摘 要

通过分析国内外现行硬质沥青技术规范，结合国内应用实际，指出我国现行50号、30号硬质沥青技术标准仍需完善和修订，并对现有规范的私度和延度等指标进行了合理优化以指导硬质沥青生产。在此基础上，采用沙特、科威特、阿曼等中东原油，通过常减压蒸饱和溶剂脱沥青工艺生产出性能优异的低标号硬质沥青，重点对30号沥青及其路用性能进行了研究。研究表明，30号沥青软化点、和度等高温性能突出，SHRP分级达到PG76-16水平，证明30号沥青适用于南方高温多雨地区，可以提高路面使用性能，降低建设和维修成本，为我国高等级路面使用硬质沥青提供了参考依据沥青网sinoasphalt.com。

关键词

硬质沥青 | 高湿性能 | 低温性能 | SHRP分级

硬质沥青因其具有针人度小、软化点高的特点，被用来提高沥青混凝土的模量和高温抗变形能力。国外硬质沥青又称为高模量沥青、低标号沥青，使用硬质沥青最广泛的国家是法国。从1980年开始，法国开始采用硬质沥青开发并应用高模量沥青混合料技术来提高沥青路面抗车辙能力、减薄路面结构层厚度和提高路面耐久性，每年高模量沥青混合料用量约500~700x10^4t。在法国成功应用的基础上，采用硬质沥青的高模量沥青混合料技术在英国、北非等国家得到大量应用，已成为国外研究的热点之一。

硬质沥青在我国同样具有良好的应用前景。受全球气候变暖、交通量大、货车重载和超载，以及设计和施工标准偏低等因素的综合影响，车辙、拥包和推移等早期高温稳定性病害长期困扰着我国沥青路面。而改性沥青受限于其高成本和生产设施及技术限制，不可能用于所有的道路和路面结构层。与改性沥青相比，硬质沥青成本更具优势。因此，为提高沥青路面抗车辙能力，降低公路建设和维修成本，国内近年来亦越发重视对硬质沥青的研究和应用。

目前，我国的广东、江西和湖南、海南等部分省市沥青路面开始使用50号硬质沥青。相比于当前普遍使用的70号沥青，50号沥青针人度较小，但仍远高于国外所用的硬质沥青标号，仅与国外常规沥青（如60/70、50/70）相当。而国内10号沥青又主要用于建筑防水行业，且受制于氧化工艺生产的能耗和环保要求，目前资源、缺乏。与国外一些发达国家相比，我国硬质沥青在道路方面的研究和应用尚处在起步状态，对其性能认识和研究较少。我国的气候条件和实际路面使用情况与国外亦存在很大的差异（不仅需考虑高温性能、还需考虑水稳定性和低温性能等），因此，尽管硬质沥青在国外的研究和应用领域取得成功，要在我国推广应用硬质沥青，仍应结合我国的具体条件对国产硬质沥青进行全面系统的研究。

另外，我国沥青在生产工艺和油源等方面与国外有所不同，尤其是随着原油的重质化、劣质化和加工量增加，生产沥青已成为一条简单易行、效益较好的工艺技术路线，其中沿海企业以加工中东原油为主的沥青生产原料优势显著，采用减压装置和溶剂脱沥青装置及其调和设施，可灵活生产各种不同针人度分级的沥青产品，沥青产量将继续呈增长趋势。因此，从中国石化自身提高原油加工轻收、完善以重质油加工沥青的技术及产品结构出发，开发生产30号沥青将具有更好技术经济性。

因此，为确保沥青路面质量，对低标号硬质沥青应用性能进行研究，突出高温性能的同时解决沥青常规指标与应用性能的指标平衡性。通过对30号硬质沥青的技术指标、生产工艺等方面开展研究工作，为其应用提供技术依据。

国内外的硬质沥青技术要求汇总比较如表1所示。

对比表1中不同标号的硬质沥青技术要求可知：我国与欧洲的沥青标准对硬质沥青的延度要求差异明显，欧洲对硬质沥青的延度要求不作考虑。导致这种差异的原因可能有两个方面，一是我国过去对硬质沥青的生产经验及性能认识不足，根据过往常规沥青的经验制定了30号沥青的延度要求；二是我国地域广，与欧洲气候差异较大，需要考虑沥青的低温性能。从国内前几年硬质沥青的试验和应用情况来看，常规的沥青生产工艺很难生产满足我国交通部现行标准要求的硬质沥青产品，其中30号沥青10℃和15℃延度均很差、50号沥青10℃延度较低，且衰减较快，工程应用过程中往往检测不合格。我国对延度的过高要求在一定程度上限制了硬质沥青的应用，因此，必须结合实际对当前我国的硬质沥青的标准进行修正，合理优化硬质沥青的技术要求，突出硬质沥青的高温性能，提高黏度要求，合理降低其延度要求，以便更科学地反映硬质沥青的技术特点；在结合当前国内外硬质沥青标准的基础上，对拟开发的30号沥青的技术要求暂定如表2所示，通过一系列的开发和性能研究及试验路验证，确定适宜的技术要求和指标。

