應(yīng)用于信茂高速PG82改性瀝青生產(chǎn)工藝和技術(shù)指標(biāo)控制

王剛社

摘要：在地處中國南方的廣東地區(qū)，常年氣溫較高，夏季路面溫度高達(dá)70℃，在高溫重載作用下，如何有效地防止和治理車轍病害，已經(jīng)成為我國高等級公路瀝青路面建設(shè)中亟待解決的一個重要課題。為預(yù)防瀝青路面車轍及其引發(fā)的瀝青路面早期病害，為全面提高瀝青的路用性能、改善瀝青混合料，采用PG82改性瀝青是有效的措施之一。在南方高溫氣候去采用PG82改性瀝青，達(dá)到了很好的效果。

Abstract： In Guangdong Province， located in the south of China， the average annual temperature is high， and the pavement temperature in summer is as high as 70°C. Under the effect of high temperature and heavy load， how to effectively prevent and control rut disease has become an urgent topic in the construction of high-grade highway asphalt pavement in China. In order to prevent the rut and early damage caused by rut of asphalt pavement and comprehensively improve the road performance of asphalt and the asphalt mixture， the use of PG82 modified asphalt is one of the effective measures. The use of PG82 modified asphalt in the high temperature climate in the south has achieved very good results.

關(guān)鍵詞：改性瀝青；PG82；SBS改性劑

Key words： modified asphalt；PG82；SBS modifier

中圖分類號：TU528.42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）12-0124-03

1 項目概況

廣東省信宜（桂粵界）至茂名公路LM1合同段項目所在地茂名市地處北回歸線以南，屬熱帶亞熱帶季風(fēng)溫和氣候。該地區(qū)年平均氣溫22.3℃～23℃，月平均最高氣溫28.5℃～38.7℃（七月），經(jīng)計算所得PG82瀝青較為適合，此瀝青可以適應(yīng)瀝青路面表面最高溫度82℃，由于地處南方常年高溫，未考慮0℃以下的最低溫度氣候條件。

2 PG82 SBS改性瀝青生產(chǎn)工藝

廣東省信宜（桂粵界）至茂名公路LM1合同段PG82改性GAC-16C瀝青路面上面層所采用的就是SBS改性瀝青其性能指標(biāo)通過控制達(dá)到PG82等級。

SBS改性劑通常包含橡膠和塑料兩種性能，被稱之為熱塑彈性體，因為其在常溫下具有橡膠的彈性，但在高溫情況下，能夠如熱塑料般熔融流動成為可塑性材料。在實際的改性瀝青生產(chǎn)中SBS改性劑具有良好的應(yīng)用效果，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下方面：一是通過改變?yōu)r青流變學(xué)性質(zhì)，不僅將其粘彈性和延性提高了，還提高了路面的使用性能，客觀上延長了瀝青路面的使用壽命；二是增強了瀝青路面的耐久性，改善了瀝青混合料的強度和防水能力，提高了瀝青與沙石料的結(jié)合力，增大了瀝青的粘附性和粘韌度；三是降低了溫度對瀝青的不利影響，使瀝青的各項使用性能更佳，如此既有利于行車速度的提高，也有利于路面維護(hù)。

2.1 SBS改性瀝青效果與基質(zhì)瀝青的關(guān)系

SBS和瀝青的相容性與基質(zhì)瀝青的組成有關(guān)，所以，隨著瀝青組成的變化，其改性效果也存在一定區(qū)別。比如在瀝青中增加瀝青質(zhì)，會影響到SBS在瀝青中的相容穩(wěn)定性，但會改善改性瀝青的應(yīng)力應(yīng)變行為；在瀝青中增加芳香烴，十分不利于改性瀝青的軟化點與內(nèi)聚力性能，但卻有利于SBS-瀝青相容穩(wěn)定體系的形成?；诖耍ǔr青中瀝青質(zhì)含量在5～10%，芳香烴應(yīng)達(dá)30%以上，如此改性瀝青的效果最佳。

一般來說，基質(zhì)瀝青用通常工藝手段改性后其針入度要下降30-40（0.1mm）。PG82改性瀝青針入度要求40-60（0.1mm），經(jīng)綜合考慮選擇基質(zhì)瀝青為殼牌90號。

2.2 SBS改性劑摻量的確定

將SBS加入到瀝青后，瀝青的軟瀝青質(zhì)組分會被一定程度吸收，導(dǎo)致瀝青組分會進(jìn)行重新分配，此時共混物中的SBS主要以下面三種結(jié)構(gòu)存在：一是SBS吸附瀝青；二是BS與瀝青形成凝膠結(jié)構(gòu)；三是SBS本身在瀝青中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)中，形成“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”部分對提高改性瀝青的綜合性能貢獻(xiàn)最大，而“網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”的形成與SBS加入量密切相關(guān)。本項目生產(chǎn)PG82改性瀝青所用的改性劑為燕化SBS4303。通過檢測不同改性劑摻量的改性瀝青的各項主要指標(biāo)（針入度、軟化點、延度、135℃運動粘度及60℃動力粘度），來研究改性劑摻量變化對瀝青性能的影響。改性劑摻量變化范圍為3.0-6.0%，以體現(xiàn)性能指標(biāo)的變化趨勢。為盡量保證檢測結(jié)果的公正性，在檢測時應(yīng)綜合考慮多項因素，最好在較常用的應(yīng)用范圍（3.0-6.0%）以0.5%為步長進(jìn)行檢測，如此便于檢測結(jié)果的精確控制，具體檢測結(jié)果如表1所示。

