[发明专利]一种改性沥青、温拌沥青混合料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沥青及其制备方法，特别涉及一种改性沥青及其制备方法；本发明还涉及一种沥青混合料及其制备方法，特别涉及一种温拌沥青混合料及其制备方法。

背景技术

沥青是石油原油蒸馏提炼后的剩余物，是一种棕黑色有机凝胶状物质。沥青包括天然沥青、石油沥青、页岩沥青和煤焦油沥青等四种。沥青的主要成分是沥青质和树脂，此外沥青还含有高沸点矿物油和少量的氧、硫和氯的化合物。

石油沥青是原油的蒸馏残留物，它富含了原油中80％以上的杂原子和大部分的缩合芳烃；沥青中的少量苯、萘、蒽、菲、吡啶、吖啶、咔唑及酚等轻质成分，使沥青在使用过程中对环境具有一定的潜在危害性。通常认为以煤焦油沥青危害最大，而用途最广的石油沥青危害较小，因此现在基本禁止使用煤焦沥青。虽然传统的石油沥青在常温下使用于道路建设和修复材料不会对环境造成影响，但是在高温下石油沥青沥青中的轻质成分容易挥发，而该轻质成分中的芳香烃具有一定的毒性，当其浓度超过一定程度时，会对人的身体健康带来影响。此外，为了改善石油沥青的路用性能，常在石油沥青中加入废旧橡胶、苯乙烯类热塑性弹性体(SBS)、塑料、硫磺、粉尘等改性剂，这就使得石油沥青的组成成分更加复杂。在这种形式下，人们更加担心石油沥青的使用会对环境、对人体造成潜在危害。

其实，关于沥青材料在道路工程使用过程中对环境的影响早已不是一个新课题。在沥青对大气的污染、对水体的污染以及沥青高温条件下所散发出的沥青烟对人体的毒害等方面，许多学者都做过很深的研究。

国内外学者对沥青烟的化学组成研究普遍采用色质联机(或称色谱质谱联用)的方法，分析结果表明沥青烟是一种含有大量多环芳烃(PAHs)和少量氧、硫、氮等原子的复杂的混合物，通常以气溶胶的实行存在于空气中。通过检测，沥青烟中主要有160多种化合物，其中含量比较高的有81种。大都是萘、芴、荧蒽、菲、苯并芘等多环芳烃及其衍生物，同时也还有少量的咔唑和呋喃等杂环化合物。

根据澳大利亚学者Badger和他的同事提出的苯并芘合成步骤可知，有机物在高温缺氧下裂解产生的碳氢自由基结合成乙炔，由乙炔形成乙烯基乙炔或1，3-丁二烯，然后生成乙基苯，再进一步结合成丁基苯和四氢化萘，最后通过中间体形成苯并芘。在高温条件下，所有的碳氢化合物都会产生一定量的多环芳烃，尤其是在缺氧的条件下，多环芳烃的生成量就会更大。由此可见，受热和乏氧是导致沥青烟中多环芳烃产生的主要原因。因此，当沥青高温氧化后，表面缺氧的条件下，更容易产生大量的多环芳烃。

从职业健康的安全观点看，沥青中多环芳香烃的含量与施工中释放出的量相比，显然后者更为重要。因为沥青常温下呈固态或半固态，沥青中所含有的PAHs在储存和施工温度下的挥发是极其有限的。但是，在道路建设过程中为了使沥青和集料等充分混合，必须采用加热的方式来降低沥青的粘度，随着沥青膜在集料表面覆盖的形成，沥青也在不断被氧化，特别是加热温度不均匀或局部过热时，就会有沥青烟形成。相对而言，沥青中所含有的易挥发性组分虽然很少，但由于沥青的大量使用，沥青烟污染也已经引起人们的重视。

在国内，学者提出的应对沥青烟危害的措施通常是采用物理隔离的方式或者是采用最小影响化的方法。这些应对措施，要么是把沥青搅拌站建在更加偏远的区域，要么是把施工过程选择在人口流动性最小的时间段或区域进行，或是向施工人员配发面具、防护服等防护用品。

在国外发展起来的温拌技术，可以降低沥青的拌合温度，减少甚至避免沥青烟的产生。温拌沥青混合料技术，是通过温拌剂降低沥青混合料的拌合温度来减少沥青烟的产生，减少沥青中有毒有害气体的排放。温拌沥青混合料生产和摊铺过程中温度的下降，使得拌和过程中有害气体和温室气体的排放减少。同时，由于拌和温度的下降，沥青混合料在拌合到现场压实的整个过程中产生沥青烟雾粉尘污染也会明显减少。表1和表2是国家环境测试中心实施的拌合楼烟囱排放和施工现场有害气体浓度测试的结果，在同等条件下测试了热拌混合料和温拌混合料两种材料类型。

表1拌和楼烟囱排放测试

表2施工现场有害物浓度测试

由表1、2可知，采用温拌沥青混合料技术，不仅减少有害气体的排放，而且能源消耗更低。有毒有害气体的排放量大幅下降。比较采用温拌技术和添加除味剂对施工现场有害气体浓度测试影响结果显示，温拌技术在减少沥青烟、苯可溶物和苯并芘等有害气体排放方面效果显著，降幅分别达90.2％、97％和79.8％。