Advance in Special Asphalt

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230040

Chinese Journal of Applied Chemistry ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (7): 951-963.DOI: 10.19894/j.issn.1000-0518.230040

• Review • Previous Articles Next Articles

Advance in Special Asphalt

Xi-Tong LIANG(), Dan GUO, Ren-Qing CHU, Yun WU, Yuan-Yuan ZHANG

SINOPEC Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals Limited Company，Dalian 116045，China

Received:2023-02-28 Accepted:2023-06-23 Published:2023-07-01 Online:2023-07-19
Contact: Xi-Tong LIANG
About author:liangxitong.fshy@sinopec.com
Supported by:
the Development and Application of Bitumen and Other Carbon Materials for Anode Materials of Lithium Ion Batteries Funding(121023)

Abstract

Abstract:

Special asphalt has the characteristics of high added value， specificity of application scenarios and great difficulty in development. The research progress of special asphalt including modified asphalt， impregnating asphalt， coated asphalt， mesophase asphalt and other types of asphalt is reviewed. Researchers should strengthen the application of characterization methods to further clarify the multi-scale variation rules of atoms， molecules and compounds in the production process of asphalt products， so as to regulate the key technological conditions in the development and production process. According to the characteristics of different raw materials， it is suggested to adopt suitable processing technology to produce different kinds of special asphalt， so as to realize the fine and high value-added utilization of asphalt resources.

Key words: Special asphalt, Modified asphalt, Impregnating asphalt, Coated asphalt, Mesophase asphalt

CLC Number:

O625.1

Xi-Tong LIANG, Dan GUO, Ren-Qing CHU, Yun WU, Yuan-Yuan ZHANG. Advance in Special Asphalt[J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2023, 40(7): 951-963.

