SBS改性瀝青的生產(chǎn)及質(zhì)量控制

張永忠

(武威公路管理局,甘肅武威 733000)

SBS改性瀝青的生產(chǎn)及質(zhì)量控制

張永忠

(武威公路管理局,甘肅武威 733000)

SBS改性瀝青的應(yīng)用對(duì)提高瀝青路面的質(zhì)量,延長道路的使用壽命和維修周期具有重要作用。為了提高SBS改性瀝青的質(zhì)量和使用品質(zhì)。在采用常規(guī)試驗(yàn)方法和通過對(duì)材料的選擇,配伍性及加工工藝的研究、分析SBS改性瀝青質(zhì)量影響因素,尋找出適合生產(chǎn)SBS改性瀝青各種改性劑及生產(chǎn)工藝。

SBS改性瀝青 生產(chǎn) 質(zhì)量控制

隨著高速公路的快速發(fā)展，交通量的不斷增長，車輛大型化和重載、超載車輛的不斷增加，交通對(duì)公路的使用質(zhì)量要求越來越高。而瀝青路面質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵取決于瀝青材料的品質(zhì)。過去采用的普通瀝青修建的高速公路，運(yùn)營了3-4年后，相繼出現(xiàn)了車轍、油包等病害，嚴(yán)重影響行車安全。近幾年筆者所在的西北地區(qū)氣候變化異常，嚴(yán)酷的氣候條件對(duì)路面造成了更大的危害，夏節(jié)火熱、冬季寒冷，公路處在嚴(yán)峻氣候條件的考驗(yàn)中。普通瀝青已不能適應(yīng)和滿足交通發(fā)展的需要和嚴(yán)酷的氣候條件。為了提高瀝青路面的使用性能，目前國內(nèi)外在高速公路的新建及養(yǎng)護(hù)中已普遍采用SBS改性瀝青，SBS改性瀝青可顯著提高瀝青路面的使用性能，具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，增強(qiáng)與石料的粘結(jié)力，是一種優(yōu)良的道路施工材料。筆者在所在單位材料研發(fā)基地對(duì)SBS改性瀝青的生產(chǎn)及質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了學(xué)習(xí)研究，現(xiàn)就其生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制方面的內(nèi)容總結(jié)如下。

1 SBS改性瀝青的生產(chǎn)

1.1 改性劑的選用

改性瀝青的好壞取決于改性劑。聚合物改性劑的分類為熱塑性橡膠類、橡膠類、樹脂類三種，SBS是苯乙烯和丁二烯嵌段共聚物 它兼有橡膠和塑料兩種性能，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下能像熱塑料般熔融流動(dòng)成為可塑性材料，因而稱熱塑彈性體。其主要特點(diǎn)是：改變了瀝青流變學(xué)性質(zhì)，粘彈性和延性提高，路的抗沖擊能力、抗開裂能力、耐磨耗能力都大大增加，延長了道路使用壽命；增大了瀝青的粘附性和粘韌度，提高了瀝青與砂石料的結(jié)合力，改善了道路的強(qiáng)度和防水能力，增強(qiáng)了路面的耐久性：降低了瀝青的溫度敏感性，改善后針入度下降，軟化點(diǎn)升高，彈塑范圍擴(kuò)大，耐流動(dòng)變形性能力得到改善，路面平坦性能和抗車轍性能得到提高，使行車速度提高，路面維護(hù)減少。根據(jù)苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子結(jié)構(gòu)的差異，SBS分為線型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)兩種。通過實(shí)驗(yàn)表明，SBS星型的改性效果最好， 但在加工性能方面．線型要比星型加工容易得多。本研發(fā)基地經(jīng)過實(shí)驗(yàn)采用燕山石化總廠生產(chǎn)的1301線型及4303星型改性劑，并采用4303和1301復(fù)配方式進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，配復(fù)比例為4303：1301為1．5%：2．5%，根據(jù)膠體磨的研磨效果結(jié)合自己的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出的改性瀝青改性效果較好。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，確定在實(shí)際生產(chǎn)中將摻加4%劑量的改性瀝青用于瀝青路面中面層，摻加5%劑量的改性瀝青用于上面層。

1.2 瀝青的選用

基質(zhì)瀝青的品牌及性質(zhì)對(duì)改性瀝青的影響也較為明顯。在SBS改性瀝青生產(chǎn)中所選基質(zhì)瀝青要符合《公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，其中明確規(guī)定加工改性瀝青的基質(zhì)瀝青必須符合重交瀝青的要求。重交瀝青強(qiáng)調(diào)了含蠟量的要求，SBS改性瀝青的突出優(yōu)點(diǎn)是低溫延伸性能的大幅度提高．因而對(duì)基質(zhì)瀝青的低溫延度也有較高要求。同時(shí)基質(zhì)瀝青中含蠟量高低跟改性瀝青的感溫性能相溶性也有直接關(guān)系。含蠟量高，基質(zhì)瀝青與SBS的相溶性差，改性效果不理想。因此在改性的過程中考慮瀝青與改性劑的配伍性，在試驗(yàn)生產(chǎn)中選擇了韓國SK-90#、中海36-190#號(hào)，濱化90#瀝青，三種瀝青進(jìn)行室內(nèi)配伍試驗(yàn)。韓國SK瀝青改性效果良好，故在生產(chǎn)中選擇了SK-90#瀝青作為生產(chǎn)SBS改性瀝青的基質(zhì)瀝青。瀝青其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

