焙烧过程中粘结剂的碳化

三禾炭素

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---题记

焙烧的主要目的是使粘结剂转化为粘结焦，将骨料颗粒连接成一个整体。粘结剂焦化的实质是炭化反应。通常，炭素制品使用煤沥青作为粘结剂，其成焦过程是一个综合了分解、环化、芳构化和缩聚等反应的过程。

煤沥青的炭化属于液相炭化，在 350–400°C 温度区间内会形成中间相小球体。这些小球体随着温度升高而融并、长大，最终形成可石墨化炭。然而，粘结剂（即应用于骨料间隙中的煤沥青）的炭化过程与单纯沥青的炭化存在一定差异：

一、骨料活性对碳化的影响：

粘结剂在与骨料表面接触的条件下进行炭化，因此需考虑骨料表面活性的影响。实际上，粘结剂沥青在焙烧过程中的炭化表现出氧化脱氢的特征。

1、 骨料表面在混合前已不同程度地吸附了 O₂、CO 和 CO₂ 等气体。当加热至 300°C 左右时，骨料会对粘结剂中的组分进行有选择的化学吸附，表明骨料具有与粘结剂分子或官能团发生氧化还原反应的活性。

2、石油焦粉与中温沥青混合物（代表骨料-粘结剂体系）的差热分析曲线在 270–300°C 范围内呈现显著的放热峰，而单纯沥青在此温度范围内的峰则非常微弱。这证明在此温度区间内，骨料表面与粘结剂之间发生了放热的化学结合反应。

3、骨料表面吸附的氧和碳氧化物不仅会促进粘结剂分子的脱氢缩聚作用，还会促使骨料表面与粘结剂之间形成交联键，导致沥青提前固化。这些反应会阻碍中间相小球体的生成，从而降低粘结剂焦的石墨化程度。另一方面，这种氧化脱氢缩聚反应的结果是提高了析焦量，并提升了焙烧品的密度和强度。

二、薄膜形态与反应速率：

粘结剂在骨料接触面呈薄膜状分布，因此具有较大的反应面积，导致其热分解和热缩聚反应速度加快，进而影响中间相小球体的融并与长大。

三、骨料受限流动与气体逸出：

粘结剂填满骨料间隙，流动性受到限制。同时，逸出的气体（气泡）会造成液相搅拌不均匀

综上所述，骨料表面活性影响、薄膜形态下的快速反应以及受限流动与气体逸出，共同导致粘结剂焦的石墨化性能逊于骨料焦。