硅藻土改性瀝青的技術發展與產品的轉型和升級換代

于 漧，陳雅文，汪德元，張瓊風，張松林

（1.云南模迪菲科技產業有限公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大學材料學院，云南 昆明 650093）

用硅藻土做瀝青改性劑，1982年始于美國，1998年引入中國，1999年在云南省昆明市漕溪寺鋪國內第一條試驗路，全長1.5km。2000年開始在高速公路中應用。截至2012年，已在全國15省市自治區鋪路111條，1700多km，其中高速公路12條，859km，城市道路19條，100多km，均被評為優良工程。特別值得一提的是成功地應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，其低溫開裂比SBR和SBS改性瀝青低60%。

用硅藻土作瀝青改性劑，獲得國家科技部、交通部和云南、湖南、吉林等省交通廳、科技廳立項，并于1999年至2011年間共10次分別在云南、湖南、吉林等省通過專家鑒定。申請發明專利5項，已授權3項。獲得科技進步獎和技術發明獎8次，其中國家科技進步獎1次，云南省科技進步(技術發明)獎4次，昆明市科技進步獎3次。目前已在云南投資6000萬元建成了國內規模最大、科技含量最高，年產2萬t瀝青改性劑的現代化生產線。

1 技術發展與產品轉型和升級換代

我國用硅藻土作瀝青改性劑，經歷了三個大的發展階段。

(1)1998～2006年為第一階段[1-3,6]。

重點是研究硅藻土的提純方法、技術指標和用量對瀝青改性的影響。先后提出“水法提純”和“火法提純”兩種方法。技術指標中，強調硅藻土中SiO2的含量必須在75%以上，Al2O3≤8%，Fe2O3≤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。據此，2003年11月提出了《云南省硅藻土改性瀝青混合料路面設計與施工技術指南》，并在云南省尋甸縣召開了“推廣應用現場會”，先后在大保、昆玉、玉元、元磨、昆石、嵩待等多條高速公路使用。使用結果表明：高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩性、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，施工工藝簡便。此階段的產品為第一代產品，該產品雖然各項指標都有改善，但動穩定度DS達不到交通部2004年發布的(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術規范》[2](以下簡稱《規范》)中改性瀝青應大于2800次/mm的要求，這是它最大的不足。

(2)2007～2009年為第二階段[4]。

針對第一階段中最重要的技術指標DS達不到交通部現行的《規范》要求這一問題，引入了1+1>2的復配理論，開發出第二代產品。先后引入了巖瀝青、廢舊橡膠粉等13種復合材料。試驗結果表明，在硅藻土中復配適量有改性效果的功能材料，對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，基質瀝青DS 975次/mm，單純用硅藻土改性，DS只有1446次/mm，而復合了部分巖瀝青，則達到5986次/mm，復合了部分廢舊橡膠粉，則達到7375次/mm。試驗結果表明，復配是有效果的，比強求硅藻土提純，提高SiO2品位效果還好，而且工藝簡便。

(3)2009～2012年為第三階段[5]。

此階段的重點是優選第二階段的復合配方，從中選出原料來源廣、價格低、性能好、有市場前景的復合配料。通過分析、比較，總結、提煉，又集成創新，研制出第三代產品“人工合成湖瀝青”和“環保型混合瀝青”及“溫拌型混合瀝青”3種新產品。2012年提出“人工合成湖瀝青改性瀝青混合料路用施工工法”。

上述三個階段，第一階段的第一代產品為原始創新，核心技術是用純硅藻土對瀝青改性。第二階段的第二代產品為繼承創新，核心技術是引入了1+1>2的復配理論，在純硅藻土中復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檔次，各項技術指標達到交通部現行的《規范》對改性瀝青的要求。第三階段的第三代產品為集成創新，核心技術是既有技術上的先進性，又有經濟及市場的可行性，重點是可持續發展。

試驗和應用研究都證明，三個發展階段開發的三代產品是硅藻土改性瀝青的三次大的飛躍和創新，第一代、第二代、第三代產品，各項指標及改性效果對比見表1。各項改性效果數據表明，硅藻土改性瀝青三代產品一代優于一代，其各項路用技術指標對比見表2。

表1 硅藻土改性瀝青三代產品改性效果對比

表2 硅藻土改性瀝青混合料三代產品路用技術指標對比

2 改性效果對比

為了正確認識和評價硅藻土改性瀝青，現以云南蒙新高速公路所使用的法國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作如下對比(表3)。

表3 硅藻土瀝青改性劑第三代產品與其他5種瀝青改性劑各種路用性能對比

從表3的測試結果對比中可以看出，硅藻土瀝青改性劑第三代產品的各項路用性能技術指標，都達到國內外應用比較廣泛的幾種瀝青改性劑的水平，因而有廣闊的市場應用前景。

3 經驗教訓

(1)硅藻土改性瀝青引入國內后，耗費了大量人力、物力和財力。涉足的人之多、試驗項目之多、研究面之廣、研究程度之深，是許多科研項目無法比擬的，但它卻不是一帆風順的，經歷了“肯定—否定—再肯定”的艱難歷程。1998年研制成功的第一代產品，2000年開始在高速公路上應用，2003年達到高潮，產品出現供不應求的局面，于是有的生產廠家，把未經提純的原土當精土出售，結果使某高速公路通車后便出現車轍，不得不重新修復，損失數億元，于是便出現了“誰用誰負責”的相關文件，幾個生產廠因此而倒閉。后經廣大科研工作者潛心研究、分析，認為“某高速公路出現的問題，內因是主要的，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，并發出“進一步推廣硅藻土改性瀝青”的相關文件。這對于硅藻土改性瀝青的推廣應用產生了極為惡劣的影響，教訓十分深刻，至今負面影響還沒有完全消除。

(2)在研發初期，所做的動穩定度試驗，由于級配不合理和試驗經驗不足，測得的動穩定度DS普遍偏低，例如2001年測得的茂名90#瀝青，DS 181.5次/mm，硅藻土改性瀝青DS 267.9次/mm，無代表性。

4 結語

硅藻土改性瀝青自1998年引入我國后，歷經14年的研究，證明它是一種性價比高、改性效果好的優質瀝青改性劑。它經歷原始創新，開發出第一代產品；經歷了繼承創新，開發出第二代產品；經歷了集成創新，開發出第三代產品。試驗和應用結果都證明，產品一代比一代好，其中第三代產品的典型代表“人工合成湖瀝青”，各項路用性能技術指標均達到北美洲TLA湖瀝青的水平，且用量比TLA湖瀝青少，售價比TLA湖瀝青低，已于2011年12月通過專家鑒定，擁有廣闊的市場前景。

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

[2]中華人民共和國交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范[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用[C].第十三屆全國石油瀝青技術交流會論文,2012:159-165.

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

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

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