittebestendigheid van asfalt te verbeteren en de temperatuurgevoeligheid ervan te verminderen, wordt meestal een bepaalde hoeveelheid minerale microvullers toegevoegd. Veelgebruikte vulstoffen zijn vliegas, vulkanische as, schaliepoeder, talkpoeder, kalkpoeder, micapoeder, diatomeeën en dergelijke.

(5) vezelmodificatoren

Asfalt dat gemengd is met diverse vezelmaterialen kan een aanzienlijk hogere temperatuurstabiliteit bereiken, terwijl de treksterkte bij lage temperaturen toeneemt. Veelgebruikte vezelmaterialen zijn: diverse synthetische vezels (zoals polyethyleenvezels en polyestervezels) en minerale asbestvezels.

Manieren om de duurzaamheid van asfalt te verlengen

Momenteel worden voor het verbeteren van de duurzaamheid van asfalt voornamelijk duurdere chemische additieven toegevoegd, zoals antioxidanten. Het gebruik van antioxidanten moet echter wel worden onderzocht op hun effectiviteit. De meest effectieve additieven om de duurzaamheid van asfalt te verbeteren zijn momenteel roet, een speciaal additieventype. Door roet toe te voegen aan asfalt kan "roetgemodificeerd asfalt" worden geformuleerd.