塔河原油生產(chǎn)SBS改性瀝青的研究

柴 志 杰

(中國石化煉油銷售有限公司，上海 200050)

塔河原油生產(chǎn)SBS改性瀝青的研究

柴 志 杰

(中國石化煉油銷售有限公司，上海 200050)

以塔河原油生產(chǎn)的70號(hào)瀝青為基質(zhì)瀝青，通過對不同改性劑、穩(wěn)定劑和相容劑等的研究，篩選出制取改性瀝青的方案，并在工業(yè)裝置上生產(chǎn)出滿足JTG F40—2004要求的SBSⅠ-C改性瀝青。該SBSⅠ-C改性瀝青產(chǎn)品性能分級(jí)為PG76-28，具有軟化點(diǎn)高、針入度指數(shù)高和抗老化性能好等優(yōu)點(diǎn)，塔河原油SBSⅠ-C改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性等主要指標(biāo)均滿足交通部JTG F40—2004要求。

塔河原油 基質(zhì)瀝青 SBS 改性瀝青 混合料

新疆地區(qū)地域廣闊，近幾年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對鋪筑路面提出了更高的要求，高等級(jí)公路的面層開始使用SBS改性瀝青。新疆目前生產(chǎn)瀝青的主要原油是產(chǎn)自新疆塔里木盆地的塔河原油和產(chǎn)自新疆準(zhǔn)噶爾盆地的原油。塔河稠油瀝青與準(zhǔn)噶爾盆地原油瀝青相比較，塔河稠油瀝青的密度和平均相對分子質(zhì)量較大，芳香分含量偏高[1]，所以較易改性。因此研究塔河稠油生產(chǎn)改性瀝青，滿足新疆和西北地區(qū)路面改性的需求具有重要意義。本研究以塔河原油的70號(hào)瀝青為基質(zhì)瀝青，通過對不同改性劑、穩(wěn)定劑和相容劑等的篩選，確定制取改性瀝青的方案。

1 塔河原油SBS改性瀝青的實(shí)驗(yàn)室研究

改性瀝青材料的選擇基于改性瀝青工業(yè)生產(chǎn)原料的來源、經(jīng)濟(jì)性以及選擇的原材料是否能夠制備滿足規(guī)范要求的SBS瀝青產(chǎn)品等。

1.1 主要原料

聚合物SBS：中國石化巴陵分公司YH-791(線型)和中國石油獨(dú)山子石化公司T161B(星型)；穩(wěn)定劑：液體穩(wěn)定劑和粉末狀穩(wěn)定劑；相容劑：國產(chǎn)相容劑和進(jìn)口相容劑；基質(zhì)瀝青：采用塔河原油生產(chǎn)的70號(hào)道路石油瀝青，質(zhì)量指標(biāo)見表1，該瀝青滿足JTG F40—2004的70號(hào)B道路石油瀝青質(zhì)量指標(biāo)[2]，與其它70號(hào)瀝青相比，具有較高的軟化點(diǎn)。

1.2 穩(wěn)定劑的選擇

在塔河原油基質(zhì)瀝青、國產(chǎn)相容劑、聚合物改性劑等加入量均相同的條件下，改變穩(wěn)定劑。方案1加入液體穩(wěn)定劑，方案2加入粉末狀穩(wěn)定劑，方案1和方案2中穩(wěn)定劑的加入比例均為廠家提供的參考值。不同穩(wěn)定劑對SBS改性瀝青質(zhì)量的影響見表2。從表2可以看出，與粉末狀穩(wěn)定劑相比，液體穩(wěn)定劑可大幅降低改性瀝青的針入度，軟化點(diǎn)升高幅度偏低，離析明顯，但延度較大、針入度比偏大。穩(wěn)定劑功能就是改善SBS改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性，液體穩(wěn)定劑對改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的效果差，而固體穩(wěn)定劑對改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的效果好。因此選擇粉末狀的穩(wěn)定劑。

表1 塔河原油基質(zhì)瀝青質(zhì)量指標(biāo)

