超硬質(zhì)瀝青可用于生產(chǎn)特種瀝青改性劑、瀝青混合料、抗車轍劑,也可用于其他對(duì)高溫性能要求較高的領(lǐng)域 在前不久召開的第二屆交通運(yùn)輸研究大會(huì)(TRC)上,神華集團(tuán)北京低碳清潔能源研究所(以下簡(jiǎn)稱神華低碳所)介紹了用煤直接液化瀝青生產(chǎn)的超硬質(zhì)瀝青及其性能。 由煤直接液化瀝青制成,更硬、高溫性能更好 北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院教授季節(jié)參與了超硬質(zhì)瀝青的研發(fā)工作。據(jù)季節(jié)介紹,研發(fā)超硬質(zhì)瀝青的初衷,一方面是為了解決以往瀝青路面車轍病害嚴(yán)重的問題,另一方面是為了用好煤直接液化瀝青。車轍是瀝青混凝土路面特有的一種破壞形式,會(huì)使路面性能降低,是導(dǎo)致路面損害最主要的原因之一。 據(jù)神華低碳所超硬質(zhì)瀝青項(xiàng)目組成員張勝振介紹,目前,瀝青的來源主要有三種。一是石油經(jīng)蒸餾后得到的石油瀝青,經(jīng)過硬質(zhì)化處理后可以得到硬質(zhì)瀝青。二是自然界中存在的天然瀝青,主要有湖瀝青和巖瀝青,直接開采即可獲得。三是由煤經(jīng)高溫?zé)崃呀夥磻?yīng)、蒸餾后獲得的煤焦油瀝青。 神華低碳所研發(fā)的超硬質(zhì)瀝青由煤直接液化瀝青制成。雖然都是由煤而來,但其工藝流程與傳統(tǒng)的煤焦油瀝青不同。煤焦油瀝青中含有的不飽和環(huán)烴茚、苊等有毒物質(zhì),制約了其使用,超硬質(zhì)瀝青的揮發(fā)物多為無毒的半飽和烴。 在煤直接液化過程中,煤加氫催化進(jìn)行清潔化反應(yīng),經(jīng)過蒸餾、精制,一部分制成石腦油、汽油、煤油、柴油等產(chǎn)品,另一部分得到直接液化瀝青。直接液化瀝青經(jīng)過物理加工即可得到超硬質(zhì)瀝青。 為什么被稱作超硬質(zhì)瀝青?張勝振表示,目前市面上常用的硬質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)一般在55℃以上,TLA湖瀝青(一種瀝青產(chǎn)品)的軟化點(diǎn)在90℃以上,而超硬質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)為180℃。在瀝青軟硬程度指標(biāo)——針入度(單位為0.1毫米,數(shù)值越小表示越硬)方面,硬質(zhì)瀝青針入度小于25,TLA湖瀝青針入度為0至5,而超硬質(zhì)瀝青則為近0。軟化點(diǎn)和針入度兩項(xiàng)指標(biāo)意味著超硬質(zhì)瀝青比常規(guī)瀝青更硬,有更好的高溫性能。 “超硬質(zhì)瀝青對(duì)提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、減少路面車轍病害的作用明顯。”江蘇一諾路橋工程檢測(cè)公司副總經(jīng)理徐萌說。 綜合各項(xiàng)優(yōu)勢(shì),超硬質(zhì)瀝青可用于生產(chǎn)特種瀝青改性劑、瀝青混合料、抗車轍劑,也可用于其他對(duì)高溫性能要求較高的領(lǐng)域。 更適合我國(guó)南方道路鋪設(shè) 由于比較脆等原因,超硬質(zhì)瀝青比較適合制作改性劑,與石油瀝青混合使用。在現(xiàn)有的工藝下,超硬質(zhì)瀝青與石油瀝青不相容。“就像油和水一樣,成分不同,不相容,在混合使用時(shí)會(huì)分層。”張勝振說。針對(duì)這個(gè)問題,神華低碳所研發(fā)了特定的相容劑和相容軟化技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明,軟化后,超硬質(zhì)瀝青能較好均勻地分散在石油瀝青之中。 同時(shí),由于超硬質(zhì)瀝青中含有約50%的不溶物,其中有15%至20%的無機(jī)固體顆粒,30%至40%的有機(jī)固體顆粒,有機(jī)固體顆粒具有較強(qiáng)的黏性,使得固體顆粒容易團(tuán)聚成大顆粒,不利于使用。為此,神華低碳所將研發(fā)的增韌劑、增柔相容劑與石油瀝青、超硬質(zhì)瀝青按照一定比例混合,利用特有的分散技術(shù),制備出SHA改性瀝青,解決了沉降及存儲(chǔ)穩(wěn)定性問題。 超硬質(zhì)瀝青含有較高比例的硫,這是神華低碳所不得不解決的問題。經(jīng)過努力,神華低碳所研發(fā)出原位微交聯(lián)技術(shù),消耗了硫,并使超硬質(zhì)瀝青的性能變得更好。 據(jù)神華低碳所超硬質(zhì)瀝青項(xiàng)目組成員魏建明介紹,應(yīng)用原位微交聯(lián)技術(shù)可將超硬質(zhì)瀝青制成SHA改性劑;采用特有的相容軟化技術(shù)和剪切混合技術(shù)可將SHA改性劑與石油瀝青、相容劑制成SHA改性瀝青。目前,神華低碳所研發(fā)了兩款SHA改性瀝青產(chǎn)品,一款用SHA-N改性劑制成,一款用SHA-S改性劑制成。利用現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝可將SHA改性瀝青制成道路瀝青,且利用現(xiàn)有的施工技術(shù)即可施工。 2016年8月,SHA-N改性瀝青混合料應(yīng)用于國(guó)家一級(jí)公路G110寧夏麻黃溝至正誼關(guān)橋段試驗(yàn)鋪設(shè)。經(jīng)過260天的測(cè)試,SHA-N改性瀝青混合料鋪設(shè)路段與對(duì)照路段相比,其他指標(biāo)都比較好,但出現(xiàn)了橫向輕微裂縫。據(jù)悉,2016年8月到2017年4月,當(dāng)?shù)氐淖畹蜏囟冗_(dá)-19℃。 “原因是多方面的,可能是產(chǎn)品本身的低溫柔性差,無法承受-20℃的溫度變化。”魏建明說,“目前,我們正在進(jìn)行SHA-N改性劑不同配方的-10℃到-45℃下的低溫性能測(cè)試,優(yōu)化配方,提高其耐低溫性能。” 而在南方鋪設(shè)的試驗(yàn)路段,則體現(xiàn)出了用超硬質(zhì)瀝青生產(chǎn)的改性瀝青的優(yōu)越性能。南方無極端低溫天氣,溫度普遍較高,能比較好地發(fā)揮出超硬質(zhì)瀝青高溫性能好的優(yōu)點(diǎn),并且避開低溫柔性差的缺點(diǎn)。 2016年12月,神華低碳所在G69重慶南川至貴州路段,用SHA-S改性瀝青混合料鋪筑了一段900米的試驗(yàn)段,這是首次將SHA改性瀝青用于高速公路。 G69試驗(yàn)段路面通車半年后,各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求,且路面無車轍、無裂縫。 |
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