應用于信茂高速PG82改性瀝青生產工藝和技術指標控制

王剛社

摘要：在地處中國南方的廣東地區，常年氣溫較高，夏季路面溫度高達70℃，在高溫重載作用下，如何有效地防止和治理車轍病害，已經成為我國高等級公路瀝青路面建設中亟待解決的一個重要課題。為預防瀝青路面車轍及其引發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 文獻標識碼：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，屬熱帶亞熱帶季風溫和氣候。該地區年平均氣溫22.3℃～23℃，月平均最高氣溫28.5℃～38.7℃（七月），經計算所得PG82瀝青較為適合，此瀝青可以適應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通過控制達到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中SBS改性劑具有良好的應用效果，其優勢主要體現在以下方面：一是通過改變瀝青流變學性質，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。

2.1 SBS改性瀝青效果與基質瀝青的關系

SBS和瀝青的相容性與基質瀝青的組成有關，所以，隨著瀝青組成的變化，其改性效果也存在一定區別。比如在瀝青中增加瀝青質，會影響到SBS在瀝青中的相容穩定性，但會改善改性瀝青的應力應變行為；在瀝青中增加芳香烴，十分不利于改性瀝青的軟化點與內聚力性能，但卻有利于SBS-瀝青相容穩定體系的形成。基于此，通常瀝青中瀝青質含量在5～10%，芳香烴應達30%以上，如此改性瀝青的效果最佳。

一般來說，基質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），經綜合考慮選擇基質瀝青為殼牌90號。

2.2 SBS改性劑摻量的確定

將SBS加入到瀝青后，瀝青的軟瀝青質組分會被一定程度吸收，導致瀝青組分會進行重新分配，此時共混物中的SBS主要以下面三種結構存在：一是SBS吸附瀝青；二是BS與瀝青形成凝膠結構；三是SBS本身在瀝青中形成網狀結構。三種結構中，形成“網狀結構”部分對提高改性瀝青的綜合性能貢獻最大，而“網狀結構”的形成與SBS加入量密切相關。本項目生產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（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%，以體現性能指標的變化趨勢。為盡量保證檢測結果的公正性，在檢測時應綜合考慮多項因素，最好在較常用的應用范圍（3.0-6.0%）以0.5%為步長進行檢測，如此便于檢測結果的精確控制，具體檢測結果如表1所示。

通過試驗數據比較，對SBS改性劑摻加量對改性瀝青各大指標影響分析如下：

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、延度三項指標相應改性劑摻量5.5-6%是相對合適的，但針對135℃運動粘度，JTG F40-2004規范中要求SBS改性瀝青135℃運動粘度最大值為3Pa.s，自試驗數據分析6%改性劑摻量，135℃運動粘度為3.03Pa.s，所以改性劑摻量應該保守控制在5.9%以下。

③改性劑摻量5.5-6%區間，5℃延度有個轉折，有下降的趨勢，但下降不明顯，結果也完全能夠滿足PG82改性瀝青技術指標要求。

通過綜合分析，本項目確定SBS改性劑摻加量為5.7%，改性后各項數據滿足要求。試驗結果如表2。

2.3 設備的選用

確定SBS改性瀝青生產設備及參數選擇的依據，是設備的設計生產能力，項目選用了Y90L-2膠體磨，在面對乳化設別膠體磨的采購選用上，既要確保改性瀝青剪切達到一定的效果，同時其價格和性能穩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的膠體磨和嘉興米德機械有限公司生產的膠體磨，其各項技術參數對比，我們與其嘉興米德機械有限公司根據實際施工需要，聯合研制的MIDE改性瀝青膠體磨進行生產，其效果較好。

MIDE-12膠體磨是結合當前國外先進制造技術，針對當前乳化瀝青及改性乳化瀝青生產需要，專門研制的代表國內先進技術水平的產品，整體不銹鋼構造，外形美觀，質量可靠，是配套乳化瀝青及改性乳化瀝青設備的最優選擇。

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子/定子均化齒具，其中齒具速度可達50m/s，轉子和定子由幾個徑向開槽和/或鉆孔的同心環組成。因為采用齒形環結構，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備中成為最佳的設備：

