石料改性劑——對(duì)于酸性石料與瀝青混合的改性工藝

康佳偉　周云飛　馬俊博　毛綱　段東振　孫萍

摘 要：使用新設(shè)備新方法將新材料石料改性劑噴涂于石料表面，在石料表面鍍上一層牢不可脫的薄膜，利用薄膜實(shí)現(xiàn)石料與瀝青的緊密結(jié)合，解決了瀝青路面鋪設(shè)不能使用酸性石料的問(wèn)題，使用優(yōu)質(zhì)花崗巖等酸性石材代替價(jià)格較高的堿性石料，降低了石料成本、提高路面的耐磨、抗滑及承載能力且明顯改善瀝青混合料的抗疲勞能力與水穩(wěn)定性、延長(zhǎng)使用壽命。

關(guān)鍵詞：石料改性劑；酸性石料；瀝青混合；改性工藝

一、國(guó)內(nèi)外石料改性劑發(fā)展現(xiàn)狀

2022年7月4日，國(guó)家發(fā)展改革委交通運(yùn)輸部印發(fā)關(guān)于《國(guó)家公路網(wǎng)規(guī)劃》的通知，國(guó)家高速公路網(wǎng)由“7 射、11 縱、18 橫”等路線(xiàn)組成， 總規(guī)模約 13.6 萬(wàn)公里，經(jīng)各方共同努力，截至 2021 年底， 國(guó)家高速公路建成 12.4 萬(wàn)公里，國(guó)家公路網(wǎng)作為國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)的基礎(chǔ)和主骨架的重要組成部分，必須適應(yīng)新形勢(shì)、抓住新機(jī)遇、滿(mǎn)足新需求，加快補(bǔ)齊短板，優(yōu)化提升供給，提高路網(wǎng)質(zhì)量效益，緊密區(qū)域空間聯(lián)系，滿(mǎn)足對(duì)外互聯(lián)互通和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定暢通需要。數(shù)據(jù)顯示，石料成本約占到高速公路建設(shè)成本的30%以上。石料只有與瀝青充分粘附才能夠形成平坦堅(jiān)硬的路面。瀝青與石料粘附不足，則會(huì)造成瀝青剝落的現(xiàn)象出現(xiàn)，則會(huì)出現(xiàn)水損害、車(chē)轍、路面開(kāi)裂等路面疾病現(xiàn)象，不僅影響路面美觀(guān)，使得路面使用周期縮短，降低公路壽命，而且這些現(xiàn)象會(huì)極大的影響市民出行安全，給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成危害。瀝青與石料粘附良好的重要性，對(duì)于高速公路的質(zhì)量的重要性不言而喻。

2020年全球?yàn)r青產(chǎn)能為2.14億噸，產(chǎn)量為1.33億噸，其中產(chǎn)能在十年中增長(zhǎng)了30.25%，產(chǎn)量在十年中增長(zhǎng)了11.76%，總體上看，全球?yàn)r青行業(yè)存在產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題。2021年，全球?yàn)r青行業(yè)產(chǎn)能為2.19億噸，同比增長(zhǎng)2.5%;產(chǎn)量為1.39億噸，同比增長(zhǎng)4.7%。從瀝青的產(chǎn)量分布情況來(lái)看，全球?yàn)r青主要生產(chǎn)地區(qū)在東北亞和北美地區(qū)，其中東北亞是全球最大的瀝青生產(chǎn)地區(qū)，瀝青產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量28%;其次是北美地區(qū)，瀝青產(chǎn)量占比22%;中東地區(qū)排名第三，瀝青產(chǎn)量占比11%。

二、石料改性劑產(chǎn)品介紹

1、主要應(yīng)用工藝

石料干燥：干燥滾筒由滾筒加抄板的結(jié)構(gòu)組成，將石料加入筒體后，石料被抄板不斷地拋入熱氣流中，通過(guò)增大接觸面積而達(dá)到較好的干燥效果，完成石料的干燥工藝流程。通過(guò)對(duì)石料的干燥，能確保在石料干攪拌的步驟中，石料改性劑可以與石料表面充分接觸黏附。

篩分與稱(chēng)量：通過(guò)篩分裝置，使干燥后的石料按照粒徑大小存放于骨料中間倉(cāng)，根據(jù)所需瀝青混合料的量，按照石料：瀝青：石料改性劑=95：5：0.095的比例分別進(jìn)行稱(chēng)量取用。