表2 不同穩(wěn)定劑對SBS改性瀝青質(zhì)量的影響

1.3 SBS聚合物改性劑的選擇

在塔河原油基質(zhì)瀝青、國產(chǎn)相容劑、粉末狀穩(wěn)定劑、聚合物改性劑等加入量均相同的條件下，改變SBS聚合物類型。方案3的聚合物為T161B(星型)；方案4的聚合物為YH-791(線型)。不同類型SBS聚合物對改性瀝青質(zhì)量的影響見表3。從表3可以看出，與T161B(星型)相比，YH-791(線型)可提高改性瀝青的針入度和延度，降低軟化點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)黏度和針入度比，且儲(chǔ)存穩(wěn)定性離析軟化點(diǎn)差偏小。考慮到改性瀝青的延度和儲(chǔ)存穩(wěn)定性(離析軟化點(diǎn)差)等關(guān)鍵指標(biāo)，選用YH-791(線型)為SBS聚合物的改性劑。

表3 不同類型SBS聚合物對改性瀝青質(zhì)量的影響

1.4 相容劑的選擇

在塔河原油基質(zhì)瀝青、粉末狀穩(wěn)定劑、YH-791 SBS聚合物改性劑等加入量均相同的條件下，改變相容劑。方案5的相容劑為國產(chǎn)劑，方案6的相容劑為進(jìn)口劑，二者的加入比例相同。不同相容劑對SBS改性瀝青質(zhì)量的影響見表4。從表4可以看出，進(jìn)口相容劑對改性瀝青延度的改善略優(yōu)于國產(chǎn)相容劑。這可能與相容劑的芳烴含量、芳烴結(jié)構(gòu)有關(guān)。

1.5 剪切容器的選擇

在工藝參數(shù)相同時(shí)，考察不同剪切容器對SBS改性瀝青質(zhì)量的影響。方案7和方案8的原料均為塔河原油基質(zhì)瀝青、國產(chǎn)相容劑、粉末狀穩(wěn)定劑、YH-791(線型)聚合物改性劑，且加劑量相同。方案7在一個(gè)直徑較小的容器中攪拌剪切；方案8在一個(gè)直徑較大的容器中攪拌剪切。工藝參數(shù)為：攪拌溫度175～180 ℃，攪拌時(shí)間60 min；剪切溫度175～180 ℃，剪切時(shí)間30 min，剪切轉(zhuǎn)速4 000 rmin；恒溫發(fā)育溫度163 ℃，恒溫發(fā)育時(shí)間12 h，檢測前攪拌溫度175～180 ℃，檢測前攪拌時(shí)間60 min。不同剪切容器對改性瀝青質(zhì)量的影響見表5。從表5可以看出：方案7比方案8生產(chǎn)的改性瀝青的離析和薄膜烘箱試驗(yàn)后的效果更好，其原因可能是前者的攪拌剪切容器半徑較小，剪切得更充分、更徹底；方案7的薄膜烘箱試驗(yàn)前后延度變化小于方案8的薄膜烘箱試驗(yàn)前后延度變化，可能與改性瀝青體系的穩(wěn)定性和均勻性有關(guān)。可見，實(shí)驗(yàn)室剪切容器直徑的大小對剪切效果有直接的影響。

表4 不同相容劑對SBS改性瀝青質(zhì)量的影響

表5 不同剪切容器對改性瀝青質(zhì)量的影響

1.6 SBS改性瀝青小試試驗(yàn)

考慮改性瀝青生產(chǎn)區(qū)的原料來源和改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果，最后確定了生產(chǎn)改性瀝青的小試試驗(yàn)方案。以塔河原油70號(hào)瀝青、YH-791(線型)改性劑、國產(chǎn)相容劑、粉末狀穩(wěn)定劑為原料，小試生產(chǎn)的SBS改性瀝青質(zhì)量指標(biāo)見表6。從表6可以看出，小試生產(chǎn)的SBS改性瀝青滿足JTG F40—2004對SBSⅠ-C改性瀝青要求[2]。

表6 小試生產(chǎn)SBS改性瀝青質(zhì)量指標(biāo)

2 塔河原油SBS改性瀝青工業(yè)生產(chǎn)

