工廠化生產SBS改性瀝青性能影響因素探討

馬洪波，董鳳龍，周宏前，王輝，張田英

（中海瀝青（營口）有限責任公司，營口 115000）

隨著全球氣候的變化，國內各區域極端溫差現象不斷出現，東北三省部分地區的全年最高溫差甚至達到70 ℃以上，在此極端氣候條件下對瀝青路面的考驗更加嚴酷。瀝青性質是影響路面使用壽命和服務性能的重要因素，性能優良的改性瀝青對瀝青混合料的使用有重要影響[1]。隨著高速公路的快速發展，交通量不斷增大，車輛大型化和重載、超載車輛的不斷增加，人們對道路的使用要求越來越高，普通瀝青難以滿足施工和使用要求。SBS 改性瀝青是在基質瀝青中摻加少量的SBS 通過一定的工藝加工而成，因其優良的高低溫性能、抗老化性能等特點備受青睞，在實際工程中得到了越來越廣泛的應用[2]。

SBS 改性瀝青工業生產主要為現場生產和工廠化生產，工廠化生產SBS 改性瀝青過程影響產品性能的因素眾多，本文結合多年生產實踐經驗，從基質瀝青組成、穩定劑種類、改性瀝青助劑、發育罐攪拌效果等方面考察了對SBS改性瀝青產品性能的影響。

1 生產原理及工藝流程

1.1 生產原理

本公司采用膠體磨法生產SBS 改性瀝青。將SBS 改性劑與基質瀝青按照確定的配方比例在預混罐內混合溶脹，經過膠體磨研磨后SBS以細小顆粒的形式分散到基質瀝青里面，SBS 的PB 段吸收瀝青的輕組分發生溶脹，PS 段發生物理交聯，使SBS 分子在瀝青中形成“互穿立體網絡”結構，但由于SBS 與基質瀝青在分子量上相差甚大，屬于熱力學不相容體系，為了得到儲存穩定的產品，需要向混合體系加入穩定劑，通過物理化學反應，得到均勻穩定的改性瀝青混合體系[3]。

1.2 工藝流程

加熱至120 ℃左右的基質瀝青原料從原料罐內由泵抽出經換熱至190 ℃左右后，進入預混罐中，同時在預混罐內加入計量好的SBS 改性劑，與基質瀝青充分混合溶脹后，經過給料泵送至膠體磨研磨剪切，同時在改性瀝青發育罐內加入計量好的改性瀝青穩定劑，在一定溫度下攪拌發育一段時間即可獲得成品SBS 改性瀝青。SBS 改性瀝青生產工藝流程見圖1所示。

圖1 SBS 改性瀝青生產工藝流程

2 結果與討論

2.1 基質瀝青組成對改性瀝青性能的影響

研究表明基質瀝青中油分和芳香分含量高則SBS 改性劑在瀝青中易溶脹分散，反之則溶脹分散困難。基質瀝青組成中雜元素（主要是S）含量對SBS 改性影響也較大，基質瀝青中含硫的極性官能團是高分子聚合物SBS 與基質瀝青發生化學交聯反應所必須的，硫含量高的基質瀝青有助于SBS 改性?；|瀝青組成是影響SBS 改性瀝青性能的關鍵因素[4]。

選取三種不同組成的90 號基質瀝青進行試驗，三種瀝青分別命名為A 瀝青、B 瀝青、C 瀝青，性質見表1。按照相同的配方進行生產試驗，SBS 改性劑添加比例4%，使用相同的生產工藝，發育過程中定期取樣檢測，表2列出了三種基質瀝青改性過程中SBS 改性瀝青指標變化情況。

表1 三種基質瀝青性質

表2 三種基質瀝青生產改性瀝青性質

2.1.1 高溫性能

改性后軟化點指標能夠反映瀝青的高溫性能，三種基質瀝青改性后軟化點隨發育時間延長呈先增大后減小趨勢，A 瀝青發育時間明顯比B 瀝青、C 瀝青長，長時間儲存發育A 瀝青改性軟化點逐漸上升，B 瀝青、C 瀝青軟化點呈現出先增加后減小趨勢。A 瀝青生產改性瀝青反應速度比較慢，短時間內軟化點指標較低，工業生產使用表現為不易改性。

2.1.2 低溫性能

5 ℃延度能夠在一定程度上反映改性瀝青低溫性能，隨著發育時間延長，改性瀝青延度呈下降趨勢，從結果來看A 瀝青延度要高于B 瀝青、C 瀝青，說明A 瀝青制備改性瀝青低溫性能較好。

2.1.3 儲存穩定性

48 h 離析指標能夠反映改性瀝青儲存穩定性，隨著發育時間延長離析指標逐漸變小，其中A 瀝青生產改性瀝青需要發育36 h 才能離析合格（≤2.5 ℃），B 瀝青、C 瀝青分別需要24 h、12 h。

由表1、2 數據可以發現，不同組成基質瀝青改性在高低溫性能、儲存穩定性方面存在差距。從三種基質瀝青改性結果可以發現，芳香分含量高、硫含量高的C 瀝青改性發育時間短，改性后指標最好；硫含量低、芳香分含量低的A 瀝青改性發育時間長，軟化點指標低。基質瀝青組成不同是導致SBS 改性劑在瀝青中溶脹反應速度不同，改性后軟化點、針入度、延度等宏觀指標不同，達到穩定體系所需時間（離析合格）不同的主要原因。

