硅藻土改性沥青的技术发展与产品的转型和升级换代

于 漧，陈雅文，汪德元，张琼风，张松林

（1.云南模迪菲科技产业有限公司，云南 昆明 650041；2.昆明理工大学材料学院，云南 昆明 650093）

用硅藻土做沥青改性剂，1982年始于美国，1998年引入中国，1999年在云南省昆明市漕溪寺铺国内第一条试验路，全长1.5km。2000年开始在高速公路中应用。截至2012年，已在全国15省市自治区铺路111条，1700多km，其中高速公路12条，859km，城市道路19条，100多km，均被评为优良工程。特别值得一提的是成功地应用在气候条件极为恶劣，要求条件极为苛刻的青藏公路和哈同高速公路，其低温开裂比SBR和SBS改性沥青低60%。

用硅藻土作沥青改性剂，获得国家科技部、交通部和云南、湖南、吉林等省交通厅、科技厅立项，并于1999年至2011年间共10次分别在云南、湖南、吉林等省通过专家鉴定。申请发明专利5项，已授权3项。获得科技进步奖和技术发明奖8次，其中国家科技进步奖1次，云南省科技进步(技术发明)奖4次，昆明市科技进步奖3次。目前已在云南投资6000万元建成了国内规模最大、科技含量最高，年产2万t沥青改性剂的现代化生产线。

1 技术发展与产品转型和升级换代

我国用硅藻土作沥青改性剂，经历了三个大的发展阶段。

(1)1998～2006年为第一阶段[1-3,6]。

重点是研究硅藻土的提纯方法、技术指标和用量对沥青改性的影响。先后提出“水法提纯”和“火法提纯”两种方法。技术指标中，强调硅藻土中SiO2的含量必须在75%以上，Al2O3≤8%，Fe2O3≤3%，MgO≤1.0%，pH值≥7，比表面积≥25m2/g，含水量≤5.0%，硅藻完整性≥60%，用量以13%～15%为宜。据此，2003年11月提出了《云南省硅藻土改性沥青混合料路面设计与施工技术指南》，并在云南省寻甸县召开了“推广应用现场会”，先后在大保、昆玉、玉元、元磨、昆石、嵩待等多条高速公路使用。使用结果表明：高温稳定性、低温抗裂性、水稳性、抗老化、抗疲劳等性能，均有一定程度的提高和改善，成本增加不多，施工工艺简便。此阶段的产品为第一代产品，该产品虽然各项指标都有改善，但动稳定度DS达不到交通部2004年发布的(JTG F40-2004)《公路沥青路面施工技术规范》[2](以下简称《规范》)中改性沥青应大于2800次/mm的要求，这是它最大的不足。

(2)2007～2009年为第二阶段[4]。

针对第一阶段中最重要的技术指标DS达不到交通部现行的《规范》要求这一问题，引入了1+1>2的复配理论，开发出第二代产品。先后引入了岩沥青、废旧橡胶粉等13种复合材料。试验结果表明，在硅藻土中复配适量有改性效果的功能材料，对提高和改善硅藻土改性沥青的性能，效果非常明显。以DS为例，基质沥青DS 975次/mm，单纯用硅藻土改性，DS只有1446次/mm，而复合了部分岩沥青，则达到5986次/mm，复合了部分废旧橡胶粉，则达到7375次/mm。试验结果表明，复配是有效果的，比强求硅藻土提纯，提高SiO2品位效果还好，而且工艺简便。

(3)2009～2012年为第三阶段[5]。

此阶段的重点是优选第二阶段的复合配方，从中选出原料来源广、价格低、性能好、有市场前景的复合配料。通过分析、比较，总结、提炼，又集成创新，研制出第三代产品“人工合成湖沥青”和“环保型混合沥青”及“温拌型混合沥青”3种新产品。2012年提出“人工合成湖沥青改性沥青混合料路用施工工法”。

