SBS改性、乳化及橡膠瀝青一體機的制備及工藝探討

[摘 要]隨著我國公路通車?yán)锍痰牟粩嘣鲩L和交通量的與日俱增，對瀝青路面和原材料提出了更高的要求，本文分析了各種改性瀝青的基本工藝、技術(shù)原理，提出了SBS改性、乳化和橡膠瀝青一體機。

[關(guān)鍵詞] SBS改性瀝青 乳化瀝青 橡膠瀝青 一體機 材料 工藝探討

隨著公路建設(shè)事業(yè)突飛猛進的發(fā)展，公路的改建、拓寬、升級取得了可喜的成績，公路的通車?yán)锍檀蠓仍鲩L，截止2012年底，全國等級公路里程已達到360.96萬公里。

通車?yán)锍痰牟粩嘣黾樱嚵髁亢蛙囕d的不斷增大，對普通石油瀝青的性能已無法滿足路用性能的需要，而采用把普通瀝青添加SBS、橡膠粉等改性以解決路面抗滑、耐久性及大荷載的問題，是當(dāng)前國內(nèi)外公路工程學(xué)術(shù)界的共識。

1.SBS改性、乳化及橡膠瀝青的生產(chǎn)方法

目前， 在道路工程中制作改性瀝青常用的方法是把SBS、EMA、EVA及廢橡膠粉等添加劑摻配到瀝青中，同瀝青形成混合體。改性瀝青及混合料的高溫穩(wěn)定性，提高了瀝青路面的高溫抗車轍能力；改善瀝青與集料的粘附性，提高瀝青與集料之間的粘結(jié)力，從而大大降低了路面水損害的發(fā)生；改性瀝青的使用大大延長路面的疲勞壽命，延長養(yǎng)護的周期，減少二次投入，提高經(jīng)濟效益。

選用的改性劑不同，而采用的機械設(shè)備和工藝也不盡相同。SBS改性瀝青有三種生產(chǎn)工藝：傳統(tǒng)機械攪拌法、溶劑法和高剪切法。其中機械攪拌法設(shè)備簡單，生產(chǎn)周期長，但對SBS等改性劑與基質(zhì)瀝青相容性要求比較高；溶劑法是把改性劑溶解在溶劑中，溶液與液態(tài)熱瀝青混合，再在負壓下回收溶劑。該法生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，而且改性瀝青成品中有少量溶劑殘留；為了解決改性瀝青路用性能的局限性，國內(nèi)外近年來隨著研究的深入在改性瀝青的生產(chǎn)工藝上有了重大改進，改性劑混入瀝青中以后不僅僅通過簡單的機械攪拌，還要通過膠體磨的剪切研磨，稱之為高剪切法。目前世界上著名的膠體磨生產(chǎn)企業(yè)有德國希費爾（SIEFIR）公司，德國伯聶哈分（BENNINGHOVE）公司，美國的道維施（Dalworth）公司，山西的交科機電設(shè)備有限公司等.

乳化瀝青生產(chǎn)過程一般分為瀝青配置，皂液配置，瀝青乳化和乳液儲存四個主要工序。用機械分散法生產(chǎn)乳化瀝青的工藝流程是：將瀝青加熱到額定溫度，將水、乳化劑、外摻劑（穩(wěn)定劑，酸）等混合到一起并加熱到額定溫度，然后將加熱瀝青與皂液一起送入膠體磨，即可生產(chǎn)出成品乳化瀝青。成品乳化瀝青可放入儲存罐內(nèi)，隨時供施工應(yīng)用。

橡膠粉改性瀝青的改性原理是輪胎橡膠粉粒在充分拌合的高溫條件下與基質(zhì)瀝青充分熔脹反應(yīng)形成的改性瀝青膠結(jié)材料。橡膠粉改性瀝青對基質(zhì)瀝青的使用性能有很大的改善，且優(yōu)于目前常用的改性劑SBS、SBR、EVA等制成的改性瀝青。目前橡膠瀝青的生產(chǎn)工藝是傳統(tǒng)熱熔法， 傳統(tǒng)熱熔法是將加熱后的基質(zhì)瀝青和膠粉加入到混合罐中進行混合，然后泵送入反應(yīng)罐進行高溫溶脹。。