通過試驗數(shù)據(jù)比較，對SBS改性劑摻加量對改性瀝青各大指標(biāo)影響分析如下：

①隨著SBS改性劑摻加量的增加，瀝青軟化點提高幅度很大，25℃針入度有大幅下降，使得延度的溫度敏感性降低，5℃延度有很大提高。

②針對PG82改性瀝青，高溫性能要求高，針入度、軟化點、延度三項指標(biāo)相應(yīng)改性劑摻量5.5-6%是相對合適的，但針對135℃運動粘度，JTG F40-2004規(guī)范中要求SBS改性瀝青135℃運動粘度最大值為3Pa.s，自試驗數(shù)據(jù)分析6%改性劑摻量，135℃運動粘度為3.03Pa.s，所以改性劑摻量應(yīng)該保守控制在5.9%以下。

③改性劑摻量5.5-6%區(qū)間，5℃延度有個轉(zhuǎn)折，有下降的趨勢，但下降不明顯，結(jié)果也完全能夠滿足PG82改性瀝青技術(shù)指標(biāo)要求。

通過綜合分析，本項目確定SBS改性劑摻加量為5.7%，改性后各項數(shù)據(jù)滿足要求。試驗結(jié)果如表2。

2.3 設(shè)備的選用

確定SBS改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備及參數(shù)選擇的依據(jù)，是設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)能力，項目選用了Y90L-2膠體磨，在面對乳化設(shè)別膠體磨的采購選用上，既要確保改性瀝青剪切達(dá)到一定的效果，同時其價格和性能穩(wěn)定性都要得到不同的保證。

目前市場上的改性瀝青膠體磨有幾個比較大的品牌如江陰市鑫路建筑設(shè)備有限公司JM系列改性瀝青膠體磨、河北廊坊正瑞機械有限公司生產(chǎn)的膠體磨和嘉興米德機械有限公司生產(chǎn)的膠體磨，其各項技術(shù)參數(shù)對比，我們與其嘉興米德機械有限公司根據(jù)實際施工需要，聯(lián)合研制的MIDE改性瀝青膠體磨進(jìn)行生產(chǎn)，其效果較好。

MIDE-12膠體磨是結(jié)合當(dāng)前國外先進(jìn)制造技術(shù)，針對當(dāng)前乳化瀝青及改性乳化瀝青生產(chǎn)需要，專門研制的代表國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平的產(chǎn)品，整體不銹鋼構(gòu)造，外形美觀，質(zhì)量可靠，是配套乳化瀝青及改性乳化瀝青設(shè)備的最優(yōu)選擇。

MIDE改性乳化膠體磨是一種高剪切改性乳化瀝青膠體磨，其組成部分包括多級轉(zhuǎn)子/定子均化齒具，其中齒具速度可達(dá)50m/s，轉(zhuǎn)子和定子由幾個徑向開槽和/或鉆孔的同心環(huán)組成。因為采用齒形環(huán)結(jié)構(gòu)，其剪切效率和輸送能力極高，其特性使之在眾多改性瀝青設(shè)備中成為最佳的設(shè)備：

2.3.1 MIDE膠體磨特點

產(chǎn)品特點：通體優(yōu)質(zhì)不銹鋼材質(zhì)，并有相當(dāng)硬度，可適應(yīng)各種pH值乳化瀝青，經(jīng)久耐用；采用特殊設(shè)計的軸封可保證長期連續(xù)工作不泄露；導(dǎo)熱油加溫預(yù)熱，安全快捷；特殊磨片設(shè)計，大大提高研磨剪切精度；與大功率電機集成連接，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝使用。

該設(shè)備生產(chǎn)特點：①物料可以全部進(jìn)入工作腔。②無死角。③連續(xù)混合乳化和分散方法。④低噪音、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。⑤正、反方向均可轉(zhuǎn)動，可雙倍提高剪切功效，延長使用壽命。⑥機械密封性能提高。

2.3.2 改進(jìn)后MIDE膠體磨的性能說明

先進(jìn)的工程解決方案可滿足特殊的要求，高精度的設(shè)計和準(zhǔn)確的材料選擇大大提高了其實用性和可靠性；單級均化流程，降低了能源消耗；生產(chǎn)方式的改進(jìn)大大提高了生產(chǎn)率；將系統(tǒng)封閉起來，有效避免了介質(zhì)被污染或流失的可能性；采用最先進(jìn)的合金和雙相不銹鋼材料，即使面對惡劣狀況依然能夠發(fā)揮價值和作用；可從膠體磨后部調(diào)整膠體磨間隙調(diào)節(jié)-轉(zhuǎn)子與定子間間隙，不必再打開或拆除磨。通過調(diào)整間隙，可實現(xiàn)各種類型高品質(zhì)乳化瀝青的生產(chǎn)，使乳化瀝青具有更佳的粒徑分布。正因為如此，將膠體磨應(yīng)用在連續(xù)生產(chǎn)的流程中可實現(xiàn)較為經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方式。