1.3 穩(wěn)定劑的選用

改性瀝青生產(chǎn)方式有現(xiàn)場(chǎng)加工和成品生產(chǎn)兩種工藝?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)加工一般是改性瀝青設(shè)備與拌和樓配合使用，生產(chǎn)出的改性瀝青在儲(chǔ)存罐中稍作保溫存放即輸入拌和樓。這種工藝一般不需加入穩(wěn)定劑，只要保溫?cái)嚢杓纯?。而生產(chǎn)成品改性瀝青需要存儲(chǔ)運(yùn)輸，放置時(shí)間長。由于瀝青中含有較多的極性化合物，SBS的粘度大，易集中在上部，而瀝青則沉在下部．即產(chǎn)生離析現(xiàn)象。這種不穩(wěn)定性對(duì)生產(chǎn)成品SBS改性瀝青的存儲(chǔ)是不利的，尤其在長途運(yùn)輸時(shí)更不容易解決。穩(wěn)定劑在改性瀝青的儲(chǔ)藏中起著尤為重要的作用。改性劑與基質(zhì)瀝青之間只是暫時(shí)的物理混合，經(jīng)過一段時(shí)間后，改性劑會(huì)發(fā)生離析。為了防止聚合物的離析，加入穩(wěn)定劑后才能制成均勻的、穩(wěn)定性好的改性瀝青產(chǎn)品。由于SBS改性瀝青生產(chǎn)好后需要經(jīng)過發(fā)育的過程，所以考慮到在大型的儲(chǔ)藏罐中保存較長時(shí)間且不造成瀝青的離析就必須添加SBS改性瀝青穩(wěn)定劑。材料研發(fā)基地經(jīng)過多次試驗(yàn)在加工生產(chǎn)時(shí)添加0．3%的SBS改性瀝青穩(wěn)定劑后的改性瀝青儲(chǔ)存時(shí)間長，效果較為明顯。

表1 SBS的配比試驗(yàn)表

表2 SK—90號(hào)基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

1.4 設(shè)備的選用

SBS改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備選擇的依據(jù)是成套設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，而設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力首先要確定成套設(shè)備中主導(dǎo)設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力．然后以此為基礎(chǔ)來匹配其他設(shè)備的生產(chǎn)能力。對(duì)于SBS改性瀝青成套設(shè)備來說，研磨機(jī)是其核心設(shè)備。目前用于SBS改性瀝青生產(chǎn)的研磨機(jī)和高速剪切磨機(jī)無論哪種類型，要確?；旌狭系难心ベ|(zhì)量，磨盤之間的間隙必須調(diào)準(zhǔn)確。本材料研發(fā)基地采用的是山東大山路橋有限責(zé)任公司生產(chǎn)的改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備，具備大型成品生產(chǎn)的工藝，每小時(shí)可生產(chǎn)40噸改性瀝青。

2 生產(chǎn)質(zhì)量控制

SBS改性瀝青的生產(chǎn)主要為基質(zhì)瀝青、改性劑、穩(wěn)定劑的混合物進(jìn)行剪切、碾磨、發(fā)育的過程。生產(chǎn)出合格的SBS改性瀝青必須控制好以下幾點(diǎn)：

2.1 溫度控制

控制瀝青的溫度是SBS改性瀝青生產(chǎn)及質(zhì)量控制的關(guān)鍵。SBS改性劑的熔點(diǎn)在180℃左右，基質(zhì)瀝青的溫度越高，SBS越容易被溶化，并能加快瀝青的溶解速度。但是瀝青的溫度越高，瀝青自身也容易老化所以基質(zhì)瀝青的溫度控制一方面要考慮其自身老化問題， 另一方面要考慮SBS的溶化。一般溫度應(yīng)控制在165℃～180℃之間。SBS具有較好的柔韌性，并易于加工。如果SBS改性劑的加熱溫度超過190℃時(shí)，SBS就會(huì)被不同程度的氧化、焦化、分解、降解造成使用性能下降。另外改性瀝青存儲(chǔ)時(shí)的溫度也要重視．根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，SBS改性瀝青長時(shí)間的在高溫條件下存儲(chǔ)時(shí)，使用性能會(huì)有所下降，在150℃～160℃時(shí)存儲(chǔ)則各項(xiàng)指標(biāo)變化量不大。

