馬洪波，董鳳龍，周宏前，王輝，張?zhí)镉?/p>

（中海瀝青（營(yíng)口）有限責(zé)任公司，營(yíng)口 115000）

隨著全球氣候的變化，國(guó)內(nèi)各區(qū)域極端溫差現(xiàn)象不斷出現(xiàn)，東北三省部分地區(qū)的全年最高溫差甚至達(dá)到70 ℃以上，在此極端氣候條件下對(duì)瀝青路面的考驗(yàn)更加嚴(yán)酷。瀝青性質(zhì)是影響路面使用壽命和服務(wù)性能的重要因素，性能優(yōu)良的改性瀝青對(duì)瀝青混合料的使用有重要影響[1]。隨著高速公路的快速發(fā)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(duì)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(zhì)瀝青中摻加少量的SBS 通過一定的工藝加工而成，因其優(yōu)良的高低溫性能、抗老化性能等特點(diǎn)備受青睞，在實(shí)際工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用[2]。

SBS 改性瀝青工業(yè)生產(chǎn)主要為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)和工廠化生產(chǎn)，工廠化生產(chǎn)SBS 改性瀝青過程影響產(chǎn)品性能的因素眾多，本文結(jié)合多年生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從基質(zhì)瀝青組成、穩(wěn)定劑種類、改性瀝青助劑、發(fā)育罐攪拌效果等方面考察了對(duì)SBS改性瀝青產(chǎn)品性能的影響。

1 生產(chǎn)原理及工藝流程

1.1 生產(chǎn)原理

本公司采用膠體磨法生產(chǎn)SBS 改性瀝青。將SBS 改性劑與基質(zhì)瀝青按照確定的配方比例在預(yù)混罐內(nèi)混合溶脹，經(jīng)過膠體磨研磨后SBS以細(xì)小顆粒的形式分散到基質(zhì)瀝青里面，SBS 的PB 段吸收瀝青的輕組分發(fā)生溶脹，PS 段發(fā)生物理交聯(lián)，使SBS 分子在瀝青中形成“互穿立體網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)，但由于SBS 與基質(zhì)瀝青在分子量上相差甚大，屬于熱力學(xué)不相容體系，為了得到儲(chǔ)存穩(wěn)定的產(chǎn)品，需要向混合體系加入穩(wěn)定劑，通過物理化學(xué)反應(yīng)，得到均勻穩(wěn)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(zhì)瀝青原料從原料罐內(nèi)由泵抽出經(jīng)換熱至190 ℃左右后，進(jìn)入預(yù)混罐中，同時(shí)在預(yù)混罐內(nèi)加入計(jì)量好的SBS 改性劑，與基質(zhì)瀝青充分混合溶脹后，經(jīng)過給料泵送至膠體磨研磨剪切，同時(shí)在改性瀝青發(fā)育罐內(nèi)加入計(jì)量好的改性瀝青穩(wěn)定劑，在一定溫度下攪拌發(fā)育一段時(shí)間即可獲得成品SBS 改性瀝青。SBS 改性瀝青生產(chǎn)工藝流程見圖1所示。

圖1 SBS 改性瀝青生產(chǎn)工藝流程

2 結(jié)果與討論

2.1 基質(zhì)瀝青組成對(duì)改性瀝青性能的影響

研究表明基質(zhì)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?；|(zhì)瀝青組成中雜元素（主要是S）含量對(duì)SBS 改性影響也較大，基質(zhì)瀝青中含硫的極性官能團(tuán)是高分子聚合物SBS 與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)所必須的，硫含量高的基質(zhì)瀝青有助于SBS 改性?；|(zhì)瀝青組成是影響SBS 改性瀝青性能的關(guān)鍵因素[4]。

選取三種不同組成的90 號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，三種瀝青分別命名為A 瀝青、B 瀝青、C 瀝青，性質(zhì)見表1。按照相同的配方進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，SBS 改性劑添加比例4%，使用相同的生產(chǎn)工藝，發(fā)育過程中定期取樣檢測(cè)，表2列出了三種基質(zhì)瀝青改性過程中SBS 改性瀝青指標(biāo)變化情況。

表1 三種基質(zhì)瀝青性質(zhì)

表2 三種基質(zhì)瀝青生產(chǎn)改性瀝青性質(zhì)

