王學(xué)武

（甘肅省遠(yuǎn)大路業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州 730030）

橡膠瀝青主要是利用廢舊輪胎等廢舊橡膠制品經(jīng)過碎化處理，變成橡膠粉，橡膠粉再與道路石油瀝青相結(jié)合，經(jīng)過一系列的加熱、預(yù)混、溶脹、高速剪切后，膠粉逐漸吸收了瀝青中的芳香酚而膨脹、軟化，導(dǎo)致瀝青中的芳香酚減少，瀝青粘度增大，最終瀝青和橡膠粉界面逐漸模糊，生成的一種高彈性膠凝物質(zhì)。但是目前橡膠瀝青的生產(chǎn)普遍存在設(shè)備比較落后，生產(chǎn)工藝簡單，采用預(yù)混發(fā)育一體的加工方式，不能確保大面積施工用量，在加工生產(chǎn)過程中對(duì)溫度及各組分材料數(shù)量控制不精準(zhǔn)，容易引起瀝青過熱老化和各配方添加不準(zhǔn)確。當(dāng)膠粉添加量達(dá)到20%以后，如膠粉和道路石油瀝青不能很好的融合，預(yù)混后組成的混合就會(huì)出現(xiàn)不能充分溶脹、極易分散、結(jié)團(tuán)、堵管現(xiàn)象，導(dǎo)致成品存儲(chǔ)穩(wěn)定性差、易離析，往往出現(xiàn)已檢驗(yàn)合格的成品橡膠瀝青存放幾小時(shí)后二次復(fù)檢多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不合格的問題。為了解決以上問題，最大限度增加膠粉摻量和橡膠瀝青各階段溫度進(jìn)行控制，本研究在傳統(tǒng)橡膠瀝青加工工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)原有橡膠瀝青加工設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，進(jìn)一步提高了橡膠瀝青產(chǎn)品質(zhì)量[1-4]。

1 橡膠瀝青加工設(shè)備改造升級(jí)，提高橡膠瀝青路用性能

1.1 增加罐體，分離預(yù)混罐和發(fā)育罐

傳統(tǒng)橡膠瀝青加工過程中只用一個(gè)罐體就完成了橡膠瀝青的預(yù)混和發(fā)育，生產(chǎn)效率低，影響施工進(jìn)度，完全不能滿足橡膠瀝青工廠化生產(chǎn)數(shù)量要求，經(jīng)過對(duì)橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備全過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過增加罐體，分離預(yù)混罐和發(fā)育罐，采用先預(yù)混后反應(yīng)溶脹的生產(chǎn)工藝，進(jìn)行閥門切換，瀝青泵和膠體磨連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)不間斷生產(chǎn)[5]。

1.2 實(shí)現(xiàn)管理信息化

在基質(zhì)瀝青儲(chǔ)存罐、預(yù)混罐、發(fā)育罐安裝全套紅外液位器、溫度傳感器和壓力控制元件，應(yīng)用信息化手段自動(dòng)調(diào)節(jié)瀝青泵轉(zhuǎn)速和改性劑進(jìn)料速率，實(shí)現(xiàn)各成分的準(zhǔn)確計(jì)量，實(shí)時(shí)監(jiān)控成品發(fā)育溫度和發(fā)育時(shí)間，并及時(shí)上傳至信息化管理平臺(tái)，達(dá)到橡膠瀝青生產(chǎn)事中控制的目的。

1.3 安裝膠體磨裝置

在預(yù)混罐和發(fā)育罐之間安裝膠體磨裝置，橡膠粉和基質(zhì)瀝青經(jīng)預(yù)混后，通過膠體磨的高速研磨、剪切作用，提高了橡膠粉顆粒在瀝青中的分散度，通過發(fā)育罐內(nèi)攪拌，瀝青油分充分溶脹至瀝青橡膠粉中，添加穩(wěn)定劑后，大幅提高了橡膠瀝青儲(chǔ)存及運(yùn)輸穩(wěn)定性。

經(jīng)過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改升級(jí)造，一是通過信息化手段實(shí)時(shí)監(jiān)控加工溫度和各組分?jǐn)?shù)量，從根本上優(yōu)化橡膠瀝青加工工藝流程，增加了橡膠瀝青的生產(chǎn)效率；二是增加膠體磨裝置，不僅解決了橡膠瀝青在溶脹過程中由于粉顆粒膨脹而限制了膠粉摻量，導(dǎo)致橡膠粉添加不足的問題，而且避免了橡膠瀝青灑布過程中的橡膠粉顆粒膨脹堵塞同步碎石封層車的過濾網(wǎng)，出現(xiàn)漏灑的情況發(fā)生；三是通過研究膠粉摻量和生產(chǎn)工藝對(duì)橡膠瀝青性能指標(biāo)的影響，優(yōu)化了生產(chǎn)工藝和橡膠瀝青各組分配合比設(shè)計(jì)，規(guī)范各階段操作要點(diǎn)，明確發(fā)育溫度和發(fā)育時(shí)間，儲(chǔ)存溫度和儲(chǔ)存時(shí)間，以保證橡膠瀝青發(fā)揮最大路用性能。

2 試生產(chǎn)及橡膠瀝青路用性能驗(yàn)證

2.1 原材料介紹

基質(zhì)瀝青：采用的基質(zhì)瀝青為A 級(jí)90 號(hào)道路石油瀝青，檢測結(jié)果見表1。

表1 90#道路石油瀝青檢測結(jié)果

橡膠粉：采用常溫研磨粉碎的橡膠粉，外觀質(zhì)地均勻，不含有目測可見的木屑、砂礫、玻璃和污物等雜質(zhì)。膠粉中的纖維不結(jié)團(tuán)，且不存在編織狀的纖維顆粒[6]，細(xì)度為40目，檢測結(jié)果見表2。

