神華低碳所研發(fā)超硬質(zhì)瀝青

在前不久召開(kāi)的第二屆交通運輸研究大會(huì )（TRC）上，神華集團北京低碳清潔能源研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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)院教授季節參與了超硬質(zhì)瀝青的研發(fā)工作。據季節介紹，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(chē)轍病害嚴重的問(wèn)題，另一方面是為了用好煤直接液化瀝青。車(chē)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，是導致路面損害最主要的原因之一。

據神華低碳所超硬質(zhì)瀝青項目組成員張勝振介紹，目前，瀝青的來(lái)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(guò)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(kāi)采即可獲得。三是由煤經(jīng)高溫熱裂解反應、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(lái)，但其工藝流程與傳統的煤焦油瀝青不同。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(wú)毒的半飽和烴。

在煤直接液化過(guò)程中，煤加氫催化進(jìn)行清潔化反應，經(jīng)過(guò)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(guò)物理加工即可得到超硬質(zhì)瀝青。

為什么被稱(chēng)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——針入度（單位為0．1毫米，數值越小表示越硬）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)和針入度兩項指標意味著(zhù)超硬質(zhì)瀝青比常規瀝青更硬，有更好的高溫性能。

“超硬質(zhì)瀝青對提高瀝青混合料高溫穩定性、減少路面車(chē)轍病害的作用明顯。”江蘇一諾路橋工程檢測公司副總經(jīng)理徐萌說(shuō)。

綜合各項優(yōu)勢，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(chē)轍劑，也可用于其他對高溫性能要求較高的領(lǐng)域。

更適合我國南方道路鋪設

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(shuō)。針對這個(gè)問(wèn)題，神華低碳所研發(fā)了特定的相容劑和相容軟化技術(shù)。試驗結果表明，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(wú)機固體顆粒，30％至40％的有機固體顆粒，有機固體顆粒具有較強的黏性，使得固體顆粒容易團聚成大顆粒，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，解決了沉降及存儲穩定性問(wèn)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(wèn)題。經(jīng)過(guò)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。

據神華低碳所超硬質(zhì)瀝青項目組成員魏建明介紹，應用原位微交聯(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。利用現有的生產(chǎn)工藝可將SHA改性瀝青制成道路瀝青，且利用現有的施工技術(shù)即可施工。

2016年8月，SHA－N改性瀝青混合料應用于國家一級公路G110寧夏麻黃溝至正誼關(guān)橋段試驗鋪設。經(jīng)過(guò)260天的測試，SHA－N改性瀝青混合料鋪設路段與對照路段相比，其他指標都比較好，但出現了橫向輕微裂縫。據悉，2016年8月到2017年4月，當地的最低溫度達－19℃。

“原因是多方面的，可能是產(chǎn)品本身的低溫柔性差，無(wú)法承受－20℃的溫度變化。”魏建明說(shuō)，“目前，我們正在進(jìn)行SHA－N改性劑不同配方的－10℃到－45℃下的低溫性能測試，優(yōu)化配方，提高其耐低溫性能。”

而在南方鋪設的試驗路段，則體現出了用超硬質(zhì)瀝青生產(chǎn)的改性瀝青的優(yōu)越性能。南方無(wú)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(kāi)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米的試驗段，這是首次將SHA改性瀝青用于高速公路。

G69試驗段路面通車(chē)半年后，各項指標均符合技術(shù)要求，且路面無(wú)車(chē)轍、無(wú)裂縫。