硅藻土改性瀝青的技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型和升級(jí)換代

于 漧，陳雅文，汪德元，張瓊風(fēng)，張松林

（1.云南模迪菲科技產(chǎn)業(yè)有限公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學(xué)材料學(xué)院，云南 昆明 650093）

用硅藻土做瀝青改性劑，1982年始于美國(guó)，1998年引入中國(guó)，1999年在云南省昆明市漕溪寺鋪國(guó)內(nèi)第一條試驗(yàn)路，全長(zhǎng)1.5km。2000年開(kāi)始在高速公路中應(yīng)用。截至2012年，已在全國(guó)15省市自治區(qū)鋪路111條，1700多km，其中高速公路12條，859km，城市道路19條，100多km，均被評(píng)為優(yōu)良工程。特別值得一提的是成功地應(yīng)用在氣候條件極為惡劣，要求條件極為苛刻的青藏公路和哈同高速公路，其低溫開(kāi)裂比SBR和SBS改性瀝青低60%。

用硅藻土作瀝青改性劑，獲得國(guó)家科技部、交通部和云南、湖南、吉林等省交通廳、科技廳立項(xiàng)，并于1999年至2011年間共10次分別在云南、湖南、吉林等省通過(guò)專(zhuān)家鑒定。申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)，已授權(quán)3項(xiàng)。獲得科技進(jìn)步獎(jiǎng)和技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)8次，其中國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)1次，云南省科技進(jìn)步(技術(shù)發(fā)明)獎(jiǎng)4次，昆明市科技進(jìn)步獎(jiǎng)3次。目前已在云南投資6000萬(wàn)元建成了國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、科技含量最高，年產(chǎn)2萬(wàn)t瀝青改性劑的現(xiàn)代化生產(chǎn)線(xiàn)。

1 技術(shù)發(fā)展與產(chǎn)品轉(zhuǎn)型和升級(jí)換代

我國(guó)用硅藻土作瀝青改性劑，經(jīng)歷了三個(gè)大的發(fā)展階段。

(1)1998～2006年為第一階段[1-3,6]。

重點(diǎn)是研究硅藻土的提純方法、技術(shù)指標(biāo)和用量對(duì)瀝青改性的影響。先后提出“水法提純”和“火法提純”兩種方法。技術(shù)指標(biāo)中，強(qiáng)調(diào)硅藻土中SiO2的含量必須在75%以上，Al2O3≤8%，F(xiàn)e2O3≤3%，MgO≤1.0%，pH值≥7，比表面積≥25m2/g，含水量≤5.0%，硅藻完整性≥60%，用量以13%～15%為宜。據(jù)此，2003年11月提出了《云南省硅藻土改性瀝青混合料路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》，并在云南省尋甸縣召開(kāi)了“推廣應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)會(huì)”，先后在大保、昆玉、玉元、元磨、昆石、嵩待等多條高速公路使用。使用結(jié)果表明：高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)性、抗老化、抗疲勞等性能，均有一定程度的提高和改善，成本增加不多，施工工藝簡(jiǎn)便。此階段的產(chǎn)品為第一代產(chǎn)品，該產(chǎn)品雖然各項(xiàng)指標(biāo)都有改善，但動(dòng)穩(wěn)定度DS達(dá)不到交通部2004年發(fā)布的(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[2](以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)范》)中改性瀝青應(yīng)大于2800次/mm的要求，這是它最大的不足。

(2)2007～2009年為第二階段[4]。

針對(duì)第一階段中最重要的技術(shù)指標(biāo)DS達(dá)不到交通部現(xiàn)行的《規(guī)范》要求這一問(wèn)題，引入了1+1>2的復(fù)配理論，開(kāi)發(fā)出第二代產(chǎn)品。先后引入了巖瀝青、廢舊橡膠粉等13種復(fù)合材料。試驗(yàn)結(jié)果表明，在硅藻土中復(fù)配適量有改性效果的功能材料，對(duì)提高和改善硅藻土改性瀝青的性能，效果非常明顯。以DS為例，基質(zhì)瀝青DS 975次/mm，單純用硅藻土改性，DS只有1446次/mm，而復(fù)合了部分巖瀝青，則達(dá)到5986次/mm，復(fù)合了部分廢舊橡膠粉，則達(dá)到7375次/mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)配是有效果的，比強(qiáng)求硅藻土提純，提高SiO2品位效果還好，而且工藝簡(jiǎn)便。

(3)2009～2012年為第三階段[5]。

此階段的重點(diǎn)是優(yōu)選第二階段的復(fù)合配方，從中選出原料來(lái)源廣、價(jià)格低、性能好、有市場(chǎng)前景的復(fù)合配料。通過(guò)分析、比較，總結(jié)、提煉，又集成創(chuàng)新，研制出第三代產(chǎn)品“人工合成湖瀝青”和“環(huán)保型混合瀝青”及“溫拌型混合瀝青”3種新產(chǎn)品。2012年提出“人工合成湖瀝青改性瀝青混合料路用施工工法”。

上述三個(gè)階段，第一階段的第一代產(chǎn)品為原始創(chuàng)新，核心技術(shù)是用純硅藻土對(duì)瀝青改性。第二階段的第二代產(chǎn)品為繼承創(chuàng)新，核心技術(shù)是引入了1+1>2的復(fù)配理論，在純硅藻土中復(fù)配有改性效果的功能材料，從而使硅藻土改性瀝青提升了一個(gè)檔次，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到交通部現(xiàn)行的《規(guī)范》對(duì)改性瀝青的要求。第三階段的第三代產(chǎn)品為集成創(chuàng)新，核心技術(shù)是既有技術(shù)上的先進(jìn)性，又有經(jīng)濟(jì)及市場(chǎng)的可行性，重點(diǎn)是可持續(xù)發(fā)展。

