让沥青路面质量寿命翻一番——湖北正康天然沥青科技有限公司董事长张德军

文·摄影/本刊记者 王宇

湖北省鄂州市经济开发区旭光大道是一条过境国道，因为紧靠钢铁厂，每天往返的重载车很多，沥青路面几乎年年坏年年修。不久前，《交通建设与管理》杂志记者在现场看到，2.1公里的双向四车道的旭光大道有一段的半幅路面病害比较明显，但大部分路面都非常完好。湖北正康天然沥青科技公司董事长张德军告诉记者说：“2017年4月中旬，鄂州市公路局采用正康公司用‘活化’‘湿法’工艺生产的布敦岩沥青作为有效成分添加改性沥青，重新铺设试验段路面。一年过去了，对比非常明显。路面完好的全部采用了岩沥青，损坏了的则没有用。”

鄂州市公路局副局长许想华说：“与SBS改性沥青相比，使用布敦岩沥青改性沥青无论是建设成本，还是在道路抗车辙和使用寿命上都具有显著优势。还能增强路面密实度，防止雨雪渗漏造成的侵害，从而延长路面使用寿命。”

布敦岩沥青是什么？与SBS改性沥青相比，为什么能具有这样的优势？除了公路建设外，还有没有其他应用场景？本期封面人物，让我们走近位于武汉的湖北正康天然沥青科技有限公司董事长张德军。

从铁矿石到布敦岩沥青，张德军开启转型升级之路

自春秋战国以来，武汉地区就一直是中国南方的军事和商业重镇，这里人杰地灵。武汉钢铁集团是新中国成立后兴建的第一个特大型钢铁联合企业，周边大小林立的钢铁厂给大家创造了众多的就业和发家致富机会。经过几十年的打拼，已届花甲之年的张德军在武汉矿业圈里小有名气，在长江边上拥有了自己的码头和厂房。然而，随着近年来国内钢铁产能的严重过剩，张德军也一直在思考着如何转型升级。一个偶然的机会，他从朋友那里得到一些岩沥青矿石。直觉告诉他这不是普通的矿石，他把这些矿石送到长安大学请老朋友沈峻庆帮忙化验，结果证明了他的判断：这是产于印度尼西亚的布敦岩沥青。

资料显示，全世界主要有五大岩沥青产地：北美、伊朗、印尼布敦岩、中国青川和新疆。位于印尼苏拉威西东南部的布敦岛蕴藏着丰富的布敦岩沥青，这是由侏罗纪海生动物化石沉积而成的石油不断从地壳中冒出渗透到岩层中，经过亿万年的地质作用，在各种微生物、紫外线、氧气的作用下形成的沥青岩。

“布敦岩沥青以含2.5%～3.2%的树胶量区别于其他地区的岩沥青，其胶合性能稳定，矿物成分以有机质沥青和钙质为主，含有少量硅、镁、铝、硫等。主要特点是含氮量高，具有‘半聚合’作用，有良好的耐候性、胶黏性、不含蜡。该矿产经挖掘粉碎烘干后形成一种呈黑色或浅褐色的微细颗粒，是一种良好的天然沥青改性剂，具有抗车辙、抗高温、抗老化、抗剥落、防渗水、耐候性等特点，能有效提升沥青道路质量，助力品质工程建设。”张德军说。

从2015年下半年开始，张德军开始筹建湖北正康天然沥青科技有限公司，并与长安大学、交通运输部科学研究院、华中科技大学、长沙理工大学等单位深入合作，从产、学、研、用进行全产业链开发。

经过活化处理后的布敦岩沥青

并不是所有的布敦岩沥青都是可以使用的

据了解，早在1635年，西班牙就开始用岩沥青进行铺路了。大约在1863年前后，英法就开始通过加工方式在道路建设中使用岩沥青。上世纪二三十年代，美国开始大面积使用。1998年前后，中国也开始推广使用岩沥青。交通运输部发布的《沥青混合料改性添加剂第5部分：天然沥青》（JT/T 860.5-2014）专门对包括岩沥青在内的天然沥青使用制定了材料标准规范。包括北京长安街大修这样的重点工程也成功应用了岩沥青。但据记者了解，在实际应用中，既有成功也有失败的案例。

