浅谈改性沥青生产工艺

浅谈改性沥青生产工艺 江苏省无锡市公路管理处 陈卫东 秦哲伟 摘 要 SBS改性沥青以其突出的路用性能已逐渐被公路建设行业所认可，并不断推广使用， 本文从SBS改性沥青 相溶性机理和原料选择、生产、存储等工艺方面作了较详尽 的阐述。 关键词 SBS改性沥青 相溶性机理 生产工艺 我国国民经济高速发展带来了公路交通量迅速增长、车辆大 型化和繁重的道路运输。尽管 许多公路沥青路面使用了符合要求 的重交通道路沥青或进口沥青，仍不能满足需要，沥青 路面的车辙、开裂、脆性坑槽等病害十分严重。就沥青而言，影响沥青路面使用性能的因素 有沥青混合料的沥青用量、接触面沥青膜厚薄、沥青层厚度、沥青流遍特性、沥青的油源及 沥青标号、感温性、感时性、沥青老化性、沥青化学组分以及沥青与石料的粘附性、粘度等。 为全面提高沥青的录用性能、改善沥青混合料，采用改性沥青是有效的措施之一。本文即从 SBS改性沥青的改性原理入手，对其生产工艺的相关问题作简要的阐述。 1 改性沥青相溶性机理 改性沥青是由高分子聚合物改性剂作为分散相，用物理的方法以一定的粒径均匀地分散到粒 径连续相重新构成的体系。聚合物之间存在部分的吸附，极易发生两相之间的离析。相溶性 好是指作为分散相的聚合物以一定的径粒，均匀分布在沥青相，改性效果显著。所以，SBS改性沥青的生产问题就是沥青与SBS的相溶性问题。如果两者的相融性不好，则沥青会发 生离析，使改性沥青的技术指标受到很大的影响。 2 生产改性沥青的原料 生产改性沥青的原料包括基质沥青、SBS改性剂和稳定剂等。 2.1 基质沥青的选择 SBS改性沥青是在基质沥青中掺加少量的热塑性橡胶，通过 一定的工艺加工而成，改性沥 青的性质与基质沥青密切相关。因此要生产符合规范要求的改性沥青，选择基质沥青是关键。 2.1.1 基质沥青与改性剂SBS的相配性 石油沥青的组成和性质差异，归根到底是由原油的组成和性质差异。研究明，沥青是复杂 的混合物，在环境温度时呈现弹性型。优质沥青由于其含有适宜的饱和烃、芳香烃、胶质、 沥青质组成比例，掺入改性剂时由于足够的软相沥青质、芳香族溶解，形成沥青/体系均匀结构的混合物。但是机制沥青的三大指标并不能完全反映沥青功能的组分性质。因此我们在 生产中采用 试验用高速剪切机，对机制沥青取样改性，考察不同改性剂品种，最终选定合 适的配方及工艺。 2.1.2 选用合适的机制沥青标号 改性沥青的等级是按25?针入度来区分的。一般来说，基质沥青用通常工艺手段改性后其 针入度要下降20-25。如70号重交沥青改性后针入度一般在45-50左右，只能符合I-D级要求。所以，加工I-D级一般选用70号沥青，I-C级一般选用90号沥青，I- B级一般选用110号沥青。 2.1.3 基质沥青要符合重交沥青的技术要求 目前的路用沥青有普通道路沥青和重交通沥青。通过两者的性能对比发现，重交沥青强调了 15?延度及含蜡量的要求。SBS 改性沥青的突出优点就是低温延伸性能的大幅度提高，因 而对基质沥青的低温延度也有较高要求。同时，基质沥青中含蜡量的高低，与改性沥青的感 温性能相溶性也有直接关系。即含蜡量高时基质沥青与SBS的相溶性差，改性效果不理想， 其感温性能指标PI值也越小。因此在《公路改性沥青路面施工技术规范》 (JTJ036-98)中明确规定了加工改性沥青的基质沥青必须符合重交沥青的要求。 2.2 SBS改性剂 SBS改性剂兼有橡胶和塑料两种性能，常温下具有橡胶的弹性，高温下能象热塑料般熔融流 动成为可塑性材料，因而称热塑弹性体。SBS改性剂在改性沥青生产中的应用效果最理想， 其主要特点是: 1)改变了沥青流变学性质，粘弹性和延性提高，路面的抗冲击能力、抗开裂能力、耐磨耗能 力都大大增加，可延长沥青路面的使用寿命; 2)增大了沥青的粘附性和粘韧度，提高了沥青与沙石料的结合力，改善了沥青混合料的强度 和防水能力，增强了沥青路面的耐久性; 3)降低了沥青的温度敏感性，使沥青的针入度和软化点下降、弹塑范围扩大，耐流动变形性 能力得到改善，使沥青路面平坦性能和抗车辙性能得到提高，使行车速度提高，路面维护减 少。 根据苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子结构的差异， SBS改性剂分为线型结构和星型结构两种。实验表明，星型SBS 改性剂效果最好。但在加工性能方面，线型的要比星型的 加工容易得多。在生产过程中应根据基质沥青、加工工艺选择合适的SBS改性剂。