試驗(yàn)和應(yīng)用研究都證明，三個(gè)發(fā)展階段開(kāi)發(fā)的三代產(chǎn)品是硅藻土改性瀝青的三次大的飛躍和創(chuàng)新，第一代、第二代、第三代產(chǎn)品，各項(xiàng)指標(biāo)及改性效果對(duì)比見(jiàn)表1。各項(xiàng)改性效果數(shù)據(jù)表明，硅藻土改性瀝青三代產(chǎn)品一代優(yōu)于一代，其各項(xiàng)路用技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 硅藻土改性瀝青三代產(chǎn)品改性效果對(duì)比

表2 硅藻土改性瀝青混合料三代產(chǎn)品路用技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

2 改性效果對(duì)比

為了正確認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)硅藻土改性瀝青，現(xiàn)以云南蒙新高速公路所使用的法國(guó)PR、北美TLA湖瀝青、SEAM和富硯高速公路所使用的廢舊橡膠粉以及楚大高速公路所使用的日本OPAO作如下對(duì)比(表3)。

表3 硅藻土瀝青改性劑第三代產(chǎn)品與其他5種瀝青改性劑各種路用性能對(duì)比

從表3的測(cè)試結(jié)果對(duì)比中可以看出，硅藻土瀝青改性劑第三代產(chǎn)品的各項(xiàng)路用性能技術(shù)指標(biāo)，都達(dá)到國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較廣泛的幾種瀝青改性劑的水平，因而有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

(1)硅藻土改性瀝青引入國(guó)內(nèi)后，耗費(fèi)了大量人力、物力和財(cái)力。涉足的人之多、試驗(yàn)項(xiàng)目之多、研究面之廣、研究程度之深，是許多科研項(xiàng)目無(wú)法比擬的，但它卻不是一帆風(fēng)順的，經(jīng)歷了“肯定—否定—再肯定”的艱難歷程。1998年研制成功的第一代產(chǎn)品，2000年開(kāi)始在高速公路上應(yīng)用，2003年達(dá)到高潮，產(chǎn)品出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，于是有的生產(chǎn)廠(chǎng)家，把未經(jīng)提純的原土當(dāng)精土出售，結(jié)果使某高速公路通車(chē)后便出現(xiàn)車(chē)轍，不得不重新修復(fù)，損失數(shù)億元，于是便出現(xiàn)了“誰(shuí)用誰(shuí)負(fù)責(zé)”的相關(guān)文件，幾個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)因此而倒閉。后經(jīng)廣大科研工作者潛心研究、分析，認(rèn)為“某高速公路出現(xiàn)的問(wèn)題，內(nèi)因是主要的，不能因此而否定硅藻土改性瀝青”，于是2007年再次肯定硅藻土改性瀝青，并發(fā)出“進(jìn)一步推廣硅藻土改性瀝青”的相關(guān)文件。這對(duì)于硅藻土改性瀝青的推廣應(yīng)用產(chǎn)生了極為惡劣的影響，教訓(xùn)十分深刻，至今負(fù)面影響還沒(méi)有完全消除。

(2)在研發(fā)初期，所做的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)，由于級(jí)配不合理和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)不足，測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度DS普遍偏低，例如2001年測(cè)得的茂名90#瀝青，DS 181.5次/mm，硅藻土改性瀝青DS 267.9次/mm，無(wú)代表性。

4 結(jié)語(yǔ)

硅藻土改性瀝青自1998年引入我國(guó)后，歷經(jīng)14年的研究，證明它是一種性?xún)r(jià)比高、改性效果好的優(yōu)質(zhì)瀝青改性劑。它經(jīng)歷原始創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出第一代產(chǎn)品；經(jīng)歷了繼承創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出第二代產(chǎn)品；經(jīng)歷了集成創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出第三代產(chǎn)品。試驗(yàn)和應(yīng)用結(jié)果都證明，產(chǎn)品一代比一代好，其中第三代產(chǎn)品的典型代表“人工合成湖瀝青”，各項(xiàng)路用性能技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到北美洲TLA湖瀝青的水平，且用量比TLA湖瀝青少，售價(jià)比TLA湖瀝青低，已于2011年12月通過(guò)專(zhuān)家鑒定，擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

[1]于漧,吳飛云,侯云建,等.硅改瀝青在我國(guó)的研制和推廣應(yīng)用10年述評(píng)[J].中國(guó)道路瀝青,2009(5):15-23.

[2]中華人民共和國(guó)交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[3]于漧,汪德元.改性瀝青在云南省的推廣應(yīng)用[C].第十三屆全國(guó)石油瀝青技術(shù)交流會(huì)論文,2012:159-165.

[4]于漧,黃帆,王道穎,等.硅藻土在改性瀝青中的應(yīng)用及產(chǎn)品性能研究[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2012(1):42-46.

[5]于漧,汪德元.人工合成湖瀝青的制備方法:中國(guó),102408732A[P].2011-09-28.

[6]張賢康.硅藻土材料對(duì)瀝青混合料性能的影響[D].重慶:重慶交通大學(xué),2008.