2.1.1 高溫性能

改性后軟化點(diǎn)指標(biāo)能夠反映瀝青的高溫性能，三種基質(zhì)瀝青改性后軟化點(diǎn)隨發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)呈先增大后減小趨勢(shì)，A 瀝青發(fā)育時(shí)間明顯比B 瀝青、C 瀝青長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存發(fā)育A 瀝青改性軟化點(diǎn)逐漸上升，B 瀝青、C 瀝青軟化點(diǎn)呈現(xiàn)出先增加后減小趨勢(shì)。A 瀝青生產(chǎn)改性瀝青反應(yīng)速度比較慢，短時(shí)間內(nèi)軟化點(diǎn)指標(biāo)較低，工業(yè)生產(chǎn)使用表現(xiàn)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(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)，改性瀝青延度呈下降趨勢(shì)，從結(jié)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(chǔ)存穩(wěn)定性

48 h 離析指標(biāo)能夠反映改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性，隨著發(fā)育時(shí)間延長(zhǎng)離析指標(biāo)逐漸變小，其中A 瀝青生產(chǎn)改性瀝青需要發(fā)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(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不同組成基質(zhì)瀝青改性在高低溫性能、儲(chǔ)存穩(wěn)定性方面存在差距。從三種基質(zhì)瀝青改性結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，芳香分含量高、硫含量高的C 瀝青改性發(fā)育時(shí)間短，改性后指標(biāo)最好；硫含量低、芳香分含量低的A 瀝青改性發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)，軟化點(diǎn)指標(biāo)低?；|(zhì)瀝青組成不同是導(dǎo)致SBS 改性劑在瀝青中溶脹反應(yīng)速度不同，改性后軟化點(diǎn)、針入度、延度等宏觀指標(biāo)不同，達(dá)到穩(wěn)定體系所需時(shí)間（離析合格）不同的主要原因。

2.2 穩(wěn)定劑對(duì)改性瀝青性能的影響

在改性瀝青生產(chǎn)過程中為了保證改性瀝青長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存不發(fā)生離析分層，同時(shí)提高改性瀝青產(chǎn)品指標(biāo)，需要加入一定比例的穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑主要包含交聯(lián)劑、催化劑、填料。交聯(lián)劑通常為氮、氧、硫、磷等雜原子類極性化合物，是基質(zhì)瀝青與SBS 改性劑發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)并形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的橋梁；催化劑一般為質(zhì)子酸化合物，用于激發(fā)基質(zhì)瀝青與SBS 改性劑發(fā)生自由基反應(yīng)；填料（密度調(diào)節(jié)劑）是密度介于SBS 改性劑和基質(zhì)瀝青之間的填料類物質(zhì)，降低沉降速度。基質(zhì)瀝青與不同穩(wěn)定劑存在配伍性，不同穩(wěn)定劑使用效果不同，需要的添加量和添加工藝也不同。

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

表3 不同廠家穩(wěn)定劑對(duì)改性瀝青性能的影響

從表3數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)兩種不同廠家穩(wěn)定劑改性效果存在一定差距，1#穩(wěn)定劑改性軟化點(diǎn)上升速度快，離析合格時(shí)間短，但延度指標(biāo)低；2#穩(wěn)定劑5 ℃延度高，但軟化點(diǎn)指標(biāo)上升速度慢，離析合格時(shí)間長(zhǎng)。這是因?yàn)椴煌瑥S家穩(wěn)定劑組成不同，與基質(zhì)瀝青改性配伍性不同，改性后各項(xiàng)指標(biāo)也不同，因此工廠化生產(chǎn)SBS 改性瀝青前需要進(jìn)行小試試驗(yàn)選擇合適的穩(wěn)定劑及配比。

2.3 添加助劑對(duì)改性瀝青性能的影響

生產(chǎn)SBS 改性瀝青主要原料包括基質(zhì)瀝青、SBS 改性劑、穩(wěn)定劑等，有時(shí)根據(jù)特定生產(chǎn)需求還會(huì)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(yīng)速度、縮短發(fā)育時(shí)間。選取了兩種類型的助劑進(jìn)行試驗(yàn)，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(jìn)SBS 與基質(zhì)瀝青反應(yīng)，縮短發(fā)育時(shí)間；助劑B 為富含芳香分的減壓側(cè)線油，可以促進(jìn)SBS 改性劑溶脹，提高改性瀝青低溫性能。通過多次試驗(yàn)確定了適宜的添加比例，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，添加一定比例的助劑A 能夠大幅縮短改性瀝青發(fā)育時(shí)間，改性后軟化點(diǎn)指標(biāo)升高，針入度、延度指標(biāo)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(yīng)速度，對(duì)改性瀝青生產(chǎn)是有利的，可以根據(jù)基質(zhì)瀝青不同添加一定比例的助劑A 進(jìn)行改性瀝青生產(chǎn)。