Figures/Tables 11

References 72

1	谢秋生. 碳-石墨产业链的发展报告［R］. 第十一届国际针状焦及应用市场高峰论坛， 2020.
	XIE Q S. Carbon-graphite industry chain development report［R］. The 11th International Needle Coke and Application Market Summit Forum， 2020.
2	周云辉，谷小虎，林雄超. 煤焦油沥青基炭材料的研究进展［J］. 炭素技术， 2019， 38（2）： 1-5.
	ZHOU Y H， GU X H， LIN X C. Research development of carbon materials from coal tar pitch［J］. Carbon Tech， 2019， 38（2）： 1-5.
3	李海宁，张艳飞，李珊. 2020-2021中国沥青市场年度报告［R］. 卓创资讯， 2021.
	LI H N， ZHANG Y F， LI S. China asphalt market annual report 2020-2021［R］. Zhuochuang Information， 2021.
4	李琳琳. 煤沥青供需分析及小结展望［R］. 百川盈孚， 2019.
	LI L L. Coal asphalt supply and demand analysis and Summary Outlook［R］. Baichuan Yingfu， 2019.
5	孔劲媛，熊国跃，刘挺嵩. 我国沥青市场主要供应商及竞争格局分析［J］. 当代石油化工， 2014， 8： 37-43.
	KONG J Y， XIONG G Y， LIU T S. Analysis on main suppliers and competition pattern of domestic bitumen market［J］. Pet Petrochem Today， 2014， 8： 37-43.
6	吴岳. 减压渣油生产90号氧化沥青试验［J］. 山东化工， 2016， 45（4）： 69-72.
	WU Y. Test of producing No.90 oxidized asphalt from vacuum residue［J］. Shandong Chem Ind， 2016， 45（4）：69-72.
7	徐建国，张冠群，李聪，等. 乙烯焦油制备道路沥青新工艺［J］. 现代化工， 2015， 35（6）： 70-73.
	XU J G， ZHANG G Q， LI C， et al. A novel process of preparing asphalt for road construction from ethylene tar［J］. Modern Chem Ind， 2015， 35（6）： 70-73.
8	HU H， WU M. Heavy oil-derived carbon for energy storage applications［J］. J Mater Chem A， 2020， 8（15）： 7066-7082.
9	HE L， LIN F， LI X， et al. Interfacial sciences in unconventional petroleum production： from fundamentals to applications［J］. Chem Soc Rev， 2015， 44（15）： 5446-5494.
10	任秀娟. 改质沥青新工艺技术研究与应用［J］. 化学工程与装备， 2022， 4： 39-40.
	REN X J. Research and application of new process technology of modified asphalt［J］. Chem Eng Equip， 2022， 4： 39-40.
11	曹雪燕，张鲁斌，图雅，等. 提高改质沥青合格率的措施［J］. 包钢科技， 2020， 46（4）： 16-19.
	CAO X Y， ZHANG L B， TU Y， et al. Measures for improving qualification rate of modified pitch［J］. Sci Tech Baotou Steel， 2020，46（4）： 16-19.
12	刘君红，曹雪燕，张鲁斌，等. 釜式热缩聚工艺生产改质沥青存在的问题及对策［J］. 四川化工， 2022， 25（4）： 32-35.
	LIU J H，CAO X Y， ZHANG L B， et al. The problem of modified bitumen in the Kettle-type heat shrink process and countermeasure［J］. Sichuan Chem Ind， 202， 25（4）： 32-35.
13	李晓旭，穆春丰，廖志强，等. 管式炉法改质沥青连续生产工艺［J］. 燃料与化工， 2020， 51（1）： 36-38.
	LI X X， MU C F， LIAO Z Q， et al. Continuous production process of modified pitch by tubular furnace method［J］. Fuel Chem Processes， 2020， 51（1）： 36-38.
14	朱玉萍，杨文迪，唐忠斌. 提高改质沥青质量技术研究［J］. 四川冶金， 2019， 41（6）： 50-54.
	ZHU Y P， YANG W D， TANG Z B. Research on improving the quality of modified asphalt［J］. Sichuan Metall， 2019， 41（6）： 50-54.
15	张树福，廖志强，单春华. 改质沥青工艺的选择［J］. 燃料与化工， 2019， 50（4）： 38-40.
	ZHANG S F， LIAO Z Q， SHAN C H. Process selection for modified pitch production［J］. Fuel Chem Processes， 2019， 50（4）： 38-40.
16	徐芹. 焦油改质沥青质量的优化控制与提升［J］. 煤化工， 2020， 48（1）： 70-72.
	XU Q. Optimization control and improvement of coal tar modified asphalt quality［J］. Coal Chem Ind， 2020， 48（1）： 70-72.
17	李琦，乔海燕，韩冬云，等. 中低温煤焦油沥青催化聚合制备改质沥青［J］. 煤炭转化， 2022， 45（2）： 84-92.
	LI Q， QIAO H Y， HAN D Y， et al. Preparation of modified asphalt by catalytic polymerization of medium-low temperature coal tar asphalt［J］. Coal Conver， 2022， 45（2）： 84-92.
18	邵博，孙海权，徐蓬勃，等. 一种管式炉加热中温沥青生产改质沥青的新工艺［J］. 燃料与化工， 2021， 52（4）： 37-38.
	SHAO B， SUN H Q， XU P B， et al. A new process for producing modified pitch from medium temperature pitch heated by tube furnace［J］. Fuel Chem Processes， 2021， 52（4）： 37-38.
