青川岩沥青改性沥青与SEAM硫沥青综合对比分析

1青川岩沥青改性沥青与SEAM硫沥青综合对比分析一、概述岩沥青是石油在地壳运动的挤压下，从地壳中冒出，存在于山体、岩石裂隙中，经过亿万年的蒸发凝固而形成的固体形态的天然沥青,在我国有着天府之国美誉的四川北部龙门山地区，分布着丰富的天然岩沥青矿资源，目前初步探明的储量在300万吨以上，远景储量1000万吨。硫磺沥青改性剂-SulphurExtendedAsphaltModifier（SEAM），它是由硫磺、复配增塑剂、烟雾抑制剂等组成的硫磺稀释沥青混合料改性剂，主要成分为硫磺。南京地区在最近几年在道路路面上应用了壳牌专利技术生产的SEAM硫磺沥青改性剂，这种新型低嗅环保型专利沥青混合料添加剂，常温下为半球状黑褐色固体颗粒，易于运输、储存和使用。赛欧铺（Thiopave）为SEAM二代升级产品。早期研究工作证明了硫磺处理的沥青更具有抗风化的能力，更耐久，特别是在低温寒冷地区。19世纪后期，随着低成本沥青的生产，硫化沥青或SEAM沥青产品，Dubbs沥青，匹兹堡沥青等早期硫化沥青逐渐退出了市场。近几年人们对沥青价格不断上涨，供应逐渐短缺十分关注。同时硫磺供应丰富。因此重新激发了使用SEAM沥青作为改良建设材料的兴趣。二、市场分析对比岩沥青单价为7000元/吨，SEAM硫磺单价为2100元/吨。按基质沥青价格为4100元/吨，生产改性沥青的成本如下表：分类项目岩改性沥青（元）SEAM改性沥青（元）基质沥青410041002改性剂490（掺加7%）630-840（掺加30%-40%）总价43033300-3500（取代部分沥青）单从价格看，岩沥青改性沥青比SEAM沥青成本相对较高。三、性能对比3.1改性机理对比将天然沥青加入普通沥青中，由于温度与小分子溶剂的共同作用，使得天然沥青这些分子量很大的胶束破裂，而破裂的胶束上暴露出的许多活性点立刻被普通沥青中的小分子物质所填充、饱和，形成一种全新的组合，最终形成以天然沥青大胶束分子为中心，普通沥青小分子填充、包围的新的方式。实质上是在普通沥青中加入了大量的非自发核心物质，这个核心的分子量较普通沥青分子量大，对原基质沥青以小分子量的沥青质为核心的结构进行了改造，其改造程度的大小取决于加入沥青的分子量大小及氮、氧、硫侧链的数量多少。分子量越大，活性越高，则这种改造程度就越明显，得到的改性沥青技术性能也就越优越。交联硫使沥青分子链网状化，提高沥青高温抗流动能力，增强沥青低温韧性。交联硫改变沥青各组分比例，使沥青胶体结构变化性能得以提高。交联硫使沥青中生成较大含硫官能团，阻碍分子链变形，提高沥青高温稳定性。游离硫与交联硫对沥青低温性能作用相反，两者比例将决定沥青低温性能。当游离硫与交联硫比例大于(小于)6．5／1．0时沥青低温变形能力降低(提高)。可利用此比例作质量控制指标，并应采取各种措施降低此比例以提高硫改沥青性能。硫改沥青较好的润湿能力使其与石料形成更大的粘附面积。硫使沥青极性增强、酸值提高，因而沥青一石料粘附强度得以改善。网状结构不仅使沥青内部分子链更稳定，利3于抵抗各种破坏能量，还可有效阻止各种有害成分浸入，全面抑制各种老化因素的作用。硫使沥青重质组分增加、施工温度降低，能有效防止物理老化。3.2水稳定性能对比水稳定性能见下表：分类实验项目岩改性沥青SEAM改性沥青冻融劈裂实验T071991.3%75%浸水马歇尔实验T072991.2%80%其中冻融劈裂实验国标要求不低于80%，浸水马歇尔实验国标要求不低于85%。可见岩改性沥青的水稳定性能更优越。3.3抗车辙性能对比分类实验项目岩改性沥青SEAM改性沥青车辙动稳定度T071961092103其中国标规定不小于2800次/mm。可见岩沥青改性沥青有良好的抗车辙性能，而SEAM沥青抗车辙性能达不到规范要求。3.4生产储存工艺对比岩沥青改性沥青为保证沥青混合料的质量更稳定，应做到拌和后的混合料均匀一致，无细料和粗料分离及花白、结成团块的现象。由于天然岩沥青改性沥青4混合料的施工温度要求较高，建议拌和温度高于160℃。硫磺沥青混合料的拌合温度应控制在125℃～135℃，最高不得超过145℃，超过145℃可能造成混合料产生烟雾及过量气味，如硫磺沥青混合料出场温度超过145℃应废弃。SEAM硫磺沥青属于温拌技术，节能效果较好。天然岩沥青改性沥青的储存温度应保持在150℃左右，沥青热拌厂应尽量少储存天然岩沥青改性沥青，做到随进随用，用时多存，不用时少存，保证沥青的温度。当一天的施工任务完成之后，应尽量用完罐中的沥青，或者给沥青罐加满沥青，或把剩余的少量沥青，抽到其他储存罐内，以减少沥青与空气接触的表面积，从而防止沥青老化。硫磺沥青混合料的贮存时间应保持在最短时间，以便在铺设现场最大限度地减少混合物气体和烟雾的排放，由于硫蒸汽的存在，所以不建议采用加热存储设备，如必须存放则应关闭加热装置，且应该严格控制存储时间，确保硫磺沥青混合料从拌合生产到摊铺现场的时间必须控制在2～3小时内。对比发现硫磺沥青不宜长期储存且储存过程中易产生有害气体。