噴入石料改性劑：在對(duì)石料進(jìn)行干攪拌的過(guò)程中，石料在攪拌槽中不斷翻滾，當(dāng)石頭騰于空中，則可與通過(guò)管線(xiàn)噴入的石料改性劑充分接觸黏附，相當(dāng)于為石料鍍一層改性膜。

瀝青與石料加熱拌勻：用熱瀝青與鍍上改性膜的石料在高溫（140 攝氏度以上）的情況下，在加熱滾筒中進(jìn)行熱拌勻。石料改性劑在石料與瀝青之間形成化學(xué)表面過(guò)渡層，與未添加石料改性劑的石料相比，對(duì)瀝青的吸附作用更強(qiáng)。

2、應(yīng)用工藝流程及應(yīng)用設(shè)備

步驟一：石料從熱骨料倉(cāng)中進(jìn)入攪拌缸中。

應(yīng)用設(shè)備：冷料倉(cāng)、干燥滾筒、篩分裝置、稱(chēng)重裝置、拌缸、攪拌機(jī)

步驟二：石料改性劑在攪拌過(guò)程中以霧狀形式噴入攪拌缸

應(yīng)用設(shè)備：發(fā)泡裝置、噴射裝置

步驟三：待石料改性劑加入一定時(shí)間后，向攪拌缸中加入瀝青與粉料。

應(yīng)用設(shè)備：瀝青泵、瀝青稱(chēng)量、加熱裝置、加熱滾筒

步驟四：瀝青、粉料等與進(jìn)行改性處理后的石料充分粘附，送離攪拌缸。

應(yīng)用設(shè)備：儲(chǔ)存罐

三、石料改性劑關(guān)鍵技術(shù)：

1、從傳統(tǒng)的物理鍵合到化學(xué)鍵合

瀝青是一種弱極性的有機(jī)物，瀝青的主要成分主要為瀝青酸、瀝青酸酐和樹(shù)脂三者都具有較高的活性，而酸性石料表面具有極強(qiáng)的活性，兩者之間存在的“分子力較弱”，這就是酸性集料與瀝青之間粘附性較低的內(nèi)因。

而在酸性石料與瀝青中混入石料改性劑后，能改變?yōu)r青和酸性石料的表面性能，改變酸性石料與瀝青間的鍵合方式，使兩者之間發(fā)生物理----化學(xué)的交互作用。

2、從兩相界面到三相界面

在瀝青與石料中加入石料改性劑，可以將傳統(tǒng)的石料-瀝青的兩相界面變?yōu)槭?改性劑-瀝青三相界面，在集料與瀝青表面形成化學(xué)過(guò)渡層，過(guò)渡層一側(cè)可以與石料緊密粘結(jié)。另一側(cè)與瀝青通過(guò)高溫熔合、滲透、擴(kuò)散作用，沒(méi)有明顯分界的膠結(jié)料膜，這種膠結(jié)料膜能使瀝青和石料改性劑共同構(gòu)成的膠結(jié)料與石料的黏附性能達(dá)到最佳。

3、從混合改性到薄膜改性

傳統(tǒng)的抗剝落劑都是采用直接與瀝青混合得到改性瀝青再摻和集料的工藝。 而石料改性采用新工藝，即在高溫度高壓力下使改性劑達(dá)到霧化的效果，并與石料先通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備混合，在短時(shí)間內(nèi)使改性劑形成薄膜并鍍于石料表面，然后再使其與瀝青混合。

改進(jìn)后的工藝通過(guò)將石料改性劑霧化，增加比表面積，在石料上鍍膜，再與瀝青混合，完美地解決了傳統(tǒng)工藝的不足之處。

四、結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)國(guó)家政策走向及我國(guó)資源環(huán)境的現(xiàn)狀，將酸性石料投入到公路建設(shè)中是必然的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)中企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)必定會(huì)促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)最終會(huì)淘汰掉科學(xué)技術(shù)落后，管理經(jīng)驗(yàn)不足的企業(yè)，取而代之的是擁有更高科學(xué)技術(shù)、能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求的的企業(yè)，就這些而言，石料改性劑的發(fā)展必將掀起中國(guó)公路建設(shè)的一次波瀾！

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基金項(xiàng)目：吉林省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：S202310191064