已经担任湖北正康总工程师的沈峻庆告诉《交通建设与管理》记者说：“原因是多方面的，概况起来主要有三个：原料问题、加工工艺和使用方法。我们创造性地提出了有针对性的解决方案。”

据沈老介绍，并不是所有的布敦岩沥青都是可以使用的，过去，他们把岩沥青分为黑料、黄料、硬料、软料，这是很不科学的。从岩沥青的种类看有煤沥青和石油沥青两种，在石油沥青里又分风化层和非风化层。“所以第一要选定岩沥青的层位，我们选择中间层，上下两层都不要。第二是选择岩石类型。我们到印尼、伊朗岩沥青矿实地考察发现，黏土型的细颗粒也不能用，腐植层的矿石也不能用，必须是砂型矿。”

“为什么黏土型的不能用呢？因为黏土型的比表面积非常大，颗粒微粒很多，它跟黏土一样，会占用沥青。真正好的岩沥青是油砂状的。因此，那些把黏土型筛一筛就装袋的岩沥青使用效果肯定好不了。”沈老说。

“活化”“湿法”工艺让岩沥青迎来真正的春天

砂型矿岩沥青在加工的时候非常困难。“一是破碎，传统的破碎方法研磨曲线太长，反复研磨会形成硬块，而且容易因为高温而使沥青碳化，失去了岩沥青本来的作用。我们创新地采用了瞬间点次破碎，把这个困扰多年的难题给攻克了。二是行业标准里规定岩沥青的含水率≤2%，但在实际加工过程中如果要满足这项指标，烘干温度就需要195℃，沥青已经碳化了，当然就没有任何作用。通过反复实验，我们创造性地提出了布敦岩沥青‘活化’工艺，不强求含水率指标，而是控制好加热温度，让沥青慢慢渗透出来，从而激发其活性，这样出来的活化率能达到100%，没有碳化现象。”张德军说。

“那是不是就不管水分了吗？肯定不行。因为如果沥青混合料里水分多了，轻则产生小气泡，重则出现泡沫，这些都会影响压实效果。在美国采用7000型拌合楼，搅拌时间比我们长40秒，通过延长搅拌时间来烘干。我们通过‘湿法’工艺，将活化后的布敦岩沥青与基质沥青按一定比例采用我们申请专利开发的专用设备拌合、研磨制成布敦岩沥青改性沥青，经过10分钟的拌合，两次蒸发，就能把水分降低到1%以下，因为140℃的高温里水蒸气全部蒸发掉了。”

湖北正康的创新工艺既解决了困扰布敦岩沥青多年的“活化”问题，又巧妙地把含水量的问题通过“湿法”工艺给化解了，可谓一举两得。在传统的“干法”工艺中，岩沥青不经过与基质沥青混溶，直接通过人工或者机械方式投入到拌和锅里与混合料搅拌，存在投放量不准确，不易拌匀，含水量多易产生气泡，颗粒粗，速溶效率低等弊端，因此在具体实践中出现了既有成功的案例，又有失败的教训。

湖北正康开发的具有专利技术的“湿法”专用设备

化学改性沥青不符合可持续绿色发展的时代潮流

在我国沥青道路建设初期，特别是一些等级低的公路，直接用基质沥青与混合料拌合铺设到路面上，结果到了夏天高温时很容易出现沥青泛油，粘连鞋底的现象。这是因为基质沥青的抗高温性能差，40℃以上就软化了。随着改性沥青的出现，这种现象得到彻底改变。改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善，在我国用得比较多的是SBS改性沥青。

“SBS是一种化学改性剂，是苯乙烯+丁二烯+苯乙烯三嵌段共聚物。化学的东西对施工人员和环境都有害，与国家大力倡导的绿色发展理念也不符，而且经过几年的风吹日晒雨淋，其化学成分很容易就分解掉了，这也是为什么三五年之后，沥青路面需要翻修的原因之一。”张德军说，“布敦岩沥青作为一种天然沥青改性剂，这种有效成分添加是一种物理改性，从理论上讲铺设的沥青路面质量寿命比其他化学改性剂要翻一番。”

布敦岩天然沥青是如何实现物理改性的？

沈老介绍说：“我们通过多种试验手段揭示了岩沥青的改性机理，通过扫描电子显微镜观察，能看到布敦岩沥青的微观颗粒是一种天然沥青寄生于各岩石颗粒缝隙中的结构，都是拐状结构，我们称之为‘铰链结构’，这是黏合物的最佳状态，能够使沥青混凝土中的天然沥青与基质沥青互相渗透，沥青与矿粉颗粒互相包裹、镶嵌共混，形成一种彼此交错的两相连续结构。”