2.1 工業(yè)試生產(chǎn)主要工藝條件

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)設(shè)備和工業(yè)上改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備在大小、處理能力和工藝等方面有較大的差別，對改性瀝青質(zhì)量也有一定的影響。通常實(shí)驗(yàn)室工藝條件只有試驗(yàn)溫度和原料比例可供工業(yè)生產(chǎn)改性瀝青時(shí)參考。工業(yè)生產(chǎn)改性瀝青主要設(shè)備和主要工藝條件為：國產(chǎn)膠體磨，178～180 ℃剪切2～4 h，A罐和B罐循環(huán)剪切2～3次，在175～180 ℃下養(yǎng)生發(fā)育24 h。

2.2 SBS Ⅰ-C產(chǎn)品質(zhì)量及PG分級(jí)

根據(jù)小試確定的改性瀝青的原料及其比例，按工業(yè)試生產(chǎn)主要工藝條件進(jìn)行控制，工業(yè)生產(chǎn)的SBS改性瀝青質(zhì)量指標(biāo)見表7。從表7可以看出，工業(yè)生產(chǎn)的SBS改性瀝青產(chǎn)品質(zhì)量滿足JTG F40—2004對SBSⅠ-C改性瀝青要求，與SBSⅠ-C改性瀝青指標(biāo)相比，工業(yè)生產(chǎn)SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)、針入度指數(shù)和薄膜烘箱試驗(yàn)針入度比分別高22.4 ℃、1.53和13百分點(diǎn)，說明工業(yè)生產(chǎn)SBS改性瀝青具有軟化點(diǎn)高、針入度指數(shù)高和抗老化性能好等優(yōu)點(diǎn)。

塔河原油生產(chǎn)的SBS Ⅰ-C改性瀝青PG分級(jí)借助于SHRP的試驗(yàn)設(shè)備，分級(jí)結(jié)果見表8。從表8可以看出，SBS Ⅰ-C改性瀝青的PG等級(jí)為PG76-28，具有較好的高溫性能和低溫性能[3-4]。

表7 塔河稠油工業(yè)生產(chǎn)的SBS改性瀝青質(zhì)量指標(biāo)

表8 塔河原油生產(chǎn)的SBS Ⅰ-C改性瀝青PG分級(jí)結(jié)果

3 塔河原油SBS改性瀝青混合料的使用性能評(píng)價(jià)

3.1 車轍試驗(yàn)

瀝青混合料車轍試驗(yàn)[5]采用標(biāo)準(zhǔn)的成型方法，制成標(biāo)準(zhǔn)混合料試件(尺寸為300 mm×300 mm×50 mm)，在規(guī)定的溫度60 ℃下，以一個(gè)輪壓為0.7 MPa的實(shí)心橡膠輪進(jìn)行試驗(yàn)，采用動(dòng)穩(wěn)定度(次mm)來表示。試驗(yàn)參數(shù)：車轍板尺寸300 mm×300 mm×50 mm，行走次數(shù)42次min，試驗(yàn)溫度60 ℃，輪壓0.7 MPa，車轍試驗(yàn)結(jié)果見表9。從表9可以看出，3個(gè)動(dòng)穩(wěn)定度平均值為5 470次mm，比規(guī)范要求[2]的動(dòng)穩(wěn)定度不小于2 400 次mm 指標(biāo)高128%，抗車轍性能顯著。

表9 車轍試驗(yàn)結(jié)果

3.2 低溫彎曲試驗(yàn)

瀝青混合料低溫抗裂性能通常采用瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)[5]進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用車轍試驗(yàn)試件進(jìn)行切割，試件尺寸 250 mm×30 mm×35 mm，試驗(yàn)溫度-10 ℃，加載速率50 mmmin，低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表10。從表10可以看出，3個(gè)試件的彎曲應(yīng)變平均值為3 283×10-6，比規(guī)范要求不小于2 800×10-6的指標(biāo)[2]高483×10-6。

表10 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

3.3 浸水馬歇爾試驗(yàn)