目前，我國研究及生產(chǎn)企業(yè)已開發(fā)了多種SBS改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備、乳化瀝青設(shè)備及橡膠瀝青設(shè)備，但大多數(shù)型號的產(chǎn)品僅能生產(chǎn)一種或兩種改性瀝青。不僅作業(yè)效率低，而且生產(chǎn)成本高。為適應(yīng)公路建設(shè)的迫切需要，山西省交通科學(xué)研究院適時研發(fā)了改性、乳化及橡膠瀝青設(shè)備制備的一體機，“一機多能”，提高機械的使用效益。

2.SBS改性、乳化及橡膠瀝青一體機的制備及生產(chǎn)工藝

改性、乳化及橡膠瀝青設(shè)備主要技術(shù)特征是采用了目前國際最先進的以多層刀齒內(nèi)嚙合為特點的高速剪切技術(shù)，配以獨立設(shè)計的改性劑高速打散及螺旋上料、多層上翻攪拌式預(yù)混配料罐、連續(xù)作業(yè)管路系統(tǒng)及整機自動控制系統(tǒng)等主要部分。同時采用了PLC可編程控制及直觀式工作狀態(tài)顯示系統(tǒng)，使設(shè)備所有工作狀態(tài)一目了然，整套裝置的設(shè)計布置緊湊且外形美觀。

2.1 改性瀝青生產(chǎn)工藝流程（圖1）

圖1 改性瀝青設(shè)備連續(xù)式生產(chǎn)流程示意圖

2.2乳化瀝青生產(chǎn)流程示意圖（圖2）

2.3橡膠瀝青生產(chǎn)流程示意圖（圖3）

說明：生產(chǎn)改性瀝青時，基質(zhì)瀝青溫度需在180～190℃范圍內(nèi)；生產(chǎn)乳化改性瀝青時，改性瀝青溫度一般需控制在170～180℃范圍內(nèi)，皂液溫度一般需控制在70～80℃范圍內(nèi)，具體溫度范圍可按選用乳化劑的要求作適當(dāng)調(diào)整。生產(chǎn)橡膠瀝青時，基質(zhì)瀝青溫度需在200～210℃。

3基本結(jié)構(gòu)及工作原理

改性、乳化及橡膠瀝青一體機主要由配料罐、螺旋輸送機、高粘度橡膠瀝青泵、乳化瀝青基質(zhì)瀝青泵、磨前泵、膠體磨總成、皂液泵和皂液罐、比例分流閥和電控系統(tǒng)等部分組成。其中膠體磨總成為改性瀝青和乳化瀝青生產(chǎn)共用部分，配料罐和螺旋輸送機為改性瀝青和橡膠瀝青生產(chǎn)共用部分，整套設(shè)備結(jié)構(gòu)布置詳見圖4：

3.1 SBS改性瀝青生產(chǎn)工作原理

SBS改性瀝青生產(chǎn)部分主要由基質(zhì)瀝青泵、SBS螺旋輸送機、配料罐、磨前泵和膠體磨等部件構(gòu)成。在基質(zhì)瀝青泵向配料罐中泵入一定量的基質(zhì)瀝青后，螺旋輸送機啟動均勻向配料罐中加入SBS改性劑，根據(jù)瀝青流量計讀出瀝青流量大小，可通過變頻器改變基質(zhì)瀝青泵電機轉(zhuǎn)速，使瀝青流量達到理想值，配料罐內(nèi)的攪拌裝置，可保證SBS改性劑在瀝青內(nèi)均勻分布，攪拌均勻的SBS瀝青混合體通過磨前泵將其泵入膠體磨，經(jīng)磨機高速剪切研磨后進入改性瀝青成品罐，即制成成品改性瀝青。

3.2乳化瀝青生產(chǎn)工作原理

乳化改性瀝青生產(chǎn)部分主要由皂液罐、皂液泵、比例分流閥、基質(zhì)瀝青泵、瀝青流量計等部件組成，并與改性瀝青部分共用膠體磨等部件來完成乳化瀝青的生產(chǎn)。基質(zhì)瀝青和皂液分別由兩臺可調(diào)流量的泵將兩者送入膠體磨剪切研磨，即生產(chǎn)出乳化瀝青。配備的瀝青流量計和皂液流量計可顯示其瞬時流量和累計流量，從而保證其配比的準(zhǔn)確性，進而保證乳化瀝青產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.3橡膠粉瀝青生產(chǎn)工作原理