2.2 改性瀝青相容性控制

一般認(rèn)為，聚烯烴類的改性劑，與飽和烴含量高的瀝青相容性好，而橡膠類的改性劑如SBS與芳烴含量高的瀝青相容性較好。根據(jù)這一特點(diǎn)，本材料研發(fā)基地在對(duì)SBS改性瀝青制備工藝研究過程中，根據(jù)基質(zhì)瀝青的性質(zhì)，使用一種富含芳烴的軟組分，對(duì)SBS進(jìn)行預(yù)處理，制備SBS母液，其添加量為4%--5%，然后再將母液與基質(zhì)硬瀝青混合，同時(shí)加入穩(wěn)定劑，以提高與瀝青的相容性。

2.3 生產(chǎn)工藝控制

SBS在瀝青中的分散是一個(gè)物理和物理化學(xué)過程，由于瀝青是一種復(fù)雜的高分子烴類有機(jī)膠結(jié)材料，聚合物也是高分子材料，因此要想使這兩種材料成為均勻分布的可供工程及養(yǎng)護(hù)使用的性能穩(wěn)定的材料，必須選擇合適的加工工藝，并掌握好剪切時(shí)間及剪切溫度。實(shí)踐證明，生產(chǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速、剪切時(shí)間、溫度都會(huì)使改性瀝青的性能發(fā)生變化。材料研發(fā)基地在多次試驗(yàn)中得出當(dāng)加入SBS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，剪切2h，剪切溫度從160-220℃時(shí)，制成改性瀝青的性能指標(biāo)均滿足要求。

2.4 存儲(chǔ)成品改性瀝青的質(zhì)量控制

成品改性瀝青的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)檢查質(zhì)量，保證使用性能：(2)供應(yīng)及時(shí)。存儲(chǔ)成品改性瀝青，就需要有相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備。存儲(chǔ)罐有立式和臥式兩種，改性瀝青在存儲(chǔ)罐中需要攪拌或循環(huán)，因?yàn)楦男詾r青中含有較多的極性化合物，并且SBS的粘度大，易聚集在上部，而瀝青則沉在下部，產(chǎn)生離析現(xiàn)象，雖然SBS改性瀝青中已加入一定比例的穩(wěn)定劑 但還是有必要定期攪拌或循環(huán)以達(dá)到上下均勻不產(chǎn)生離析的目的。另外SBS改性瀝青的存儲(chǔ)溫度也需要嚴(yán)格控制。如前面所提到的，一般在150℃～160℃之間。當(dāng)然也可以根據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間來確定攪拌或循環(huán)的間隔和溫度。在供應(yīng)緊張時(shí)，存儲(chǔ)溫度可設(shè)定165℃～170℃之間，在SBS改性瀝青進(jìn)出存儲(chǔ)罐時(shí)各攪拌或循環(huán)一定時(shí)間如存儲(chǔ)時(shí)間較長，存儲(chǔ)溫度可設(shè)定到150℃～160℃之間，每天攪拌或循環(huán)一定時(shí)間。攪拌或循環(huán)也不能太頻繁，因?yàn)椋?)由于受熱使瀝青中的輕質(zhì)油分不斷揮發(fā)．使瀝青變硬變脆，降低黏結(jié)性。2)高溫下瀝青過多的與空氣接觸，與空氣中的氧氣會(huì)發(fā)生一些聚合反應(yīng)，瀝青也會(huì)發(fā)生一定程度的老化：3)瀝青在管道內(nèi)不斷運(yùn)行并由儲(chǔ)存罐頂處灑落到罐內(nèi)時(shí)．瀝青的表面積增大瀝青將發(fā)生氧化反應(yīng)。 4)頻繁攪拌或循環(huán)還會(huì)降低瀝青自身溫度 這樣瀝青溫度反復(fù)升高降低既加大成本又容易老化。

3 結(jié)語

SBS改性瀝青生產(chǎn)中則必須考慮原料．設(shè)備、溫度、存儲(chǔ)等多方面因素及時(shí)控制，才能既保證質(zhì)量又降低成本。由于SBS改性瀝青可以全面提高瀝青路面的高溫抗車轍性能 低溫抗裂性能、水穩(wěn)性能、耐疲勞性能、抗老化性能、表面服務(wù)性能和行車舒適性能。因此推廣應(yīng)用改性瀝青混合料路面，已成為我國公路建設(shè)的迫切需要 改性瀝青的用途、用量前景看好。

[1]路用新材料(白俄羅斯B.A.韋連科著;汪福卓譯).

[2]張德勤,范耀華,師洪俊.石油瀝青的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].中國石化出版社.

[3]王濤,才洪美,張玉貞.SBS改性瀝青機(jī)理研究[J].石油瀝青.

[4]《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》,JTGF4—2004.

[5]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTJE40—2007.

[6]《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》JTJ073—96.

張永忠(1972—),男,漢族,甘肅武威人,工程師,本科,主要從事改性瀝青生產(chǎn)方面研究。