瀝青混合料的水穩(wěn)定性通常采用浸水馬歇爾試驗(yàn)[5]進(jìn)行評(píng)價(jià)。浸水馬歇爾試驗(yàn)采用馬歇爾試件，在60 ℃水浴中保溫48 h，用殘留穩(wěn)定度比進(jìn)行評(píng)價(jià)。在溫度為60 ℃、保溫48 h、加載速率為50 mmmin的條件下，浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表11。從表11可以看出，浸水0.5 h時(shí)穩(wěn)定度的平均值為13.22 kN，浸水48 h時(shí)穩(wěn)定度的平均值為11.95 kN，殘留穩(wěn)定度比檢測結(jié)果(11.9513.22)為90%，達(dá)到殘留穩(wěn)定度比規(guī)范要求不小于85%的指標(biāo)，浸水試件前后的穩(wěn)定度均滿足規(guī)范不小于8 kN的要求，流值也滿足規(guī)范要求(2～4 mm)[2]。

表11 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

3.4 凍融劈裂試驗(yàn)

瀝青混合料的水穩(wěn)定性也可以通過測定瀝青混合料試件在受到凍融前后的劈裂破壞的強(qiáng)度比[5]來評(píng)價(jià)。在試驗(yàn)溫度為25 ℃、加載速率為50 mmmin、冷凍溫度為-18 ℃、冷凍時(shí)間為16 h、高溫溫度為60 ℃、高溫時(shí)間為48 h的條件下，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果見表12。從表12可以看出，未經(jīng)凍融循環(huán)試件荷載劈裂抗拉強(qiáng)度平均值為14.16 kN，經(jīng)凍融循環(huán)試件荷載劈裂抗拉強(qiáng)度平均值為12.13 kN，試件劈裂抗拉強(qiáng)度比12.1314.16=85.7%，滿足試件荷載劈裂抗拉強(qiáng)度比不小于80%的規(guī)范要求[2]。

表12 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

從瀝青混合料的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出，塔河原油SBSⅠ-C改性瀝青其混合料性能能夠滿足JTG F40—2004規(guī)范要求，特別是瀝青混合料抗車轍性能特別顯著。

4 結(jié) 論

(1) 以塔河原油70號(hào)道路瀝青為主要原料，從穩(wěn)定劑、改性劑和相容劑等方面進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定了SBSⅠ-C改性瀝青配方。

(2) 工業(yè)上以塔河原油基質(zhì)瀝青為主要原料，按照試驗(yàn)室配方，成功生產(chǎn)出符合交通部JTG F40—2004要求的SBSⅠ-C改性瀝青，該產(chǎn)品具有很高的軟化點(diǎn)、好的感溫性能和較好抗老化性能等。

(3) 塔河原油SBSⅠ-C改性瀝青的PG等分級(jí)為PG76-28，具有較好的高溫性能和低溫性能。

(4) 塔河原油SBSⅠ-C改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性等主要指標(biāo)均滿足交通部JTG F40—2004要求，尤其是瀝青混合料的高溫性能(動(dòng)穩(wěn)定度)比規(guī)范要求[2]的指標(biāo)高128%，抗車轍性能顯著。

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PREPARATION OF SBS MODIFIED ASPHALT FROM TAHE CRUDE OIL

Chai Zhijie

(SINOPECRefineryProductSalesCo.，Ltd，Shanghai200050)

Using 70# asphalt of Tahe crude oil as basic material，the solution for preparation of SBS modified asphalt was determined by performance evaluation of modified asphalt with different modifier， stabilizer and compatilizer in laboratory screening tests. The industrial practice was conducted based on the laboratory solution. The qualities of the produced SBS modified asphalt meet the SBSⅠ-C requirement of JTG F40—2004 standard. The product has advantages of higher softening point and penetration index， and better anti-aging performance， being the PG78-28 grade. The rutting tests indicate that the SBS modified asphalt mixture has a better performance both at high temperature and low temperature， and good water stability， meeting JTG F40—2004 requirement.

Tahe crude; basic asphalt； SBS; modified asphalt； mixture

2016-04-28； 修改稿收到日期：2016-08-09。

柴志杰，高級(jí)工程師，主要從事瀝青研發(fā)及生產(chǎn)工作，發(fā)表論文近20篇。

柴志杰，E-mail：chaizj.lyxs@sinopec.com。