19	马成香. 改质沥青存在的质量问题及对策［J］. 燃料与化工， 2019， 50（5）： 40-42.
	MA C X. Quality problems in modified pitch and its countermeasures［J］. Fuel Chem Ind， 2019， 50（5）： 40-42.
20	ZHANG F， HU C. Preparation and properties of high viscosity modified asphalt［J］. Poly Compos， 2017， 38（5）： 936-946.
21	MOUSAVI M， ALDAGARI S， CROCKER M， et al. Iron-rich biochar to adsorb volatile organic compounds emitted from asphalt-surfaced areas［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2023， 11（7）： 2885-2896.
22	ECHEVERRIA M， ABREU C， ECHEVERRÍA C， et al. Spent tyre valorisation： new polymer modified asphalts for steel protection in an aggressive marine environment［J］. RSC Adv， 2015， 5（96）： 76057-76064.
23	PEREZ C， SCHOEGGL F， TAYLOR S， et al. Phase behavior of mixtures of bitumen and n-butane［J］. Energy Fuels， 2019， 33（9）： 8530-8543.
24	MARTIN F， FINI E， BUEHLER M， et al. Molecular asphaltene models based on Clar sextet theory［J］. RSC Adv， 2015， 5（1）： 753-759.
25	臧娜，和凤祥，王海洋，等. 高附加值煤沥青制备及应用研究进展［J］. 辽宁化工， 2021， 50（8）： 1166-1171.
	ZANG N， HE F X， WANG H Y， et al. Research progress on preparation and application of high value-added coal pitch［J］. Liaoning Chem Ind， 2021， 50（8）： 1166-1171.
26	刘国库，胡威威，刘锋杰，等. 利用中间相沥青副产物制备浸渍沥青试验研究［J］. 工业技术， 2020， 11： 66-68.
	LIU G K， HU W W， LIU F J， et al. Experimental study on preparation of impregnated asphalt from mesophase asphalt by-products［J］. Ind Technol， 2020， 11： 66-68.
27	陈文燕，罗来龙. 石油基浸渍沥青的制备综述［J］. 石油炼制与化工， 2007， 38（10）： 50-54.
	CHEN W Y， LUO L L. A review of the preparation of impregnating pitch from petroleum base feedstock［J］. Pet Proces Petrochem， 2007， 38（10）： 50-54.
28	杨云，许祥军，夏剑忠. 浸渍沥青性能的影响因素研究［J］. 上海化工， 2013， 38（12）： 11-13.
	YANG Y， XU X J， XIA J Z.Study on performance influencing factors of impregnating asphalt［J］. Shanghai Chem Ind， 2013， 38（12）： 11-13.
29	黄健，闫慧青，肖玮. 不同沥青包覆球形天然石墨负极材料结构和性能研究［J］. 炭素技术， 2018， 37（2）： 42-47.
	HUANG J， YAN H Q， XIAO W. Study on the structure and properties of spherical natural graphite with different pitch-coating［J］. Carbon Tech， 2018， 37（2）： 42-47.
30	张怀平，吕春祥，李开喜，等. 氧化沥青化学结构及成焦行为的研究［J］. 新型炭材料， 2001， 16（2）： 49-53.
	ZHANG H P， LV C X， LI K X， et al. Chemical structure and carbonization behaviors of air-blown pitches［J］. New Carbon Mater， 2001， 16（2）： 49-53.
31	肖宜华，李荐，王利华. 沥青包覆改性对废旧石墨负极材料结构与电化学性能的影响［J］. 轻金属， 2022， 5： 53-58.
	XIAO Y H， LI J， WANG L H. Effect of asphalt coating modification on structure and electrochemical properties of waste graphite anode materials［J］. Light Met， 2022， 5： 53-58.
32	王永邦，汤嘉伟，乔文明，等. 沥青包覆对天然石墨性能影响研究［J］. 炭素技术， 2023， 42（1）： 29-33.
	WANG Y B， TANG J W， QIAO W M， et al. Influence of pitch coating amount on the properties of natural graphite［J］. Carbon Tech， 2023， 42（1）： 29-33.
33	马晓龙，田志强，王菲，等. 利用煤系软沥青制备包覆沥青的研究［J］. 燃料与化工， 2021， 52（1）： 29-31.
	MA X L， TIAN Z Q， WANG F， et al. Study on the preparation of coated pitch with coal series soft asphalt［J］. Fuel Chem Processes， 2021， 52（1）： 29-31.
34	陈月亮，王佳兵，尹勇勇，等. 包覆沥青的制备方法及市场分析［J］. 化工管理， 2023， 5： 26-29.
	CHEN Y L， WANG J B， YIN Y Y， et al. Preparation methods and market analysis of coating pitch［J］. Chem Enterprise Manage， 2023， 5： 26-29.
35	武云，初人庆. 中间相沥青的应用研究进展［J］. 当代化工， 2020， 49（6）： 1189-1192.
	WU Y， CHU R Q. Research progress in the application of mesophase pitch［J］. Contemp Chem Ind， 2020， 49（6）： 1189-1192.
36	武云，初人庆，郭丹. 中间相沥青的制备方法研究进展［J］. 当代化工， 2020， 49（2）： 418-421.
