改性煤沥青推广应用简介

完成单位： 凉山州公路管理局

主研人员：马永泰、张运辉、李兴平、袁立永、杨冕、金发均

获奖情况： 2000年～2001年凉山州科技进步二等奖

一、项目简介

“煤沥青改性研究”系省交通厅下达给凉山州公路管理局 1998 年的科研项目任务，由省交通厅和公路局于 1999 年 12 月 24 日在西昌组织验收结题。

在州委、州政府、州科委的大力支持下，州公路局领导十分重视煤沥青改性科研项目的推广应用，于 2001 年安排在泸盐路西盐段 K17+600 ～ K23+460 处，全长 5860 米，采用改性煤沥青铺筑路面 41744m 2 。

煤沥青是凉山州作为道路路面的重要胶结材料，煤沥青的耐久性差，容易老化韧性较差，对温度的敏感性较大，冬季易脆硬，夏季易软化。路用煤沥青的改性研究为减少油路病害延长使用寿命，降低养护费用提供了一条行之有效的途径。

1、改性煤沥青的性能

煤沥青改性中的改性剂总的来说，它并没有与煤沥青发生化学反映，主要是物理地分散均混吸附，交联。橡胶粉在煤沥青中分散融胀吸入煤沥青的青质油份。使其软化点增高 10 ℃，沥青标准粘度增高 18 秒。达到耐高温抗老化的效果。煤沥青的族组成份与石油道路沥青的族组成份差异较大。煤沥青中的饱和分，芳香分和胶质含量远低于石油道路沥青，而沥青质却高于石油道路沥青，这种差异造成了煤沥青的各项性质远不如石油道路沥青，表现出性脆、粘弹性差等缺点。正是其族组成份上的差异使得煤沥青不易直接作为道路沥青使用。橡胶改性煤沥青与石油道路沥青在族组成份上判别较大，但通过加入橡胶改性使煤沥青与橡胶形成复杂的胶体体系，改变了原煤沥青的塑性和粘弹性，从而使煤沥青的质量发生质变。它比石油道路沥青和未改性的煤沥青铺筑路面后不泛油，而使路面结构层的整体密实增加了强度。

2、改性煤沥青的 生产方式

本着就地取材开发利用地方工业产品的原则，我们选用了西昌攀西橡胶厂生产 40 日废旧橡胶粉作为改性煤沥青的改性剂。拟改性煤沥青重量的 5% 和 0.3% 计算橡胶粉和 420 活发剂的掺配量，在 120 至 130 ℃下进行机械搅拌，使改性剂在煤沥青中分散均匀，提高改性效果。

3、 改性煤沥青的推广应用效果

　盐源县大金河集镇地处金河的二半山中，气温高，气候干燥，冬暖，夏热，就已铺筑的 41744m 2 的改性煤沥青路面。经过超载的大量运矿石的重车行驶观测。橡胶粉增加了煤沥青的柔性和粘附性，改性路面无剥离松散，提高抗滑、抵抗疲劳且能阻碍反射裂缝，改性煤沥青路面在严重超载荷载的通行下未发生永久变形，无泛油现象，使煤沥青某些缺陷得到了改善，达到合格路用煤沥青的技术标准。路用性能深得公路养护部门的好评，取得了良好的社会效益和经济效益。

二、项目详细内容

1、立项背景

随着国民经济的发展，国家对交通运输的需求不断增大。党中央、国务院决定，加快三州公路建设。投资 6 个亿的通县油路工程。也是凉山州公路建设的大好机遇。

凉山彝族自治州地处攀西腹地。从 60 年代开始修建沥青路面至今，已建成沥青路面近 2000 公里。多采用攀钢焦化厂生产的路用煤沥青作为胶结材料。煤沥青是煤焦油经蒸馏切取 380 ℃前的轻组分后留在釜底的残渣，是一种用途十分广泛的有机碳材料。近年来，煤沥青在道路沥青中的应用研究日趋广泛。煤沥青的组成复杂，含有约 282 种化合物，其中多环芳烃达 31 种，已测定的化合物最高分子量为 396 ，相当于具有 15 个苯环的缩合芳烃 [1] 。煤沥青的这种复杂组成导致了其性质的多变性。针对煤沥青的这一特殊性，世界各国的研究学者从石油沥青入手，研究石油道路沥青的组成结构与其质量的关系 [2] ，从而期望从理论和应用两方面建立起煤沥青组成，结构与其产品性质之间的关系，以便指导工艺优化和进一步改进产品质量。