表2 橡膠粉檢測結(jié)果

2.2 配合比設(shè)計(jì)

將基質(zhì)瀝青、橡膠粉按照不同物料比例、不同溫度、不同預(yù)混和發(fā)育溫度進(jìn)行室內(nèi)橡膠瀝青樣品制備，按照相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，進(jìn)行橡膠瀝青配合比設(shè)計(jì)。在道路石油瀝青中分別添加18%、20%、23%、25%的橡膠粉進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過預(yù)混、膠體磨研磨、剪切，經(jīng)過發(fā)育罐1.5 h溶脹后，按照不同摻量生產(chǎn)橡膠瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同橡膠粉摻量生產(chǎn)的橡膠瀝青性能對(duì)比

相關(guān)研究表明[7]，橡膠瀝青的發(fā)育時(shí)間和發(fā)育溫度具有相關(guān)性，正常情況下，采用18%橡膠粉摻量在180℃發(fā)育180 min，190℃發(fā)育120 min，200℃發(fā)育90 min 即可達(dá)到完全溶脹的效果。同時(shí)，橡膠瀝青的發(fā)育時(shí)間和橡膠粉的摻量也有很大關(guān)系。采用90#瀝青，40 目的橡膠粉不同摻量，現(xiàn)場190℃加工橡膠瀝青，檢測其177℃布氏粘度，結(jié)果表明，橡膠粉摻量達(dá)到20%以上時(shí)，橡膠瀝青的粘度隨著發(fā)育時(shí)間呈先升后降的趨勢。20%橡膠粉摻量在發(fā)育60 min 后的粘度達(dá)到峰值，23%橡膠粉摻量在發(fā)育75 min 后粘度達(dá)到峰值，25%橡膠粉摻量在發(fā)育90 min 后達(dá)到峰值，但過高的粘度影響施工，過短的發(fā)育時(shí)間橡膠粉無法溶脹，影響橡膠瀝青的延度。因此，本研究采用25%橡膠粉摻量生產(chǎn)橡膠瀝青的發(fā)育時(shí)間為90 min，發(fā)育溫度為190℃進(jìn)行生產(chǎn)[8]。

2.3 橡膠瀝青試生產(chǎn)

（1）加熱及預(yù)混。按照配合比設(shè)計(jì)確定的配方和工藝條件進(jìn)行試生產(chǎn)，試生產(chǎn)量為3 t。試產(chǎn)前保證罐內(nèi)和管線內(nèi)沒有其他種類的瀝青殘留，將專罐內(nèi)合格的基質(zhì)瀝青快速加熱到120～130℃，泵送到生產(chǎn)區(qū)經(jīng)換熱器加熱到185～195℃預(yù)混罐，通過瀝青流量計(jì)調(diào)整瀝青量，開始向預(yù)混罐內(nèi)添加規(guī)定比例的橡膠粉，開啟攪拌，攪拌時(shí)間為3～5 min。

（2）反應(yīng)溶脹。當(dāng)預(yù)混罐內(nèi)瀝青達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，開始向預(yù)混罐內(nèi)按比例添加瀝青和橡膠粉，反應(yīng)溶脹溫度為185～195℃，且不得超過205℃，預(yù)混罐內(nèi)所有物料的混合物全部預(yù)混完成后經(jīng)膠體磨高速研磨、剪切后進(jìn)入反應(yīng)釜，反應(yīng)釜發(fā)育溫度185～195℃，發(fā)育時(shí)間為90 min。

（3）經(jīng)反應(yīng)釜充分溶脹后，取樣進(jìn)行試驗(yàn)檢測，橡膠瀝青各項(xiàng)指標(biāo)在滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求時(shí)，固化各項(xiàng)加工參數(shù)，為后期大面積施工提供更為可靠的橡膠瀝青。

3 性能驗(yàn)證

設(shè)備改造后，通過采用90#基質(zhì)瀝青、40目橡膠粉生產(chǎn)同樣粘度的橡膠瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明（表5）：橡膠粉最大摻量可由原來的20%提高至25%，成品橡膠瀝青的彈性恢復(fù)提高了8.0%，軟化點(diǎn)提高了6.2%，針入度提高了7.3%，延度提高了70%，橡膠瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性更好，存儲(chǔ)24 h后檢測未發(fā)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)發(fā)生過大變化，見表4。

表4 生產(chǎn)加工設(shè)備增加膠體磨前后橡膠瀝青性能對(duì)比

4 結(jié)語

本研究通過對(duì)橡膠瀝青加工設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，在不同橡膠粉摻量和不同發(fā)育時(shí)間的條件下，對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn)對(duì)比，最終確定橡膠瀝青生產(chǎn)配合比和加工工藝，得出了以下主要結(jié)論：

（1）橡膠瀝青加工增加膠體磨裝置，橡膠粉最大摻量可以提高至25%，彈性恢復(fù)、軟化點(diǎn)和針入度等檢測指標(biāo)都得到提高，橡膠瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性更好。

（2）橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性都能得到提高，橡膠瀝青的粘度會(huì)隨之升高。

（3）橡膠粉摻量達(dá)到20%以上時(shí)，橡膠瀝青的粘度隨著發(fā)育時(shí)間呈先升后降的趨勢。

（4）通過綜合考慮橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)和施工過程中的泵送以及噴灑等因素，本研究最終選用生產(chǎn)橡膠瀝青的橡膠粉最佳摻量為25%，發(fā)育時(shí)間90 min，發(fā)育溫度190℃。