SBS改性瀝青的生產及質量控制

張永忠

(武威公路管理局,甘肅武威 733000)

SBS改性瀝青的生產及質量控制

張永忠

(武威公路管理局,甘肅武威 733000)

SBS改性瀝青的應用對提高瀝青路面的質量,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改性瀝青的質量和使用品質。在采用常規試驗方法和通過對材料的選擇,配伍性及加工工藝的研究、分析SBS改性瀝青質量影響因素,尋找出適合生產SBS改性瀝青各種改性劑及生產工藝。

SBS改性瀝青 生產 質量控制

隨著高速公路的快速發展，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，交通對公路的使用質量要求越來越高。而瀝青路面質量的好壞，關鍵取決于瀝青材料的品質。過去采用的普通瀝青修建的高速公路，運營了3-4年后，相繼出現了車轍、油包等病害，嚴重影響行車安全。近幾年筆者所在的西北地區氣候變化異常，嚴酷的氣候條件對路面造成了更大的危害，夏節火熱、冬季寒冷，公路處在嚴峻氣候條件的考驗中。普通瀝青已不能適應和滿足交通發展的需要和嚴酷的氣候條件。為了提高瀝青路面的使用性能，目前國內外在高速公路的新建及養護中已普遍采用SBS改性瀝青，SBS改性瀝青可顯著提高瀝青路面的使用性能，具有優良的高溫穩定性和低溫抗裂性，增強與石料的粘結力，是一種優良的道路施工材料。筆者在所在單位材料研發基地對SBS改性瀝青的生產及質量控制等方面進行了學習研究，現就其生產工藝及質量控制方面的內容總結如下。

1 SBS改性瀝青的生產

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成為可塑性材料，因而稱熱塑彈性體。其主要特點是：改變了瀝青流變學性質，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合力，改善了道路的強度和防水能力，增強了路面的耐久性：降低了瀝青的溫度敏感性，改善后針入度下降，軟化點升高，彈塑范圍擴大，耐流動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，路面維護減少。根據苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子結構的差異，SBS分為線型結構和星型結構兩種。通過實驗表明，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。本研發基地經過實驗采用燕山石化總廠生產的1301線型及4303星型改性劑，并采用4303和1301復配方式進行室內試驗，配復比例為4303：1301為1．5%：2．5%，根據膠體磨的研磨效果結合自己的生產工藝，生產出的改性瀝青改性效果較好。其實驗結果如表1所示。

根據以上試驗結果，確定在實際生產中將摻加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

基質瀝青的品牌及性質對改性瀝青的影響也較為明顯。在SBS改性瀝青生產中所選基質瀝青要符合《公路改性瀝青路面施工技術規范》，其中明確規定加工改性瀝青的基質瀝青必須符合重交瀝青的要求。重交瀝青強調了含蠟量的要求，SBS改性瀝青的突出優點是低溫延伸性能的大幅度提高．因而對基質瀝青的低溫延度也有較高要求。同時基質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系。含蠟量高，基質瀝青與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，在試驗生產中選擇了韓國SK-90#、中海36-190#號，濱化90#瀝青，三種瀝青進行室內配伍試驗。韓國SK瀝青改性效果良好，故在生產中選擇了SK-90#瀝青作為生產SBS改性瀝青的基質瀝青。瀝青其實驗結果如表2所示。

1.3 穩定劑的選用

改性瀝青生產方式有現場加工和成品生產兩種工藝。現場生產加工一般是改性瀝青設備與拌和樓配合使用，生產出的改性瀝青在儲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定劑，只要保溫攪拌即可。而生產成品改性瀝青需要存儲運輸，放置時間長。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．即產生離析現象。這種不穩定性對生產成品SBS改性瀝青的存儲是不利的，尤其在長途運輸時更不容易解決。穩定劑在改性瀝青的儲藏中起著尤為重要的作用。改性劑與基質瀝青之間只是暫時的物理混合，經過一段時間后，改性劑會發生離析。為了防止聚合物的離析，加入穩定劑后才能制成均勻的、穩定性好的改性瀝青產品。由于SBS改性瀝青生產好后需要經過發育的過程，所以考慮到在大型的儲藏罐中保存較長時間且不造成瀝青的離析就必須添加SBS改性瀝青穩定劑。材料研發基地經過多次試驗在加工生產時添加0．3%的SBS改性瀝青穩定劑后的改性瀝青儲存時間長，效果較為明顯。