	WU Y， CHU R Q， GUO D. Research progress in the preparation of mesophase pitch［J］. Contemp Chem Ind， 2020， 49（2）： 418-421.
37	李春霞，徐泽进，乔曼，等. 催化裂化油超临界萃取组分热缩聚生成中间相沥青的定量研究［J］. 石油学报（石油加工）， 2015， 31（1）： 145-152.
	LI C X， XU Z J， QIAO M， et al. Quantitative analysis of mesophase development upon heating of the supercritical fluid extraction of FCC slurry［J］. Acta Petrolei Sin （Pet Process Sect）， 2015， 31（1）： 145-152.
38	LI M， ZHANG Y， YU S， et al. Preparation and characterization of petroleum-based mesophase pitch by thermal condensation with in-process hydrogenation［J］. RSC Adv， 2018， 8（53）： 30230-30238.
39	GE C， YANG H， WANG J， et al. Highly effective utilization of ethylene tar for mesophase development via a molecular fractionation process［J］. RSC Adv， 2016， 6（1）： 796-804.
40	吴丽娟，熊烨，李松涛. 可溶性中间相沥青的研究进展［J］. 山东化工， 2021， 11： 53-54.
	WU L J， XIONG Y， LI S T. Advance in soluble mesophase pitch［J］. Shandong Chem Ind， 2021， 11： 53-54.
41	YU Y， LU Y， CHENG X， et al. Micro-kinetics of pitch polymerization with regards to molecular weight distribution［J］. React Chem Eng， 2022， 7（7）： 1660-1670.
42	ADAMS J， ELWARDANY M， PLANCHE E， et al. Diagnostic techniques for various asphalt refining and modification methods［J］. Energy Fuels， 2019， 33（4）： 2680-2698.
43	XIE S， LI Q， KARKI P， et al. Lignin as renewable and superior asphalt binder modifier［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2017， 5（4）： 2817-2823.
44	PAHLAVAN F， GHOLIPOUR A， ZHOU T， et al. Cleaner asphalt production by suppressing emissions using phenolic compounds［J］. ACS Sustainable Chem Eng， 2023， 11（7）： 2737-2751.
45	YU C， YANG Q. Multiscale interfacial interactions in carbon nanotube-asphalt nanocomposites： implications for asphalt pavement materials［J］. ACS Appl Nano Mater， 2023， 6（9）： 7715-7730.
46	王玉东，孔宪明. 高软化点氧化沥青对改性沥青性质的影响［J］. 石油沥青， 2008， 22（1）： 45-48.
	WANG Y D， KONG X M. Effect of high soft-poingting catalytic oxidation asphalt on properties of asphalt［J］. Pet Asphalt， 2008， 22（1）： 45-48.
47	郭皎河，吴晓颖，傅丽，等. 不同工艺制备的沥青性能研究［J］. 中国胶粘剂， 2020， 29（5）： 284-288.
	GUO J H， WU X Y， FU L， et al， Study on properties of asphalt prepared by different processes［J］. China Adhes， 2020， 29（5）： 284-288.
48	高义. 氧化沥青装置原料的最佳选择［J］. 贵州化工， 2005， 30（5）： 46-47.
	GAO Y. The optimum choice of raw materials for oxidized pitch plant［J］. Guizhou Chem Ind， 2005， 30（5）： 46-47.
49	丁湛，邹鹏，栗培龙. 胶粉在改性沥青中的物化行为分析［J］. 应用化学， 2017， 34（2）： 204-210.
	DING Z， ZOU P， LI P L. Analysis of physical and chemical behavior of crumb rubber in asphalt［J］. Chin J Appl Chem， 2017， 34（2）： 204-210.
50	王金莹，曲江英，李杰兰，等. 二次包覆法制备煤沥青基硅/碳复合物及其锂离子电池性能［J］. 应用化学， 2020， 37（5）：562-569.
	WANG J Y， QU J Y， LI J L， et al. Two-step coating synthesis of silicon/carbon composite based on coal tar pitch and its lithium battery performance［J］. Chin J Appl Chem， 2020， 37 （5）： 562-569.
51	CHOI J，KO S，JEON Y. Preparation of petroleum impregnating pitches from pyrolysis fuel oil using two-step heat treatments［J］. Carbon Lett， 2019， 29： 369-376.
52	XIONG J， MA W， GE M， et al. Preparation of high quality impregnating pitch by new route［J］. Mater Rev Innov， 2014， 18（2）： 924-927.
53	YAO P， CEN J， FANG M， et al. A study on the preparation of pitch-based high-strength columnar activated carbon and mechanism of phenol adsorption from aqueous solution［J］. RSC Adv， 2018， 8（31）： 17558-17568.