工艺选择

硬质沥青针人度低、软化点高，具有优异的高温稳定性能。根据原油性质的差异，通常采用三种工艺生产硬质沥青，即蒸馏法、溶剂脱沥青法和氧化法。

蒸馏法是原油经常减压装置分离出轻组分及部分蜡油组分后余下的减压渣油，经分析符合硬质沥青标准时就可以直接作为硬质沥青产品。溶剂脱沥青法是采用轻烃做溶剂，利用其对渣油中的组分溶解度不同的原理进行分离，从中得到一部分高沸点的含油组分，剩下的部分便是所要的硬质沥青产品。氧化法是在一定的温度下向减压渣油或脱油沥青中吹入空气，使原料在高温和氧气的作用下产生脱氢、氧化、聚合等一系列反应，使其组成和性能发生变化，得到适宜针人度的硬质沥青产品。溶剂脱沥青过程是利用轻烃对渣油中各组分的不同溶解能力将渣油进行分离，得到几乎不含沥青质的脱沥青油与富含胶质和沥青质的脱油沥青，尤其是用不能通过蒸馏法生产合格道路沥青的原油生产高质量道路沥青具有重要作用。因此，根据不同的原油结构和生产装置特点，利用溶剂脱沥青生产硬质沥青，是以减压渣油为主要原料，以丁烷、丙烷为抽提溶剂，采用超临界回收溶剂的工艺，脱油沥青可以生产硬质沥青。研究表明，溶剂脱沥青直接生产道路沥青是指在脱沥青过程中，通过适当调整操作参数，控制脱沥青油收率，使脱油沥青直接满足不同牌号的道路沥青的要求。溶剂脱沥青直接生产道路沥青实质是蒸馏工艺的延伸，将通过蒸馏法不能直接生产沥青的渣油通过适度的脱沥青，可以使其满足道路沥青的要求。相同油种不同工艺生产的硬质沥青性能对比见表3。

从表3数据上看，减渣溶剂脱沥青法工艺生产的硬质沥青高低温性能都比用蒸馏法和氧化法生产的好。因此，工业生产30号沥青采用常减压蒸馏溶剂脱沥青组合工艺生产沥青较为适宜。

选择适宜的原油、采用常减压和溶剂脱沥青工艺生产30号沥青，生产工艺流程如图1。

原油选择

石油沥青的组成和性质差异，归根到底是原油的组成和性质差异［3］，确定道路沥青品质的内在因素是沥青的组成和结构，组成结构合理的道路沥青可以形成稳定的胶体体系。研究表明，沥青是复杂的混合物，它可以再分成同类有相同结构的分子团：饱和烃类、芳香烃类、胶质类、沥青质类，极性芳香族使沥青在环境温度条件下呈粘一弹特性。优质的沥青是以相对分子质量很大的沥青质为中心，芳香分和饱和分构成连续相，使胶质-沥青质胶胞能稳定分散其中，如图2所示。

芳香分对许多高分子烃和非烃类有很强的溶解能力，是沥青质分散介质的主要部分，也是优质沥青不可缺少的部分。由于胶质的极性较强，它具有很好的粘附力。胶质的存在可使沥青具有良好的塑性和粘附性，并能改善沥青的抗脆裂性，提高沥青的延度。沥青质分子量相对较大，对沥青的感温性、防水、防渗漏和耐热性能有正面的影响，且可使沥青在高温时仍有较大的黏度。

原油种类决定了沥青产品的性能，沥青生产主要选择环烷基原油和蜡含量较低的中间基原油或稠油。经过近30a技术研究和生产实践，对近150种原油进行了评价，生产试验证明，含硫中间基原油是理想的沥青生产原料，国际上常用的优质沥青原料为中东原油，包括科威特、沙特中、沙特重、巴士拉、阿曼等原油。表4列出了三种典型的中东原油评价情况。

表4中三种油的组成存在一定差异，再溶剂中的溶解度也各不相同，因此会造成抽提的效果有所差别，从而影响硬质沥青的质量。原料性质中残炭、运动黏度、胶质和沥青质的变化对产品性质有着非常显著的影响［3］。因此在利用减渣经溶脱工艺生产硬质沥青时，产品质量也不尽相同，三种原油的减渣溶脱工艺后都能得到30号沥青，A原油的减压渣油经过溶脱后生产硬质沥青高低温性能相对较好，结果见表5。

对采用A原油经上述工艺得到的30号沥青进行组成质量指标和性能评价。

产品组成和稳定性考察

通过原料、溶剂的选择及操要作参数的优化，经减压蒸馏- 溶脱组合工艺生产的一原30号硬质沥青产品组成见表6，对30号硬质沥青在技一3000m^3储罐中于130-140℃温度保温条件下，周期性考察质量指标，结果见表70。

由表6、7可知，30号沥青组成配伍合理，属于稳定的溶凝胶体系，产品质量指标稳定性较好。

性能评价结果

按交通部沥青路面施工技术规范要求和30号沥青开发目标，对利用减压蒸馏溶脱组合工艺生产的30号硬质沥青进行各项质量指标评价检测数据见表8。

采用美国SHRP规范方法评价30号沥青的高低温性能，表明30号硬质沥青具有合适的低温性能，说明延度不是衡量沥青低温性能的唯一指标，结果如表9所列。

分析检测数据及SHRP评价结果表明，采用减渣经溶脱组合工艺生产的30号硬质沥青，产品质量完全满足指标要求，并且符合欧标铺路沥青规范EN12591的要求，高温等级达到76，达到了常用SBS改性沥青的高温等级，优于常用70号道路石油沥青等。

a）采用科威特、沙特、阿曼原油，通过减压蒸馏溶脱组合工艺，可以生产出优质的30号硬质沥青，其具有软化点、60℃黏度高，高温性能突出的特点，按美国SHRP规范评价综合路用性能等级达到PG76-16水平。

b）我国现行硬质沥青技术规范仍需完善修订，30号硬质沥青高低温性能研究成果为规范修订提供了相关依据。

c）炼厂30号硬质沥青的开发成功，为南方高温多雨地区的中、下面层使用提供了资源，也为夏季炎热地区、重载道路和长大纵坡路段的高等级公路沥青路面建设提供可选择的资源方案。