本課題組根據(jù)項目的要求，大膽采用國外同行先進(jìn)設(shè)備，經(jīng)過使用掌握后其技術(shù)性能后，通過對國內(nèi)各大生產(chǎn)膠體磨的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行考核后，并與廠家科研人員聯(lián)合，研制出更能滿足我國目前對改性瀝青產(chǎn)品需求的膠體磨，同時對整個行業(yè)的生產(chǎn)起到的一定促進(jìn)作用，同時也為推進(jìn)國產(chǎn)設(shè)備作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

由于此項技術(shù)的實現(xiàn)，對比行業(yè)內(nèi)改性瀝青膠體磨機械設(shè)備，其生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效果都得到了大幅提高，同時對比購買外國機械設(shè)備節(jié)約100多萬元。

2.4 改性瀝青生產(chǎn)溫度控制

在改性瀝青生產(chǎn)工藝中不僅原料和設(shè)備對其質(zhì)量的影響巨大，溫度控制也是關(guān)鍵。一般來說，180℃左右是SBS改性劑的熔點，通過加熱基質(zhì)瀝青，隨著其溫度的不斷升高，SBS改性劑越容易被溶化。但要注意的是并不是溫度越高越好，一旦瀝青溫度過高，很容易出現(xiàn)瀝青老化問題，且SBS改性劑也在溫度不斷升高的同時被逐漸溶解，如此勢必會影響瀝青的使用性能，因此，應(yīng)采取有效措施將溫度控制在合理范圍內(nèi)，即165-180℃之間。本工程PG82改性瀝青生產(chǎn)溫度控制為175±5℃。

2.5 成品改性瀝青的存儲

成品改性瀝青存儲至關(guān)重要，必須做好成品改性瀝青存儲工作，只有這樣才能確保瀝青供應(yīng)及時，且便于隨時監(jiān)測和管理。而要想達(dá)到上述目的，不僅要保障一定的生產(chǎn)能力，同時還應(yīng)配備存儲設(shè)備，即存儲罐。通常存儲罐有兩種，分別是立式和臥式。在存儲罐中改性瀝青需不斷攪拌或循環(huán)，因為SBS改性劑屬于非極性化合物，但改性瀝青中包含較多的極性化合物，兩者同存在于存儲罐，瀝青瀝青容易沉積在下部，而SBS改性劑易聚集在上部，從而出現(xiàn)離析現(xiàn)象。

SBS改性瀝青對存儲溫度要求較高，需對其進(jìn)行嚴(yán)格控制，在供應(yīng)緊張的情況下可將存儲溫度控制在165-170℃之間，SBS改性瀝青進(jìn)出存儲罐都需攪拌或循環(huán)一定時間，且存儲之間也應(yīng)每天定期對其進(jìn)行攪拌或循環(huán)。但需要注意的是攪拌或循環(huán)雖不可或缺，但其次數(shù)也不應(yīng)過多，究其原因包括：一是瀝青在受熱情況下會不斷揮發(fā)輕質(zhì)油分，使得其不斷變硬變脆，影響其黏結(jié)性；二是若瀝青和空氣接觸過多，老化在所難免；三是瀝青在管道內(nèi)不讀運行并由儲存罐頂處灑落到罐內(nèi)時，會增大瀝青的表面積，從而使瀝青的氧化反應(yīng)加??；四是過多的攪拌或循環(huán)瀝青，會降低瀝青溫度，且在不斷升高、降低瀝青溫度的過程中成本也隨之增加了，更關(guān)鍵的是容易使瀝青老化。

3 結(jié)論

①SBS改性瀝青效果和基礎(chǔ)瀝青直接相關(guān)。瀝青質(zhì)含量和芳香烴含量過高都不利于其使用性能的發(fā)揮。

②SBS加入量的改變會直接影響到改性瀝青效果。SBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%時改性瀝青軟化點和延度性能良好，但一旦該數(shù)值超過6%，改性瀝青的各方面參數(shù)就會趨于平緩。綜合考慮改性瀝青成本和PG82改性瀝青技術(shù)指標(biāo)，本項目SBS的加入量以5.7%為宜。

③SBS改性瀝青加工設(shè)備選擇也尤為重要，能夠?qū)Ω男詣┻M(jìn)行充分研磨。

④改性瀝青生產(chǎn)溫度控制是個關(guān)鍵因素，生產(chǎn)改性瀝青時基質(zhì)瀝青溫度應(yīng)控制在175±5℃為宜。改性瀝青儲存時，如時間過長溫度應(yīng)控制在150-160℃之間。

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