表1 SBS的配比試驗表

表2 SK—90號基質瀝青三大指標試驗結果

1.4 設備的選用

SBS改性瀝青生產設備選擇的依據是成套設備的設計生產能力，而設計生產能力首先要確定成套設備中主導設備的設計生產能力．然后以此為基礎來匹配其他設備的生產能力。對于SBS改性瀝青成套設備來說，研磨機是其核心設備。目前用于SBS改性瀝青生產的研磨機和高速剪切磨機無論哪種類型，要確保混合料的研磨質量，磨盤之間的間隙必須調準確。本材料研發基地采用的是山東大山路橋有限責任公司生產的改性瀝青生產設備，具備大型成品生產的工藝，每小時可生產40噸改性瀝青。

2 生產質量控制

SBS改性瀝青的生產主要為基質瀝青、改性劑、穩定劑的混合物進行剪切、碾磨、發育的過程。生產出合格的SBS改性瀝青必須控制好以下幾點：

2.1 溫度控制

控制瀝青的溫度是SBS改性瀝青生產及質量控制的關鍵。SBS改性劑的熔點在180℃左右，基質瀝青的溫度越高，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，SBS就會被不同程度的氧化、焦化、分解、降解造成使用性能下降。另外改性瀝青存儲時的溫度也要重視．根據現場應用表明，SBS改性瀝青長時間的在高溫條件下存儲時，使用性能會有所下降，在150℃～160℃時存儲則各項指標變化量不大。

2.2 改性瀝青相容性控制

一般認為，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。根據這一特點，本材料研發基地在對SBS改性瀝青制備工藝研究過程中，根據基質瀝青的性質，使用一種富含芳烴的軟組分，對SBS進行預處理，制備SBS母液，其添加量為4%--5%，然后再將母液與基質硬瀝青混合，同時加入穩定劑，以提高與瀝青的相容性。

2.3 生產工藝控制

SBS在瀝青中的分散是一個物理和物理化學過程，由于瀝青是一種復雜的高分子烴類有機膠結材料，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護使用的性能穩定的材料，必須選擇合適的加工工藝，并掌握好剪切時間及剪切溫度。實踐證明，生產設備的轉速、剪切時間、溫度都會使改性瀝青的性能發生變化。材料研發基地在多次試驗中得出當加入SBS的質量分數為4%時，剪切2h，剪切溫度從160-220℃時，制成改性瀝青的性能指標均滿足要求。

2.4 存儲成品改性瀝青的質量控制

成品改性瀝青的優點在于：(1)可以隨時監測檢查質量，保證使用性能：(2)供應及時。存儲成品改性瀝青，就需要有相應的存儲設備。存儲罐有立式和臥式兩種，改性瀝青在存儲罐中需要攪拌或循環，因為改性瀝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，產生離析現象，雖然SBS改性瀝青中已加入一定比例的穩定劑 但還是有必要定期攪拌或循環以達到上下均勻不產生離析的目的。另外SBS改性瀝青的存儲溫度也需要嚴格控制。如前面所提到的，一般在150℃～160℃之間。當然也可以根據存儲時間來確定攪拌或循環的間隔和溫度。在供應緊張時，存儲溫度可設定165℃～170℃之間，在SBS改性瀝青進出存儲罐時各攪拌或循環一定時間如存儲時間較長，存儲溫度可設定到150℃～160℃之間，每天攪拌或循環一定時間。攪拌或循環也不能太頻繁，因為：1)由于受熱使瀝青中的輕質油分不斷揮發．使瀝青變硬變脆，降低黏結性。2)高溫下瀝青過多的與空氣接觸，與空氣中的氧氣會發生一些聚合反應，瀝青也會發生一定程度的老化：3)瀝青在管道內不斷運行并由儲存罐頂處灑落到罐內時．瀝青的表面積增大瀝青將發生氧化反應。 4)頻繁攪拌或循環還會降低瀝青自身溫度 這樣瀝青溫度反復升高降低既加大成本又容易老化。

3 結語

SBS改性瀝青生產中則必須考慮原料．設備、溫度、存儲等多方面因素及時控制，才能既保證質量又降低成本。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、水穩性能、耐疲勞性能、抗老化性能、表面服務性能和行車舒適性能。因此推廣應用改性瀝青混合料路面，已成為我國公路建設的迫切需要 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.石油瀝青的生產與應用[M].中國石化出版社.

[3]王濤,才洪美,張玉貞.SBS改性瀝青機理研究[J].石油瀝青.

[4]《公路瀝青路面施工技術規范》,JTGF4—2004.

[5]《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTJE40—2007.

[6]《公路養護技術規范》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方面研究。