二是实验表明，天然岩沥青的沥青质含量达到普通70号基质沥青的10倍以上，两者相混后，沥青中的沥青质含量会增加，胶体结构从溶胶型向凝胶型过渡，沥青软化点和粘度明显上升，而温度敏感性下降。

三是在采用X射线衍射仪器和专业的分析软件对布敦岩沥青的XRD谱图进行物相分析，结果显示其矿物颗粒的碳酸钙含量很高，呈碱性，因此把布敦岩沥青掺入到沥青混合料后，由于矿物质的存在，使得沥青与集料的粘附性和抗剥离性能均得到显著提高。

四是通过对岩沥青的元素分析可知，天然沥青经历复杂的地球化学工程，其硫、氮、氧等杂原子含量很高，可以增加沥青的极性，提高沥青的粘滞力和粘附力，从而增强了抗水损性能。沥青中的表面活性物质越多，与集料的相互作用就越强。

五是通过红外光谱分析，改性后的基质沥青并没有产生新的官能团，说明没有出现化学反应，加入布敦岩沥青只是一个简单的物理混溶过程，这样可以保持沥青中各种物质的稳定性，增强沥青的抗老化性能，具有很好的耐候性。

六是通过沥青的热重分析得出两种沥青的TG-DTG曲线，可以看出加入布敦岩沥青后，失重率比基质沥青下降了18.2%，表明沥青的热稳定性被大大提高了。

七是采用沥青的差示扫描量热分析，对掺加了20%布敦岩沥青的70号基质沥青进行DSC测试，可以看出沥青中结晶性组分的存在形式、数量以及组分的相转化方式发生了变化，部分的熔融温度也发生了变化，改变了沥青的微观结构，各种路用性能提高，极大改善了沥青的抗老化性能，有效延长沥青混凝土的使用寿命。

八是布敦岩沥青自身的软化点非常高，一般可达90℃，根据岩沥青混合料抗高温性能对比验证可以看出，当掺量2.5%的布敦岩沥青时，混合料的高温抗车辙指标优于SBS改性沥青混合料。

当记者问在低温抗冻裂方面的表现时，张德军说：“高温与低温是个矛盾，我们通过添加半饱和蜡，已经把这个问题解决了，目前正在新疆建设兵团做实验路段，效果非常好，预计有三条路会采用我们的方案。”

标准+专利，湖北正康致力打造百年企业

用没用布敦岩沥青对比很明显

与大多数追求“赚快钱”的民营企业家不同的是，张德军一开始做的不是销售，而是与长安大学、交通运输部科学研究院道路结构与材料研究中心等单位进行战略合作，从标准入手，一开始就做好专利技术的申请保护。通过国家ISO质量管理体系认证、环境体系认证和职业安全管理体系认证，通过国家知识产权贯标认证。短短的两年多时间已经申报创新型和实用型发明专利20余项，全面覆盖产品、设备、工艺全流程。到目前为止主持起草的湖北《布敦岩沥青改性沥青路面施工与验收规范》即将发实施，参与起草了安徽的《活化湿法布敦岩沥青改性沥青路面施工技术规范》地方标准已通过立项，由交通运输部科学研究院主持参与起草的中国公路学会团体标准也已通过大纲初审。

张德军说：“虽然我已经到了花甲之年，但我希望能把正康打造成一家百年企业，因此一定要从研发入手，从标准入手，做好知识产权的保护，为企业的持续健康发展奠定基础。这是大自然馈赠给我们的一个非常好的资源，要把它用到极致。”

在张德军看来，布敦岩沥青在道路沥青建设中的应用是对党中央提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念的最好践行。而布敦岩沥青中的骨质胶还有很多用处，目前已经开发生产的油毛毡可折叠，使用寿命可达到几十年。随着研发的进一步开展，还可以应用到化工、纺织等领域。“我希望能在海边建一个中国最大的岩沥青加工基地，让中国的沥青道路全部使用上纯天然的改性沥青，使沥青路面质量寿命翻一番乃至更长，为交通强国建设贡献力量。”张德军有些动情地说。