我单位经过实验，根据胶体磨的研磨效果结合自己的生产工艺，选用岳阳石化巴陵牌SBS791和SBS898型混合料，改性效果显著。 2.3 稳定剂的选用 改性沥青生产方式有现场加工和成品生产两种工艺。现场加工一般是改性沥青设备与拌和楼 配合使用，生产出的改性沥青在储存罐中稍作保温存放即输入拌和楼。这种工艺不需要加入 稳定剂，只要保温搅拌即可。而成品生产改性沥青的存储、运输，放置时间长，由于沥青中 含有较多的极性化合物，而SBS改性剂是属于非极性化合物，粘度大，易集中在上部，因 此沥青则容易沉在下部，即产生离析现象。这种不稳定性对生产成品SBS改性沥青的存储是不利的，尤其在长途运输时更不容易解决。加入稳定剂可以降低沥青相与SBS相之间的界面能，SBS相的分散， 强化了两相间的粘和。同样，稳定剂的选用也需要根据沥青型号 来选择;在生产前必须进行实验，选用合适的稳定剂。 3 设备的选用 确定SBS改性沥青生产设备及参数选择的依据，是设备的设计生产能力，而设计生产能力 要依托成套设备中主导设备的设计生产能力，然后以此为基础来 匹配其他设备。 在SBS改性沥青成套设备中，研磨机是核心设备，而溶胀反应釜则是主导设备。其他设备 以此为依据进行匹配。我公司引进法国埃尔蒙特改性沥青生产设备，其研磨机为德国SIEFER生产的TRIG O NAL胶体磨，三个容积为4.5T的反应釜，生产能力为 10-12T/h。 需要指出的是，研磨机是整个工艺流程中最关键的设备，目前用于SBS改性沥青生产的研磨机和高速剪切磨机，无论那种类型，均要确保混合料的研磨质量，磨盘之间的间隙必须调 准确。间隙过大，SBS混合料粒径不够小，SBS与沥青混合不充分、不均匀，从而影响质 量；间隙过小(1mm以下)，强力的摩擦力 会使SBS改性沥青的温度上升，有可能使沥青老 化。此外，齿面间隙的大小还会影响研磨机进出口压差、电能消耗等。 4 温度控制 在改性沥青生产工艺中，除原料、设备外，最重要的是温度控制。SBS改性剂的熔点在180?左右，基质沥青的加热温度越高，SBS改性剂越容易被溶化、并能加快沥青的溶解速度。但 是，沥青的温度过高，沥青容易老化;SBS改性剂会被氧化、焦 化、分解、降解，造成使用性能下降。所以基质沥青的温度应控制在165?-180?之间。另外，改性沥青存储时的温度 也要重视。使用表明，SBS改性沥青长时间的在高温条件下存储时使用性能会有所下降，在 150?-160?存储时，其各项指标变化不大。 5 成品改性沥青的存储 成品改性沥青存储的优点在于，一可以随时监测，检查质量， 保证使用性能；二供应及时。要做到及时供应，除了生产能力的 保障外还要配备存储设备——存储罐。存储罐有立式和 卧式两 种。改性沥青在存储罐中需要搅拌或循环，因为改性沥青中含有 较多的极性化合物，而SBS改性剂属于非极性化合物且粘度较 大，易聚集在上部，沥青容易沉积在下部，产生 离析现象。 如前所述，SBS改性沥青的存储温度也需要严格控制。供应 紧张时存储温度可设定165?-170?之间，在SBS改性沥青进 出存储罐时各搅拌或循环一定时间；如存储时间较长，存 储温度可设定到150?-160?之间，每天搅拌或循环一定时间。存储罐内的SBS改性沥青的搅拌或循环也不宜太频繁，因为:(1)由于受热使沥青中的轻质油分不断挥发，使沥青变硬变 脆，降低黏结性；(2)沥青过多地与空气接触，会发生一定程度的老化；(3)沥青在管道内不断运行并由储存罐顶处洒落到罐内时，沥青的表面积增大，将增加沥青的氧化反应。 (4)频繁搅拌或循环还会降低沥青温度，沥青温度反复地升高、降低，既加大成本又容易使沥青老 化。 5 结束语 SBS改性沥青可以全面提高沥青路面的高温抗车辙性能、低 温抗裂性能、水稳性能、耐疲劳性能、抗老化性能、表面服务性能和行车舒适性能。 在SBS改性沥青的生产过程中，必须考虑原料、设备、温 度、存储等多方面因素，只有实 时控制，才能既保证质量又降低成本。 事实业已证明：推广应用改性沥青修筑沥青混合料路面，已成为我国公路建设的迫切需要;改性沥青的用途及市场前景看好。 参考文献 1、沥青及沥青混合料路用性能.北京:人民交通出版社，2001. 2、中华人民共和国行业标准.公路改性沥青路面施工技术规 范(JTJ036-98).北京:人民交通出版社，1999. 3、SBS改性沥青的生产与应用.北京:人民交通出版社，2001. 4、日本改性沥青协会.改性沥青手册.虞文景翻译.2001. 5、中国公路(第16期).国产重交沥青改性的研究.梁清源，陈伟 三.2003工程建设机械2004.NO.5 使用与维修 本文来源：中国路面机械网