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当天然沥青遇上高模量

作者:耿茁 王文 来源:中国公路网 时间:2021-06-21

“天然沥青这个材料就像天之骄子,它是天生就好,后天再努力,终成大器。”我国著名道路专家、长安大学教授王秉纲曾如此恳切地表达过对天然沥青这一路面材料的肯定。

 

近年来,国内越来越多的重点交通工程选择天然沥青作为路面材料,例如港珠澳大桥、北京长安街、北京首都机场跑道等项目。天然沥青优异的耐老化、耐水损、耐高温性能受到行业专家和业主的普遍认可。如何高效利用好天然沥青,研发生产可供大规模工程化应用的路面材料,是近年来行业内高度关注的产业技术热点。

 

自主研发天然沥青微粒化悬浮技术,实现天然沥青的“液化”“活化”,陕西的高新技术企业——西安众力沥青有限公司(简称“西安众力”),历经6年的持续研发,不断改进,经过上百个工程项目验证,申报专利100余项,成功实现了工厂化稳定型天然沥青产品的标准化生产和规模化应用,为天然沥青的创新应用提供了一条崭新道路,为我国长寿命路面材料提供了一个优质的解决方案。

 

一个缘起于PM2.5的技术设想

 

长期以来,天然沥青被作为外加剂使用,主要有干法和湿法两种工艺,但都难以100%激发出天然沥青的性能,也难以实现材料性能的稳定、均衡,更难于大规模使用。

 

西安众力自主研发的“天然沥青微粒化悬浮技术”,一举解决了天然沥青传统应用在材料性能、工艺设备、应用规模等方面存在的问题,首次实现了工厂化生产稳定型成品天然沥青。

 

“天然沥青微粒化悬浮技术的原理就是形成类似PM2.5在空气中悬浮的存在状态。通过特殊工艺,让天然沥青像PM2.5悬浮于空气中一样,以微粒化状态均匀悬浮于沥青中,既解决了天然沥青均衡、稳定性问题,更好激发天然沥青的有效成分性能,又能彻底解决存储稳定性难题,实现远距离长期储存和运输。”西安众力首席技术官曾赟如此阐述天然沥青微粒化悬浮技术的原理和实际应用效果。

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天然沥青原料和高模量天然沥青HMB样品展示


技术研发初期,西安众力研发团队分别从萃取和微粒化两条技术路径进行了探索和尝试,通过对比,从技术转化难度、生产成本及产品实际性能等多方面指标综合评价,微粒化技术都具有显著优势。

 

实现天然沥青微粒化的特殊工艺需要成套专业设备、严格的工艺技术指标控制和现代化管理做支撑,所以工厂化、标准化生产是最佳方式,同时也能保证产品质量稳定可控,绿色环保、低碳节能等高阶工业化目标可同步实现。

 

高模量+天然沥青=绝佳配置

 

天然沥青是石油在自然界长期受地壳作用,在热力、压力、氧化、触媒、细菌的综合作用下逐渐变化而形成的,以天然形态存在,常混有一定比例的无机矿物质。与天然沥青的形成环境和时间相比,应用于路面建设,其性质状态变化几乎可以忽略不计。

 

高模量沥青混合料及其路面是近年来我国在大力研究和发展的技术,可大大提高路面承载能力,是实现路面长寿命的可靠方法之一。

 

“天然沥青从材料性质来说劲度大、模量大,高模量沥青混合料特性表现为强度高、模量大,将天然沥青与高模量沥青混合料技术相结合,能够发挥天然沥青模量大、耐疲劳、耐老化的性能优势。”曾赟表示。

 

天然沥青传统的外加剂应用方式难以兼顾混合料的低温抗裂性,因此在我国北方地区及西部地区难以应用。西安众力研发生产的高模量天然沥青HMB应用“天然沥青微粒化悬浮技术”,工厂化生产出成品高模量专用沥青,以其为结合料生产的天然沥青高模量混合料HMAC大幅度提升了低温抗裂性能,综合路用性能优越,可有效延长路面寿命30%以上。

 

“实践证明,天然沥青是非常适合发展高模量技术的。通过配合比设计,高模量混合料冻断温度已突破零下30℃,抗低温性能显著提升。同时混合料的耐疲劳、抗老化性能也大幅度提升。要兼顾模量和疲劳、高温和低温性能,天然沥青高模量混合料是一个极好的选择。此外,我们还在国内首次提供了适用于修筑沥青路面上面层的高模量沥青混合料方案——BBME,拓宽高模量混合料使用范围至全沥青面层,可有效解决极端环境下重载路面诸多路面病害问题,并有效延长了路面使用寿命。”曾赟高度肯定了天然沥青和高模量技术的结合。

 

此外,以HMB为结合料生产的天然沥青高模量混合料HMAC可再生利用,施工工艺与现有工艺相同,运输、存储便捷环保,已实现超3000公里的远距离项目应用。

合铜高速项目采用高模量天然沥青混合料进行上中下全沥青面层铺筑.jpg

合铜高速公路项目采用高模量天然沥青混合料铺筑上中下全沥青面层

 

高模量天然沥青HMB的项目应用

 

高模量天然沥青HMB是西安众力首个成功推向市场的工厂化稳定型成品天然沥青产品系列,适用于不同地域气候条件,共分为HMB-C(冬寒区)、HMB-W(冬冷区)、HMB-H(冬温区)3个型号产品。经过三年多的推广,已成功应用在高温多雨地区——湖北硚孝高速公路及硚孝高速公路收费广场项目,高原高寒地区——西藏国道109线养护项目、青海国道109项目,极端温差干旱地区——新疆吐鲁番G3012高速公路项目,并已实现在重载高速公路路段——合铜高速公路的全面沥青面层应用。陕西省西安市第十四届全运会市政道路建设大规模采用高模量天然沥青混合料铺筑,为高品质市政道路建设提供创建了一个全新的典范。

 

“天然沥青优异的路用性能和绿色环保特性完全符合我国现阶段路面材料的发展方向。我们已经完成了高模量天然沥青在国内绝大多数典型气候区域的项目应用,并且作为主编方编制了中国公路学会标准《稳定型天然沥青改性沥青路面技术指南》(T/CHTS10031-2021 )和陕西省地方标准《天然沥青高模量混合料施工技术规范》(DB 61/T 1332-2020),参与了新疆、青海、安徽等地方标准的编制,为该材料加速推广应用奠定了坚实基础。”西安众力执行总经理韩筱东对天然沥青产品充满了信心,并透露西安众力已完成两个新的天然沥青产品系列——复合改性天然沥青PNB和道路天然沥青NNB的研发和规模量产准备,可更好地满足不同环境和项目规格的需求。

 

路面材料的发展对提升路面寿命具有重要意义。绿色环保和长寿命是道路材料发展的两个重要目标,高模量天然沥青混合料技术是一种优质的解决方案。期待这样的新技术、新材料能够取得更多突破,并加速推广应用。


【编辑:中国公路】

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