橡膠粉瀝青生產(chǎn)部分主要由配料罐、螺旋輸送機、攪拌裝置、高粘度橡膠瀝青泵等部件組成。在基質(zhì)瀝青泵向配料罐中泵入一定量的基質(zhì)瀝青后，螺旋輸送機啟動均勻向配料罐中加入橡膠粉，根據(jù)瀝青流量計讀出瀝青流量大小，可通過變頻器改變基質(zhì)瀝青泵電機轉(zhuǎn)速，使瀝青流量達到理想值，配料罐內(nèi)的攪拌裝置，可保證保證橡膠粉在瀝青內(nèi)均勻分布，攪拌均勻的橡膠粉瀝青混合體通過反應(yīng)釜出料泵將其泵入現(xiàn)場的反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜中保持200～220℃溫度，反應(yīng)50分鐘以上，生產(chǎn)出橡膠粉瀝青成品。

4.控制系統(tǒng)的設(shè)計

改性、乳化及橡膠粉瀝青一體機的整套電器控制核心由組態(tài)工控軟件+研華工控機+西門子可編程序控制器（PLC）共同組成，該系統(tǒng)將穩(wěn)定可靠地控制整套組合站的運行。

整套生產(chǎn)工藝可分為自動/手動兩種工作模式，用鼠標(biāo)點擊顯示屏上的設(shè)備鍵即可控制設(shè)備的啟動和停止，通過模擬圖上顯示的動畫工藝流程圖，使得整套生產(chǎn)工藝盡在操作人員的掌握之中。

設(shè)備配有導(dǎo)熱油、瀝青、配料罐、皂液罐的溫度及管道壓力、罐體液位監(jiān)測儀表，經(jīng)變送器接入PLC，可在電腦顯示屏上顯示設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，供操作人員觀察，為了便于使用人員掌握各項功能，使設(shè)備發(fā)揮更大的作用。

5.與同類產(chǎn)品比較的技術(shù)特點

5.1 工藝方法的改進，提高生產(chǎn)效率

采用三葉旋槳式和分散輪式相結(jié)合的高速攪拌裝置，既可以使改性劑高速打散，充分均勻地分布在瀝青中。生產(chǎn)改性瀝青時，可以減輕磨機的能耗，提高磨機的工作效率。

5.2 膠體磨具有獨特的內(nèi)齒型結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計，轉(zhuǎn)盤與定盤相互咬合，瀝青混合物通過膠體磨的轉(zhuǎn)盤與定盤的高速轉(zhuǎn)動實現(xiàn)研磨和剪切，磨盤按徑向分布多層刀齒，可形成環(huán)流和徑向流實現(xiàn)多次剪切和研磨。適合加工各種聚合物改性瀝青、乳化瀝青，使之達到一定的細度。

5.3同一臺設(shè)備上可以專業(yè)生產(chǎn)SBS、 EMA、EVA及廢橡膠粉等各種改性瀝青、乳化 瀝青和橡膠瀝青，“一機多能”，提高機械的使用效益。若采用單一功能配置方式，利用率低，管理困難。一機多用，滿足不同的作業(yè)需要，適應(yīng)今后公路作業(yè)的發(fā)展方向。

6. 結(jié)束語

經(jīng)過30年的發(fā)展，我國公路運輸狀況得到了明顯改善，隨著我國公路建設(shè)力度的加大和發(fā)展，在瀝青或瀝青混合料中加入添加劑以改善瀝青及混合料使用性能，得到越來越廣泛的應(yīng)用，其相應(yīng)的配套設(shè)備和工藝技術(shù)也在不斷更新完善，而采用SBS改性、乳化及橡膠瀝青一體機，“一機多用”，滿足不同的工藝需要，適應(yīng)今后公路作業(yè)的發(fā)展方向，必將有廣闊的應(yīng)用前景。

主要參考文獻：

1.王俊 ，公路工程改性瀝青的制備及其技術(shù)進步 ，山西交通科技，2007.5

2.王志廷 靳長征 ，瀝青加熱技術(shù) ，人民交通出版社， 1999

3. 趙芬娟 ，橡膠粉改性瀝青成套設(shè)備的研制 ，山西交通科技， 2010.6

作者簡介：

王俊 （1978——），男，山西屯留人，工程師，大學(xué)本科，2004畢業(yè)于長安大學(xué)工程機械學(xué)院機電一體化專業(yè)；