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中国沥青材料发展史
来源:admin    发布日期:2020-03-24    点击次数:788次

       回顾我国沥青路面的发展史,可以说路面材料的变革和进步促进了路面结构的技术进步。

      在五、六十年代,我国的公路主要是砂石路,砂石料和粘土是最基本的路面材料。粘土作为路面结合料决定了路面必然是晴天扬土,雨天泥泞,不能全天候通车。

在60年代,大庆原油的开发,渣油作为结合料代替了粘土。同时,石灰土材料得到了广泛的研究和应用。在这个阶段,石灰土基层加渣油表处成了最主要的路面结构形式。

在七八十年代,胜利油田孤岛原油生产的道路沥青作为结合料与渣油相比有了大幅度的提高,同时沥青碎石结构、贯入式路面或上拌下贯式路面得到了发展,基层的石灰土已经考虑掺加碎石,碎石灰土成了公路干线的主要路面材料和结构。

沥青碎石路面

灌入式路面

80年代中期,以京津唐高速公路建设为契机,我国开始进入了高等级公路建设的新时期,我国稠油资源的开发为生产符合要求的重交通道路沥青创造了条件。沥青混凝土路面成为高等级公路工程崭新的结构形式。国家“七、五”,“八、五”科技攻关,对沥青路面材料、结构、施工工艺、质量控制的研究得到了前所未有的深入,一系列先进的施工机械开始引入国内,施工技术规范和各种试验规程得到了全面修订,沥青路面的整体水平得到了很大的提高,开始走向世界的前列。

京津唐高速

京津塘高速公路是中国七五至八五期间重点交通建设项目,也是第一条经国务院批准并部分利用世界银行贷款按国际项目管理模式组织建设的跨省、市高速公路。早在1972年至1977年,建设项目由交通部调研规划,1982年提出可行性研究报告,1983年上报国家计委立项,1984年1月7日经国务院批准实施,1985年完成施工图设计于1987年12月动工,1990年9月北京至天津杨村段建成通车,1991年12月杨村至宜兴埠段建成通车,1993年9月25日全线贯通。北京段限速90时速公里,北京以外全线限速时速110公里,为收费公路。

京津塘高速公路

京津塘高速公路历经科研、勘测、设计单位10余年的技术准备精心设计,先后6次进行大规模现场勘察,并完成大量科学实验和专题研究工作。在项目实施过程中,研究完成12项关键技术和理论成果,包括高速公路项目管理技术、勘察设计技术、工程实施技术和工程监理技术等。项目建设按国际竞争招报,实行施工监理制度,严格遵守国际咨询工程师联合法制定的合同条款进行组织、施工和管理。全部工程于1995年8月4日通过国家验收,国家验收委员会认定工程总体水平达到国内领先和当代国际先进水平。京津塘高速公路1993年交通部授予改革开放以来中国十大工程公路;1994年被建设部评为改革开放以来对国内外有重大影响的中国最佳的工程而且特奖;1995年被较部评为公路优质工程一等奖;1996年获中国建筑工程鲁班和交通部科学技术进步特等奖;1997年获国家科学技术进步一等奖。

京津塘高速公路是中国国内第一条利用世界银行贷款,按照国际标准兴建的现代化交通工程。系双向四车道,全封闭,全立交的高等级公路。它的全线竣工,打开了首都直达天津港口的快速通道,汽车单程只需一个半小时。它与北京机场天津机场又构成“海陆空”完整的交通体系。

现在,我国的公路建设又进入了一个新的时期,严酷的交通环境对沥青路面提出了更高的要求,对沥青和集料都提出了更高的要求,开始采用改性沥青,沥青混合料采用沥青马蹄脂碎石混合料(SMA等)。

沥青玛蹄脂路面(SMA)SMA是一种全新意义上的沥青混合料,它是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料,接近于我国的沥青碎石混合料的空隙中用丰富的沥青玛蹄脂填充的情况。SMA——沥青玛蹄脂碎石混合料,即是StoneMatrixAsphalt(或StoneMasticAs—phalt)之缩写。

(一)SMA的组织构成特点

1.SMA是一种间断级配的沥青混合料。混合料中4.75mm以上的粗集料的比例高达70%~80%,其中9.5mm以上的占一半,矿粉的用量达8%—13%,0.075mm筛的通过率一般高达10%。由于是间断级配,很少使用细集料。

2.为加入较多的沥青,另一方面增加矿粉用量,同时使用纤维作为稳定剂,通常采用木质素纤维,用量为沥青混合料的0.3%,也可采用矿物纤维,用量为混合料的0.4%。

3.沥青结合料用量多,比普通混合料要高l%以上,黏结性要求高,需要选用针入度小,软化点高,温度稳定性好的沥青。最好采用改性沥青,以改善高低温变形性能及与矿料的黏附性。