3.5摊铺碾压对比天然岩沥青改性沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，提高面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用摊铺前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。天然岩沥青改性沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减小。进而确保路面的最终平整度。SEAM硫沥青混合料摊铺应采用自动找平沥青摊铺机，摊铺机自动找平时，采用所摊铺层的高程靠金属边桩挂钢丝所形成的参考线控制，横坡靠横坡控制器来控制，精度在±0.1%范围。摊铺前熨平板应预热至规定温度，摊铺机熨平板必5须拼接紧密，不许存有缝隙，防止卡入粒料将摊铺面拉出沟痕。摊铺时，沥青混合料必须缓慢、均匀、连续不间断地摊铺,不得随意变换速度或中途停顿。摊铺机应调到最佳状态，调好螺旋布料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转数相匹配，摊铺机螺旋送料器中的混合料的高度保持不低于送料器高度的2／3。并保证在摊铺机全宽度断面上不发生离析。对比发现硫磺沥青的摊铺要求更高。天然岩沥青改性沥青混合料碾压要求对于SMA和其他类型嵌挤式混合料，建议初压温度范围在165℃左右，最终碾压温度不低于110℃，非嵌挤密级配碾压时若混合料赶料严重，可适当降低压实温度。对于嵌挤式混合料，天然岩沥青改性沥青混合料的压实工艺本着以下原则进行：按照高温压实、高频低幅、跟踪碾压。混合料摊铺以后，大吨位强震动压路机须紧跟摊铺机的后面，只有在高温条件下碾压才能取得良好的效果，压实速度控制在3千米/小时，碾压速度均衡，倒退时关闭振动，方向要逐渐的改变，不许拧着弯行走，对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压，消除碾压接头轮迹。绝不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动位置、突然刹车或停车休息。当采用高频低幅的压实方法，频率越高对表面层的压实效果越好，对下层的影响越小。有关压实机械的配备及压实遍数，需要通过做实验段确定，实验段过程还应该建立相应的压实工艺及核子密度仪读数与路面芯样密度关系。SMA混合料在压实机械上要求采用重吨位（自重大于11吨）的双钢轮压路机，应注意观察是否有提浆和骨料被压碎的现象，来决定是采用静压还是震压，压实几遍为宜。具体的压实工艺应根据实验段的结果来确定。SEAM硫沥青混合料碾压必须紧跟摊铺，碾压应在90℃前完成，终碾温度不6得低于70℃；一旦沥青混合料摊铺整平，并对不规则的表面修整后，立即对其进行全面均匀的压实。碾压同时检测人员必须使用密度仪紧跟测试压实度，当压实度达到设计要求应立即收光，停止碾压，不得过压；压路机不得停在尚未冷却的沥青混凝土上，对已经碾压完成的段落设置明显标志，便于司机辨认；压实完成后12小时以后，方能允许施工车辆通行；为防止压路机碾压过程中沥青混合料沾轮现象发生，可向碾压轮洒少量水、混有极少量洗涤剂的水或其他认可的材料，把碾轮适当保湿。硫磺沥青混合料在碾压时一定要注意不得过压，碾压过程尽量要在90℃前完成；用钢轮碾压时，轮迹重合的宽度不得大于轮宽的1/3，以防止过压。对比发现SEAM硫沥青虽然碾压温度低但混合料易粘轮给碾压带来不便。四、小结天然岩沥青的发达网状结构带入到石油沥青中，改善了以键能较小的氢键为主的分子间力，增强了极性键，转化了蜡、萘等分子或官能团，并产生了化学交联、聚合生成大分子网状结构，大颗粒沥青聚集体的低密度表面电荷使得它与矿物石料表面的吸附力增强、润湿性改善，在岩石表面能产生强吸附力，因而获得良好的路用性能，因此，天然岩沥青是一种天然的化学综合改性剂。硫磺沥青改性剂的添加将硫磺溶解和分散在沥青相中，与沥青通过化学键相结合，形成晶体网状结构，将沥青、矿料等相互联结在一起，形成一个严密的整体网络结构，从而使路面结构增强，稳定度提高，达到改善沥青路面的高温稳定性和抗剪性的效果；同时硫磺沥青改性剂替换了沥青混合料中部分沥青，由于相对硫磺价格相对低廉和稳定，所以硫磺沥青改性剂的使用能够降低工程造价，抵御沥青价格波动引起的工程成本波动。7综合价格性能等方面因素得出以下结论：（一）天然岩沥青更适合用作高速公路等高等级路面的抗车辙改性，而SEAM硫改性沥青适用于普通沥青路面，抗车辙性能不理想。（二）天然岩沥青加工中除部分沥青烟气外，不产生其他有害气体，而SEAM硫沥青加工时容易产生二氧化硫等有毒气体，对人神健康构成威胁，对环境造成污染较大。（三）天然岩沥青加工工艺比SEAM硫沥青加工工艺简便，加工周期短，储存摊铺、碾压都比SEAM硫沥青简便。（四）SEAM硫沥青适用于普通路面且可以代替部分基质沥青，在技术要求范围内有利于降低成本。山东高速青川天然沥青开发有限公司技术研发部2011-2-28