54	GAO H， DING L， BAI H， et al. Pitch-based hyper-cross-linked polymers with high performance for gas adsorption［J］. J Mater Chem A， 2016， 4（42）： 16490-16498.
55	ZHAO X， BAI X， YANG W， et al. Fabrication of MnO/C composites utilizing pitch as the soft carbon source for rechargeable Li-ion batteries［J］. 2016， 40（12）： 9986-9992.
56	JALILOV A， RUAN G， HWANG C， et al. Asphalt-derived high surface area activated porous carbons for carbon dioxide capture［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2015， 7（2）： 1376-1382.
57	GUAN T， LI K， ZHAO J， et al. Template-free preparation of layer-stacked hierarchical porous carbons from coal tar pitch for high performance all-solid-state supercapacitors［J］. J Mater Chem A， 2017， 5（30）： 15869-15878.
58	LI Y， HU Y， LI H， et al. A superior low-cost amorphous carbon anode made from pitch and lignin for sodium-ion batteries［J］. J Mater Chem A， 2016， 4（1）： 96-104.
59	ESCAMILLA A， ROLAND A， GIRAUD S， et al. Pitch-based carbon/nano-silicon composite， an efficient anode for Li-ion batteries［J］. RSC Adv， 2019， 9（19）： 10546-10553.
60	YOON H， HINTON Z， HEINZMAN J， et al. The effect of pyrolysis on the chemical， thermal and rheological properties of pitch［J］. Soft Matter， 2021， 17（39）： 8925-8936.
61	ZHANG Y， LIU X， TIAN M， et al. Generation and characterization of coal-based needle coke produced by the co-carbonization of coal liquefaction pitch and anthracene oil［J］. RSC Adv， 2022， 12（40）： 25860-25871.
62	LIU S， SHAN L， LI G， et al. Molecular-based asphalt oxidation reaction mechanism and aging resistance optimization strategies based on quantum chemistry［J］. Mater Design， 2022， 223： 111225.
63	LIANG X， CHEN K， XUE D. A flexible and ultrahigh energy density capacitor via enhancing surface/interface of carbon cloth supported colloids［J］. Adv Energy Mater， 2018， 8（16）： 1703329.
64	XU M， YI J， FENG D， et al. Analysis of adhesive characteristics of asphalt based on atomic force microscopy and molecular dynamics simulation［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 2016， 8（19）： 12393-12403.
65	MOUSAVI M， OLDHAM D， FINI E. Using fundamental material properties to predict the moisture susceptibility of the asphalt binder： polarizability and a moisture-induced shear-thinning index［J］. ACS Appl Bio Mater， 2020， 3（11）： 7399-7407.
66	LIANG X， XUE D. Ce（OH）₃ as a novel negative electrode material for supercapacitors［J］. Nanotechnology， 2020， 31（37）： 374003.
67	LIANG X， XUE D. Electronegativity principles in metal oxides based supercapacitors［J］. Nanotechnology， 2020， 31（7）： 074001.
68	LIU F， WANG Q， ZHANG X. Investigation of asphalt oxidation kinetics aging mechanism using molecular dynamic simulation［J］. Construc Build Mater， 2023， 377： 131159.
69	XIAO J， ZHANG J， ZHANG H， et al. Preparation and characterization of organic red mud and its application in asphalt modification［J］. Construc Build Mater， 2023， 367： 130269.
70	XU R， YI Z， SONG M， et al. Boosting sodium storage performance of hard carbons by regulating oxygen functionalities of the cross-linked asphalt precursor［J］. Carbon， 2023， 206： 94-104.
71	CAO W. The molecular mechanisms of plasticizers in rejuvenating oxidized asphalt： a preliminary study［J］. Mater Design， 2023， 226： 111677.
72	石雪建，刘万强，王春丽，等. 钾离子电池用Sb基负极材料研究进展［J］. 应用化学， 2023， 40（2）： 210-228.
	SHI X J， LIU W Q， WANG C L， et al. Research progress of sb-based anode materials for potassium ion batteries［J］. Chin J Appl Chem， 2023， 40（2）： 210-228.