2.3.1 MIDE膠體磨特點

產品特點：通體優質不銹鋼材質，并有相當硬度，可適應各種pH值乳化瀝青，經久耐用；采用特殊設計的軸封可保證長期連續工作不泄露；導熱油加溫預熱，安全快捷；特殊磨片設計，大大提高研磨剪切精度；與大功率電機集成連接，結構緊湊，便于安裝使用。

該設備生產特點：①物料可以全部進入工作腔。②無死角。③連續混合乳化和分散方法。④低噪音、運轉平穩。⑤正、反方向均可轉動，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 改進后MIDE膠體磨的性能說明

先進的工程解決方案可滿足特殊的要求，高精度的設計和準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；生產方式的改進大大提高了生產率；將系統封閉起來，有效避免了介質被污染或流失的可能性；采用最先進的合金和雙相不銹鋼材料，即使面對惡劣狀況依然能夠發揮價值和作用；可從膠體磨后部調整膠體磨間隙調節-轉子與定子間間隙，不必再打開或拆除磨。通過調整間隙，可實現各種類型高品質乳化瀝青的生產，使乳化瀝青具有更佳的粒徑分布。正因為如此，將膠體磨應用在連續生產的流程中可實現較為經濟的生產方式。

本課題組根據項目的要求，大膽采用國外同行先進設備，經過使用掌握后其技術性能后，通過對國內各大生產膠體磨的生產設備進行考核后，并與廠家科研人員聯合，研制出更能滿足我國目前對改性瀝青產品需求的膠體磨，同時對整個行業的生產起到的一定促進作用，同時也為推進國產設備作出了應有的貢獻。

由于此項技術的實現，對比行業內改性瀝青膠體磨機械設備，其生產效率和生產效果都得到了大幅提高，同時對比購買外國機械設備節約100多萬元。

2.4 改性瀝青生產溫度控制

在改性瀝青生產工藝中不僅原料和設備對其質量的影響巨大，溫度控制也是關鍵。一般來說，180℃左右是SBS改性劑的熔點，通過加熱基質瀝青，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，應采取有效措施將溫度控制在合理范圍內，即165-180℃之間。本工程PG82改性瀝青生產溫度控制為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及時，且便于隨時監測和管理。而要想達到上述目的，不僅要保障一定的生產能力，同時還應配備存儲設備，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，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，從而出現離析現象。

SBS改性瀝青對存儲溫度要求較高，需對其進行嚴格控制，在供應緊張的情況下可將存儲溫度控制在165-170℃之間，SBS改性瀝青進出存儲罐都需攪拌或循環一定時間，且存儲之間也應每天定期對其進行攪拌或循環。但需要注意的是攪拌或循環雖不可或缺，但其次數也不應過多，究其原因包括：一是瀝青在受熱情況下會不斷揮發輕質油分，使得其不斷變硬變脆，影響其黏結性；二是若瀝青和空氣接觸過多，老化在所難免；三是瀝青在管道內不讀運行并由儲存罐頂處灑落到罐內時，會增大瀝青的表面積，從而使瀝青的氧化反應加劇；四是過多的攪拌或循環瀝青，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，更關鍵的是容易使瀝青老化。

3 結論

①SBS改性瀝青效果和基礎瀝青直接相關。瀝青質含量和芳香烴含量過高都不利于其使用性能的發揮。

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

③SBS改性瀝青加工設備選擇也尤為重要，能夠對改性劑進行充分研磨。

④改性瀝青生產溫度控制是個關鍵因素，生產改性瀝青時基質瀝青溫度應控制在175±5℃為宜。改性瀝青儲存時，如時間過長溫度應控制在150-160℃之間。

參考文獻：

[1]TZ 210-2005，鐵路混凝土工程施工技術指南[S].中國鐵道出版社，2005.

[2]朱清江主編.高強高性能混凝土研制及應用[M].中國建材工業出版社，1999年7月.

[3]雍本編著.特種混凝土設計與施工[M].中國建筑工業出版社，1993年9月.

[4]郭蘭芬，高山，王偉，單秀杰，管浩.改性瀝青的發展現狀及生產工藝探討[J].甘肅石油和化工，2011（03）.

[5]譚彥卿，金嬌，鄭健龍，吳寅瑞，覃鐘欽，張雪晴，王強，劉博.有機改性膨潤土制備及其用于改性瀝青的研究進展[J].硅酸鹽通報，2017（08）.