凉山州公路管理局根据煤沥青作为路面胶结材料与石油道路沥青的差异性。拟定了对路用煤沥青改性研究项目，并得到省交通厅科技处和省公路局的大力支持和指导。

在课题组的协作努力下，经不同掺配改性剂的上百次试验后，我们认为煤沥青改性后，橡胶粉增加了煤沥青的柔性和粘附性。对温热地区的沥青路面热稳定性得到了改善，改性煤沥青混合料的马歇尔试验能满足沥青混合料马歇尔试验技术标准的要求。

　课题组在室内试验成熟的条件下，于一九九八年十月在 108 国道 K2830 至 K2832+200 的路段上，采用路面结构材料组合相同。按《公路沥青路面施工技术规范》要求，采用沥青表面处治路面及沥青 贯 入式路面的施工方法铺筑煤沥青改性试验路面 13225m 2 ，与基质煤沥青路面 12075m 2 进行路用性能的对比观察。

试验路经过三个夏季和雨季的行车荷载作用下，改性路面无剥落松散，泛油的现象，由州公路工程质量监督分站试验检测中心派出检测人员进行路面弯沈、路面抗滑、路面渗水的试验检测。试验路在高温气候下不泛油，不剥离松散，路面整体密实，提高抗滑、抵抗疲劳，改性煤沥青路面良好的通行性能得到公路养护部门的好评。由省交通厅和公路局于 1999 年 12 月 24 日在西昌组织验收结题。

　　为了推广改性煤沥青这项科研成果，州交通局、州公路局的领导在安排泸盐路西盐段公路建设计划中，提出了 K17+600 ～ K23+460 处，全长 5860 米，推广改性煤沥青铺筑路面 41744m 2 。

2 、发现、发明及创新点：

（ 1 ）沥青的族组成与其性质之间存在一定的内在联系，可以通过改变族组成含量或改变族组成性能的办法改善煤沥青的性质。

（ 2 ）煤沥青中饱和分，芳香分以及胶质含量较少、不溶物含量较高，经过改性后可以作为道路沥青使用。改性方法可以添加溶剂油以增加芳香分和饱和分的含量，在煤沥青中形成稳定的连续相有利于沥青质和不溶物的分散，添加橡胶粉以增加胶质，添加塑性物质以改善其延展性和塑性等综合性能。

（ 3 ）橡胶粉改性煤沥青经初步老化表明其性质变化规律与石油道路沥青的老化情况类似。改性煤沥青经初期老化后其性质变化趋于稳定。表现出较好的抗老化性能。

（ 4 ）橡胶改性煤沥青工艺简单、可操作性强。路面整体密实，提高了路面强度，提高了抗滑、抗疲劳的路用性能。

（ 5 ）改性沥青对沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性两方面都有较明显提高。

3 、保密要点

改性煤沥青的配伍掺配及其生产工艺

4 、与当前国内外同类研究，同类技术的综合比较

橡胶类改性沥青，通常称为橡胶沥青，其中使用最多的是丁苯橡胶（ SBR ）和氯丁橡胶（ CR ）。它不仅是世界最早出现并广泛应用的改性沥青品种，也是我国较早得到研究和推广的品种。

1) 母体法（溶剂法） SBR 橡胶沥青的生产

早在八十年代初，交通部重庆公路科学研究所承担的“六五”国家科技攻关研究项目就开展了橡胶改性沥青的研究，提出了一整套溶剂法生产 SBR 改性沥青的方法。“溶剂法”橡胶沥青生产工艺是将固体丁苯橡胶切片，用溶剂使其溶解（溶胀）变成微粒。液态与热沥青共混，再回收溶剂，制成固体成份含量达 20% 的高浓度 SBR 改性沥青母体，以商品形式销售。在工程上使时，用户将此固体形态的母体切碎，按要求配伍比例投入热沥青中，用搅拌机搅拌 1 小时至 2 小时使之混合均匀即可铺筑路面使用。

此工艺的缺点是母体制造时需要用溶剂，回收后产品中仍含少量溶剂，生产成本较高。工程上二次掺配应用的机械化程度较低氏，价格较贵，实际上现在国外一般都改用胶乳法生产了。