從表4數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，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(biāo)，對(duì)改性瀝青低溫性能改善有一定的作用，在保證針入度指標(biāo)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(duì)改性瀝青性能的影響

2.4 發(fā)育罐攪拌效果對(duì)改性瀝青性能的影響

SBS 改性劑經(jīng)過研磨細(xì)化后，進(jìn)入發(fā)育罐與基質(zhì)瀝青混合反應(yīng)，在穩(wěn)定劑的作用下SBS 改性劑與基質(zhì)瀝青之間發(fā)生鍵合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在發(fā)育罐的攪拌分散下使研磨剪切后的SBS 改性劑和穩(wěn)定劑快速均勻的在基質(zhì)瀝青中分散程度，對(duì)生產(chǎn)過程中SBS 改性瀝青產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，成品罐攪拌分散效果的好壞直接關(guān)系到改性瀝青發(fā)育時(shí)間長(zhǎng)短和產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。

筆者所在公司改性瀝青裝置開工初期，SBS 改性瀝青生產(chǎn)發(fā)育時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)合格的配方在工業(yè)裝置遲遲達(dá)不到指標(biāo)要求。發(fā)育時(shí)間太長(zhǎng)一方面影響生產(chǎn)效率，另一方面改性瀝青長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存發(fā)育對(duì)延度、老化延度等指標(biāo)損傷很大。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)育罐攪拌器攪拌效果較差，罐內(nèi)介質(zhì)混合強(qiáng)度小。為了提高發(fā)育罐攪拌效果，在停工期間選取部分儲(chǔ)罐進(jìn)行了攪拌器改造，如調(diào)整槳葉結(jié)構(gòu)，增加槳葉層數(shù)，新增管壁折流板，調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速等，通過改造提高了發(fā)育罐攪拌效果，新舊攪拌器SBS改性瀝青生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表5。

從表5數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，新攪拌器發(fā)育罐SBS 改性瀝青發(fā)育時(shí)間明顯縮短，軟化點(diǎn)指標(biāo)上升速度快，延度較好，離析合格時(shí)間短。分析原因，新攪拌器攪拌強(qiáng)度大，能夠使SBS改性劑、穩(wěn)定劑在基質(zhì)瀝青中快速分散均勻，交聯(lián)反應(yīng)形成均勻致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為軟化點(diǎn)等指標(biāo)快速上升，形成穩(wěn)定體系（離析合格）時(shí)間減少。

生產(chǎn)改性瀝青為了保證改性劑、穩(wěn)定劑快速分散，防止反應(yīng)迅速的穩(wěn)定劑發(fā)生“偏食”現(xiàn)象，改性瀝青發(fā)育罐需要必要的攪拌強(qiáng)度?？紤]到生產(chǎn)設(shè)備對(duì)原料的廣泛適應(yīng)性，攪拌強(qiáng)度偏大一點(diǎn)是有利的，適當(dāng)留有一定的余地是必要的。

表5 新舊攪拌器對(duì)改性瀝青性能的影響

3 結(jié)論

根據(jù)中海瀝青（營(yíng)口）有限責(zé)任公司生產(chǎn)改性瀝青中存在的問題，對(duì)影響改性的主要因素進(jìn)行了考查，得出結(jié)論：

a）基質(zhì)瀝青組成對(duì)改性結(jié)果影響較大，芳香分含量高、硫含量高的基質(zhì)瀝青容易改性。

b）同種瀝青使用不同廠家的穩(wěn)定劑改性效果不同，穩(wěn)定劑與基質(zhì)瀝青存在配伍性，生產(chǎn)前需要進(jìn)行配方試驗(yàn)選擇合適的穩(wěn)定劑。

c）添加助劑可以有針對(duì)性的改善改性瀝青性能，提高改性效果。

d）發(fā)育罐攪拌強(qiáng)度影響改性瀝青發(fā)育時(shí)間和產(chǎn)品性能，攪拌強(qiáng)度大一點(diǎn)對(duì)改性瀝青生產(chǎn)是有利的。