Standard	I Grade	II Grade
Softening point/℃	100~115	100~120
Toluene insoluble/%	28~34	≥26
Quinoline insoluble/%	8~14	6~15
β resin/%	≥18	≥16
Coking value/%	≥54	≥50
Ash content/%	≤0.3	≤0.3
Water content /%	≤5	≤5

Standard	I Grade	II Grade
Softening point/℃	100~115	100~120
Toluene insoluble/%	28~34	≥26
Quinoline insoluble/%	8~14	6~15
β resin/%	≥18	≥16
Coking value/%	≥54	≥50
Ash content/%	≤0.3	≤0.3
Water content /%	≤5	≤5

Manufacturers	Softening point/℃	Quinoline insoluble content/%	Toluene insoluble content/%	Fixed carbon content/%	Ash content/%	Density/（g·cm^-3）
Nippon steel	86	0.1	14.8	51	0.05	—
Sumitomo	108	<0.1	14	48	<0.1	1.23
Mitsubishi heavy industries	80	0.01～0.02	15~17	50~52	0.01	1.29
1#-GB/T 35074-2018	80~95	≤0.5	≥8.0	—	≤0.05	—
2#-GB/T 35074-2018	80~95	≤1.0	≥9.0	—	≤0.1	—
3#-GB/T 35074-2018	80~95	≤3.0	≥10.0	—	≤0.2	—

Manufacturers	Softening point/℃	Quinoline insoluble content/%	Toluene insoluble content/%	Fixed carbon content/%	Ash content/%	Density/（g·cm^-3）
Nippon steel	86	0.1	14.8	51	0.05	—
Sumitomo	108	<0.1	14	48	<0.1	1.23
Mitsubishi heavy industries	80	0.01～0.02	15~17	50~52	0.01	1.29
1#-GB/T 35074-2018	80~95	≤0.5	≥8.0	—	≤0.05	—
2#-GB/T 35074-2018	80~95	≤1.0	≥9.0	—	≤0.1	—
3#-GB/T 35074-2018	80~95	≤3.0	≥10.0	—	≤0.2	—

Product standard	Softening point/℃	Coking value/%	Quinoline insoluble/%	Ash content/%
Low temperature coated asphalt	110≤SP<170	25~49.9	≤0.5	≤0.08
Medium temperature coated asphalt	170≤SP<220	50.0~63.0	≤0.5	≤0.08
Medium and high temperature coated asphalt	220≤SP<270	63.1~73.9	≤0.5	≤0.08
High temperature coated asphalt	270≤SP<280	74.0~80.0	≤0.5	≤0.08

Advance in Special Asphalt

RichHTML

PDF

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 11

References 72

Related Articles 2

Recommended Articles

Metrics

Comments

Manufacturers	Softening point/℃	Quinoline insoluble content/%	Toluene insoluble content/%	Coking value/%	Ash content/%
Grade I	100~115	8~14	28~34	≥54	≤0.3
Grade II	100~120	6~15	26	≥50	≤0.3
Angang asphalt	105~125	5~15	＞25	46~65	<0.3
Kaifeng carbon plant	103~107	12~15	28~31	＞57	<0.3
Rutgers Germany	80~90	6~14	25~36	＞50	<0.3
Mitsubishi Corporation of Japan	90~115	8~14	31~38	＞52	<0.3
Great Lakes Corporation of America	102	13.2	27	—	<0.3

[1]	DING Zhan, ZOU Peng, LI Peilong. Analysis of Physical and Chemical Behavior of Crumb Rubber in Asphalt [J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2017, 34(2): 204-210.
[2]	FENG Xiaojiao1, GUO Zhi′an1*, WANG Pei1, WANG Liqin2. Determination of the Content of Styrene-Butadiene Rubber in modified Asphalt using High Performance Liquid Chromatorraphy [J]. Chinese Journal of Applied Chemistry, 2012, 29(03): 364-366.