4.SMA的配合比不能完全依靠马歇尔配合比设计方法,主要由体积指标确定,马歇尔试件成型双面击实50次,目标空隙率2%~4%,稳定度和流值不是主要指标,沥青用量还可参考高温析漏试验确定。车辙试验是重要的设计手段。

5.SMA的材料要求:粗集料必须特别坚硬、表面粗糙,针片状颗粒少,以便嵌挤良好;细集料一般不用天然砂,宜采用坚硬的人工砂;矿粉必须是磨细石灰石粉,最好不使用回收粉尘。

6.SMA的施工与普通沥青混凝土相比,拌和时间要适当延长,施工温度要提高,压实不得采用轮胎碾。综合SMA混合料的特点,可以归纳为三多一少:粗集料多、矿粉多、沥青结合料多、细集料少。掺纤维增强剂,材料要求高,使用性能全面提高。

(二)SMA沥青路面的主要功能特点

1.抗滑能力(安全性)除了集料品种外,SMA的构造深度取决于粗集料尺寸和玛蹄脂的填充程度,集料尺寸越大,构造深度也越大,对SMA一16这样的大粒径材料,构造深度可达1.5—2.0ram,它可以满足高速交通和低速交通的需要。有的国家担心SMA在铺筑初期,由于SMA的沥青膜较厚,会影响抗滑性能,所以在表面撒一些0~10ram人工砂或1~3mm的预涂沥青的破碎砂(用量约0.6~0.9kg/㎡),直至表面的沥青膜被磨掉。为了保证抗滑性能,要特别注意防止玛蹄脂过量和通车后逐步泛油使构造深度丧失。

2.平整度平整度分横向和纵向,横向平整度包括车辙。SMA的高温稳定性使路面稳定,具有好的平整度和行车舒适性(纵向平整度更与基层强度有关)。三轴试验表明非改性沥青的SMA的抗变形能力是普通沥青混凝土的1.5~4倍,英国的车辙试验表明60。C的变形速率为1mm/h,小于5mm/h的要求。

3.噪音SMA的噪音减小幅度与对比物的材料结构有关,与采用开槽和拉毛提高抗滑性能后的热压式沥青混凝土(HRA)相比,SMA的噪音要小得多;与构造深度小的沥青混凝土相比,噪音的减小有一定限度,如果表面撒砂,噪音还可能增大。

4.表面耐久性实践证明SMA耐久、耐磨损性非常好,不会发生松散,抵抗温度和交通裂缝性能好。SMA优异的耐久性源于沥青玛蹄脂的不透水性,玛蹄脂内部空隙小,沥青结合料的变形率小。

5.能见度SMA减小车灯光反射,减小水雾,提高路面能见度。归纳SMA的优点,首先是具有良好的表面功能,抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见度好。其次是增加了路面抗变形能力,不透水,使用寿命长,维修养护工作量少。最后是它可以减薄表面层厚度,易于施工和重建,维修重建对交通的影响小。

(三)使用SMA应注意的问题

1.SMA的集料之间的接触力大,石料磨损快,必须使用高质量集料。碾压时要避免过度碾压,防止振动压路机压碎石料。

2.铺装层厚度要合适,在重载路段,层厚通常为集料最大公称粒径的2.2倍(如按此要求,我国SMA一16的合理厚度宜为35mm)。

3.SMA层与下面层之间必须有充分的摩擦,无光滑的滑动面(铺筑应力吸收膜SAMI可以防止滑动)。

4.集料之间不能填充过满,最好使用高黏度的改性沥青或广域沥青。

5.综合考虑施工性能和高温稳定度后选择细集料品种,确定破碎的人工砂的比例。

中国石油

石油沥青的发展历史,代表了我国石油沥青的发展史。

沥青材料发展回顾

原料的局限性,促进了沥青生产技术进步。

原料的变化,促进了标准的升级。

公路交通事业的发展,促进了沥青事业的发展。

代表性原油的性质

原油的分类及经济型加工方案

选择合适的原油,是生产沥青最经济有效的手段;

技术进步,可以在一定程度上改善沥青的性质。

沥青的技术进步-生产技术

中石油沥青技术发展史,代表了我国沥青生产技术进步史;

中石油沥青生产技术,函盖了我国沥青的生产技术。

1984-1988 单家寺稠油重交通道路沥青

1985-1990 克拉玛依稠油生产重交通道路沥青溶剂脱沥青-调和工艺

1992-1996 欢喜岭混合稠油生产重交通道路沥青蒸馏-氧化工艺

1997-1999 Boscan Merey 原油生产重交通道路沥青蒸馏和混炼工艺

沥青的技术进步-基础研究

●比重和蜡含量对沥青性质的影响,国家七五攻关:

研究对象:克拉玛依和单家寺混合油;

溶剂脱沥青--调和工艺(1986-1990)。

●半氧化工艺改善沥青感温性能:

研究对象:欢喜岭混合稠油(1992-1996)。

●沥青化学组成与使用性能的关系:

研究对象:胜利、单家寺、克拉玛依、欢喜岭沥青(1984-1996)。

石油沥青发展回顾

●原料的局限性,促进了沥青生产技术进步

●原料的变化,促进了标准的升级

●公路交通事业的发展,促进了沥青事业的发展

我国道路沥青标准的沿革

中国沥青产品科技进步主要里程碑

1979年,胜利100号获中国科学大会奖。

1984-1986,重交通道路沥青国产化,交通部科技攻关,单家寺稠油沥青,获交通部科技进步一等奖。

1985-1990,重交通道路半刚性基层沥青路面抗滑表层成套技术研究,国家七、五攻关,克拉玛依稠油沥青,获国家科技进步二等奖。

1992-1996,欢喜岭混合稠油生产重交通道路沥青,中石油八、五攻关,获中石油科技进步三等奖。

1997-1999,进口稠油混炼生产重交通道路沥青,中石油九、五攻关,获中石油科技创新二等奖。

公路交通事业的发展,促进了沥青事业的发展

1988年上海至嘉定高速公路建成通车,结束了我国大陆没有高速公路的历史;

1990年,被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车,标志着我国高速公路发展进入了一个新的时代;

1993年京津塘高速公路的建成,使我国拥有了第一条利用世界银行贷款建设的、跨省市的高速公路 ;

从起步到高速公路通车1万公里,用了12年时间,从1万公里到突破2万公里,我国只用了3年时间,从2万公里到4万公里,我国只用了4年时间;

到2005年仅仅18年,中国高速公路的发展走过了许多发达国家一般需要30~ 40年才能走完的路,创造了世界瞩目的中国速度。

沥青发展趋势展望

从标准差距看发展趋势

科研成果的可持续性

沥青路面再生

施工工艺创新需要的材料变化

路面维护材料

从国家公路建设规划看发展趋势

将覆盖10多亿人口,直接服务范围东部地区超过90%、中部地区达83%、西部地区近70%,覆盖地区GDP占到全国总量的85%以上,人们将可以直接感受到高速公路运输系统给生产、生活带来的便利;

将实现东部地区平均30分钟上高速,中部地区平均1小时上高速,西部地区平均2小时上高速,从而大大提高全社会的机动性;

连接全国所有的省会城市(含港、澳、台三个特 殊地区)以及目前城镇人口超过20万的大中城市;

连接全国所有重要的交通枢纽城市,包括铁路枢纽50个、航空枢纽67个、公路枢纽140多个和水路枢纽50个;

到2005年,国家高速公路网建成3.9万公里,占 总里程的40%以上;

到2007年,建成4.2万公里,占总里程的近一半,全面完成“五纵七横”国道主干线系统中的高速公路;

到2010年,建成5.5万公里,占总里程的60% ~ 65%。

到2025年,全面完成高速公路网建设。

从行业重点任务看发展趋势

石化行业重点任务:

调整工业布局,形成与区域经济相协调的基本布局;

加强工业结构调整,不断提高国际竞争力;

进一步加强资源的优化配置,提高资源的利用率;

不断提高产品质量,满足国内外市场需求。

重交通道路沥青(满足需求量不断增加):有效利用稠油资源,合理布局产业,生产重交通道路沥青;

改性沥青(什么是改性、什么样的改性沥青好):概念界定,标准科学性和理性,主流技术;

乳化沥青(有效、可控):生产和施工结合,配方和工艺结合,透层油、粘层油、稀浆封层系列主流技术和施工方法。

沥青产品的技术生产任务

公路建设任务:

保障公路巨额国有资产安全和投资效益;

发展循环经济、环境友好和资源节约型交通;

公路产业结构优化升级 。

沥青技术生产任务:

保证质量,降低成本,增加市场份额;

适应路面技术发展需要,引导市场消费;

功能性、专用性产品。

中国石油沥青不同阶段产品

大庆原油生产道路沥青,丙烷脱沥青,锦西炼油厂。

胜利原油生产道路沥青,齐鲁胜利炼油厂。

单家寺稠油沥青,胜华炼油厂(国产化)。

国家七五攻关,克拉玛依沥青(国产化)。

神州第一路,欢喜岭混合稠油重交通道路沥青。

进口稠油混炼生产重交通道路沥青,秦皇岛、江阴、高富、胜华。

小 结

●我国道路沥青实行针入度分级体系,现行标准GB/T15180和SH0522, GB/T15180代表了世界较先进的水平,能够实现对原料和生产工艺的约束;

●我国重交通道路沥青的生产工艺与国外同类产品技术水平相当,从某种意义上讲,我国对沥青的研究较国外更深刻;

●我国改性沥青实验室研究结果达到了国内同类产品先进水平,但生产过程还存在经验不足,生产重复性差等问题,但目前已经有较大的进展。


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