上述三个阶段，第一阶段的第一代产品为原始创新，核心技术是用纯硅藻土对沥青改性。第二阶段的第二代产品为继承创新，核心技术是引入了1+1>2的复配理论，在纯硅藻土中复配有改性效果的功能材料，从而使硅藻土改性沥青提升了一个档次，各项技术指标达到交通部现行的《规范》对改性沥青的要求。第三阶段的第三代产品为集成创新，核心技术是既有技术上的先进性，又有经济及市场的可行性，重点是可持续发展。

试验和应用研究都证明，三个发展阶段开发的三代产品是硅藻土改性沥青的三次大的飞跃和创新，第一代、第二代、第三代产品，各项指标及改性效果对比见表1。各项改性效果数据表明，硅藻土改性沥青三代产品一代优于一代，其各项路用技术指标对比见表2。

表1 硅藻土改性沥青三代产品改性效果对比

表2 硅藻土改性沥青混合料三代产品路用技术指标对比

2 改性效果对比

为了正确认识和评价硅藻土改性沥青，现以云南蒙新高速公路所使用的法国PR、北美TLA湖沥青、SEAM和富砚高速公路所使用的废旧橡胶粉以及楚大高速公路所使用的日本OPAO作如下对比(表3)。

表3 硅藻土沥青改性剂第三代产品与其他5种沥青改性剂各种路用性能对比

从表3的测试结果对比中可以看出，硅藻土沥青改性剂第三代产品的各项路用性能技术指标，都达到国内外应用比较广泛的几种沥青改性剂的水平，因而有广阔的市场应用前景。

3 经验教训

(1)硅藻土改性沥青引入国内后，耗费了大量人力、物力和财力。涉足的人之多、试验项目之多、研究面之广、研究程度之深，是许多科研项目无法比拟的，但它却不是一帆风顺的，经历了“肯定—否定—再肯定”的艰难历程。1998年研制成功的第一代产品，2000年开始在高速公路上应用，2003年达到高潮，产品出现供不应求的局面，于是有的生产厂家，把未经提纯的原土当精土出售，结果使某高速公路通车后便出现车辙，不得不重新修复，损失数亿元，于是便出现了“谁用谁负责”的相关文件，几个生产厂因此而倒闭。后经广大科研工作者潜心研究、分析，认为“某高速公路出现的问题，内因是主要的，不能因此而否定硅藻土改性沥青”，于是2007年再次肯定硅藻土改性沥青，并发出“进一步推广硅藻土改性沥青”的相关文件。这对于硅藻土改性沥青的推广应用产生了极为恶劣的影响，教训十分深刻，至今负面影响还没有完全消除。

(2)在研发初期，所做的动稳定度试验，由于级配不合理和试验经验不足，测得的动稳定度DS普遍偏低，例如2001年测得的茂名90#沥青，DS 181.5次/mm，硅藻土改性沥青DS 267.9次/mm，无代表性。

4 结语

硅藻土改性沥青自1998年引入我国后，历经14年的研究，证明它是一种性价比高、改性效果好的优质沥青改性剂。它经历原始创新，开发出第一代产品；经历了继承创新，开发出第二代产品；经历了集成创新，开发出第三代产品。试验和应用结果都证明，产品一代比一代好，其中第三代产品的典型代表“人工合成湖沥青”，各项路用性能技术指标均达到北美洲TLA湖沥青的水平，且用量比TLA湖沥青少，售价比TLA湖沥青低，已于2011年12月通过专家鉴定，拥有广阔的市场前景。

[1]于漧,吴飞云,侯云建,等.硅改沥青在我国的研制和推广应用10年述评[J].中国道路沥青,2009(5):15-23.

[2]中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[3]于漧,汪德元.改性沥青在云南省的推广应用[C].第十三届全国石油沥青技术交流会论文,2012:159-165.

[4]于漧,黄帆,王道颖,等.硅藻土在改性沥青中的应用及产品性能研究[J].矿产保护与利用,2012(1):42-46.

[5]于漧,汪德元.人工合成湖沥青的制备方法:中国,102408732A[P].2011-09-28.

[6]张贤康.硅藻土材料对沥青混合料性能的影响[D].重庆:重庆交通大学,2008.