2.2 穩定劑對改性瀝青性能的影響

在改性瀝青生產過程中為了保證改性瀝青長時間儲存不發生離析分層，同時提高改性瀝青產品指標，需要加入一定比例的穩定劑。穩定劑主要包含交聯劑、催化劑、填料。交聯劑通常為氮、氧、硫、磷等雜原子類極性化合物，是基質瀝青與SBS 改性劑發生化學交聯反應并形成穩定的空間網絡結構的橋梁；催化劑一般為質子酸化合物，用于激發基質瀝青與SBS 改性劑發生自由基反應；填料（密度調節劑）是密度介于SBS 改性劑和基質瀝青之間的填料類物質，降低沉降速度。基質瀝青與不同穩定劑存在配伍性，不同穩定劑使用效果不同，需要的添加量和添加工藝也不同。

試驗選用A 瀝青在相同配方下進行改性瀝青生產，選用兩種不同廠家的穩定劑進行試驗，兩種穩定劑分別為1#、2#，改性瀝青指標變化情況見表3。

表3 不同廠家穩定劑對改性瀝青性能的影響

從表3數據可以發現兩種不同廠家穩定劑改性效果存在一定差距，1#穩定劑改性軟化點上升速度快，離析合格時間短，但延度指標低；2#穩定劑5 ℃延度高，但軟化點指標上升速度慢，離析合格時間長。這是因為不同廠家穩定劑組成不同，與基質瀝青改性配伍性不同，改性后各項指標也不同，因此工廠化生產SBS 改性瀝青前需要進行小試試驗選擇合適的穩定劑及配比。

2.3 添加助劑對改性瀝青性能的影響

生產SBS 改性瀝青主要原料包括基質瀝青、SBS 改性劑、穩定劑等，有時根據特定生產需求還會添加一定比例的助劑。雖然助劑添加比例較小，但是能夠提高反應速度、縮短發育時間。選取了兩種類型的助劑進行試驗，分別為助劑A 和助劑B。助劑A 為硫磺顆粒，主要作用為促進SBS 與基質瀝青反應，縮短發育時間；助劑B 為富含芳香分的減壓側線油，可以促進SBS 改性劑溶脹，提高改性瀝青低溫性能。通過多次試驗確定了適宜的添加比例，試驗結果見表4。

從表4數據可以發現，添加一定比例的助劑A 能夠大幅縮短改性瀝青發育時間，改性后軟化點指標升高，針入度、延度指標減小，說明添加助劑A 能夠在一定程度上加快改性瀝青反應速度，對改性瀝青生產是有利的，可以根據基質瀝青不同添加一定比例的助劑A 進行改性瀝青生產。

從表4數據可以發現，添加一定比例的助劑B 后能夠提高改性瀝青針入度和延度指標，對改性瀝青低溫性能改善有一定的作用，在保證針入度指標合格的條件下可以添加一定比例的助劑B提高改性瀝青低溫性能。

表4 添加助劑對改性瀝青性能的影響

2.4 發育罐攪拌效果對改性瀝青性能的影響

SBS 改性劑經過研磨細化后，進入發育罐與基質瀝青混合反應，在穩定劑的作用下SBS 改性劑與基質瀝青之間發生鍵合形成網狀結構，在發育罐的攪拌分散下使研磨剪切后的SBS 改性劑和穩定劑快速均勻的在基質瀝青中分散程度，對生產過程中SBS 改性瀝青產品質量影響很大，成品罐攪拌分散效果的好壞直接關系到改性瀝青發育時間長短和產品質量指標。

筆者所在公司改性瀝青裝置開工初期，SBS 改性瀝青生產發育時間很長，實驗室試驗合格的配方在工業裝置遲遲達不到指標要求。發育時間太長一方面影響生產效率，另一方面改性瀝青長時間儲存發育對延度、老化延度等指標損傷很大?，F場觀察發現發育罐攪拌器攪拌效果較差，罐內介質混合強度小。為了提高發育罐攪拌效果，在停工期間選取部分儲罐進行了攪拌器改造，如調整槳葉結構，增加槳葉層數，新增管壁折流板，調整攪拌轉速等，通過改造提高了發育罐攪拌效果，新舊攪拌器SBS改性瀝青生產試驗結果對比見表5。

從表5數據對比可以看出，新攪拌器發育罐SBS 改性瀝青發育時間明顯縮短，軟化點指標上升速度快，延度較好，離析合格時間短。分析原因，新攪拌器攪拌強度大，能夠使SBS改性劑、穩定劑在基質瀝青中快速分散均勻，交聯反應形成均勻致密的網狀結構，表現為軟化點等指標快速上升，形成穩定體系（離析合格）時間減少。

生產改性瀝青為了保證改性劑、穩定劑快速分散，防止反應迅速的穩定劑發生“偏食”現象，改性瀝青發育罐需要必要的攪拌強度?？紤]到生產設備對原料的廣泛適應性，攪拌強度偏大一點是有利的，適當留有一定的余地是必要的。

表5 新舊攪拌器對改性瀝青性能的影響

3 結論

根據中海瀝青（營口）有限責任公司生產改性瀝青中存在的問題，對影響改性的主要因素進行了考查，得出結論：

a）基質瀝青組成對改性結果影響較大，芳香分含量高、硫含量高的基質瀝青容易改性。

b）同種瀝青使用不同廠家的穩定劑改性效果不同，穩定劑與基質瀝青存在配伍性，生產前需要進行配方試驗選擇合適的穩定劑。

c）添加助劑可以有針對性的改善改性瀝青性能，提高改性效果。

d）發育罐攪拌強度影響改性瀝青發育時間和產品性能，攪拌強度大一點對改性瀝青生產是有利的。