2) 直接加入法 SBR 胶乳改性沥青的生产

取代溶剂法 SBR 改性沥青的是 SBR 胶乳改性沥青，在美国 ASTMD5840 — 95 仅规定了“ SBR 胶乳或 CR 胶乳类改性沥青标准”，不适用于溶剂法的情况。由于橡胶固体很难与沥青共混，采用溶剂法制成橡胶沥青母体再在现场使用的二步法工艺较为复杂，而合成橡胶工厂在生产 SBR 产品时必须将胶乳破乳、脱水，所以完全可以在胶乳阶段作为改性剂使用于沥青改性，这不权在经济上是很大的节约，也给使用上带来了极大的方便。

我国生产 SBR 胶乳的主要是齐鲁石化公司、吉林化学公司和兰州化学公司。 1992 年列为交通部“八五”联合攻关科研项目，由齐鲁石化公司与北京市公路局等单位合作在京石高速公路等工程上得到了应用。

直接加入法生产 SBR 胶乳改性沥青的缺点是： 1 、由于胶乳的粘度本身比较大，接触空气挥发比较快，胶乳容易附着在管道的内壁上，逐渐结块，且容易堵塞管道，使胶乳计量失真。 2 、一般需要两套压力罐和管道、喷嘴，每天交换使用，即每天要水清洗一遍各个管路，才能重新使用。

3) 橡胶粉（ CRM ）改性沥青的生产

CRM 改性的技术关键是 CRM 的制造工艺，废旧轮胎通过轧碎、切碎再通过磨细可制得很细的胶粉，也可采用液氮快速致冷使其变脆，再加工成微粒。近年来国内在秦皇岛、青岛、上海等地的橡胶厂并开始生产 80 日、 40 日的磨细橡胶粉， 1997 年价格（ 40 日） 2800 元 / 吨，（ 80 日） 3200 元 / 吨。

为了开发利用地方工业产品，在国内我们是首例用（ CRM ）对煤沥青进行改性。我们采用西昌攀西橡胶厂生产的 40 日橡胶粉 1800 元 / 吨。改性煤沥青是将橡胶粉按改性沥青重量的 5% 计量，掺入 120 ℃～ 130 ℃的热煤沥青中经机械搅拌 10 分钟制成，搅拌时适当加入 420 活剂。

4) 综合比较

SBR 溶剂和 SBR 胶乳生产工艺比 CRM 橡胶粉的生产工艺难度大些。 SBR 溶剂生产成本高，使用时需二次掺配搅拌。 SBR 胶乳粘度大，且容易堵塞管道，使胶乳计量不准确，各个管路当天用后必须清洗才能重新使用。 CRM 橡胶粉的生产工艺简单、可操作性强，制造改性沥青时可直接将 CRM 橡胶粉掺入热沥青井搅拌。成本低，从长远看， CRM 改性沥青有一定应用前景。

5 、应用情况

从推广应用的改性煤沥青路面 41744m 2 的路用性能的观察来讲。路面的抗滑性能得到了改善，既提高温稳定性，又提高了低温抗裂性及水稳性。

沥青路面由于泛油，石料磨光引起的表面功能降低或丧失，尤其是抗滑性能不足，容易使汽车在急刹车、超车、沿曲线转弯时车轮打滑造成事故。有的沥青路面头年铺筑，在第二年高温季节开始泛油，汽车行驶在泛油的路面上，由于动力的作用，使路面松散车轮粘带形成大小坑荡及麻面，致使养护修补起来很困难。

采用改性沥青，全面提高沥青的路用性能。再生橡胶粉将增加柔性、粘附性，提高抗滑，抵抗疲劳和阻碍反射裂缝，使路面增强了抵抗永久变形并减小温度敏感性。

就 41744m 2 的改性煤沥青路面在运输矿石的严重超载车辆的通下，油面层不泛油，不松散剥离，路面结构层整体密实，提高了结构层强度的服务能力，达到了行车舒适性能，获得了良好社会效益和经济效益。

三、社会效益

改性沥青是我国交通系统“九五”期间的重大科研项目，随着日益增长的交通量，车辆大型化及重载超载车的比例不断增加，交通对路面的要求越来越高，如何提高沥青路面的使用性能已经成为广大道路工作者的重要课题。改性煤沥青的社会效益体现在：

1、利用废旧轮胎生产橡胶粉改性煤沥青对环境保护起到了一定的作用。

2、改性煤沥青使用提高了路面的关键技术，尤其是抗滑性能的提高，对交通安全起了重大作用，耐被劳性能、抗老化性能的改善延长了沥青路面使用寿命，节省了资源。

3、改性煤沥青铺筑路面由于不泛油，不松散剥落，路面结构层整体密实，平整度得到提高，行车不受颠簸，提高了路面的服务功能。