摘要：本文从基质沥青特性以及SBS改性剂的特性出发，根据SBS改性沥青相溶性机理原则，制定适合工程生产需求的配伍数据。并以满足拌合站现场使用须求为原则，确保成品半成品质量为基准，从降低能源消耗以及成本投入出发，对SBS改性设备进行改善，对加工与生产工艺完善。
关键词：SBS改性剂；基质沥青；改性沥青；稳定剂；预加热装置；胶体研磨
一、基质沥青特性以及SBS改性剂特性
沥青是通过石油提炼后的一种产物，因此沥青是由多种物质融合的复杂混合物。沥青的主要构成物为胶质、芳香酚、沥青质、饱和烃、芳香烃等。由于石油原材产地以及形成方式的多样化所以提炼完毕后的基质沥青其构成物比例差异较大，因此沥青其各项指标的差异分成不同型号。
SBS改性剂是一种热塑弹性体。其在常温下如橡胶一样富有弹性，在高温下如塑料一样能够熔融流动具有可塑性。SBS改性剂的主要成分为苯乙烯和丁二烯，根据其含量以及分子结构的不同，一般将SBS改性剂分为线性和星性两种。根据以往经验以及试验数据总结星性的改性剂其改性效果好，但在生产工艺以及成品改性沥青的稳定度方面不如线性。
二、SBS改性沥青相溶性机理原则
SBS改性剂在高温强剪切的作用下被物理剪切成小碎块，并采用搅拌对流作用与沥青充分混合。分散的SBS小颗粒与沥青软组分接触互溶，SBS边缘开始模糊溶胀，逐渐的形成两种物质的稳定混合物。SBS改剂的主要成分苯乙烯和丁二烯是串联结构，当SBS与沥青形成稳定混合物后，其共聚物中苯乙烯塑性体两端分别连接其他的聚苯乙烯分子，通过相互连接的方式形成网状物理链接，从而起到相互约束作用；其次聚苯乙烯链端部与弹性体聚丁二烯中央段相连，此连接方式导致连接体形成交叉立体连接网。平面网综合立体网之后网络之间的作用力更加强烈，聚合物更加稳定，从而限制了沥青质点位移以及胶体流动，提高了沥青的内聚力以及柔性。SBS改性沥青高温性能改善方面，在高温下由于沥青内的软轻质组分与分散的SBS小颗粒互溶产生溶胀反应后形成混合物，SBS的塑性能力传递给了互溶的沥青，从而改善了沥青的力学性能以及流变性。SBS改性沥青的低温改善方面，由于SBS与沥青形成了共聚物，SBS在常温下具备弹性能力，因此在低温下SBS的弹性对共聚物起到保护作用将混合物所吸收的能量吸收消耗提高了沥青的延展性以及抗裂性能。
综上所述SBS改性沥青的重点就是确保SBS被剪切成微小颗粒与沥青形成稳定的混合物，利用SBS热塑弹性体的特性来改善沥青性能。因此需要人工加入稳定剂，利用稳定剂与SBS以及稳定剂与沥青发生化学反应提高两相间的粘合，形成交联体来保证SBS改性沥青的性能。
三、生产工艺及温度控制
SBS改性剂的熔点在180℃左右，然而基质沥青（70号）的加热温度一般控制在155~165℃，当基质沥青加热至195℃时须废弃，主要原因是高温会加快基质沥青内的轻质油成分挥发，导致沥青老化、氧化、焦化等情况出现降低了沥青的各项指标。因此生产时沥青加热温度应控制在160℃左右，在SBS改性剂与沥青参培互溶前通过二次加热设备将基质沥青提高至185℃，利用预加热设备将SBS改性剂提高至80~100℃后通过称量按照参培比例共同输送至搅拌罐内，在搅拌罐内充分进行搅拌并利用其加热盘管控制混合物温度达到180℃输送至反应釜一内，在反应釜内搅拌互溶40-60min后开始进行剪切研磨，研磨完毕后的混合物输送至反应釜二内，在反应釜二内进行3-4h恒温搅拌完成溶胀反应，发育温度控制在170~175℃。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆发育完毕的SBS改性沥青输送至沥青罐内进行储存，短期储存时温度控制在150~160℃，且需要间断式搅拌防止离析，间断时间为30~60min搅拌时间为20~30min。当生产的改性沥青须要储存以及运输时须在改性沥青发育时人工添加稳定剂。
四、设备改善与操作
SBS改性沥青生产设备主要分为以下几个板块：自动上料（改性剂）称量螺旋、混合搅拌罐、两个反应釜、胶体研磨机、自动称量系统、温控检测与管控系统。
设备改善有以下几部分：沥青预加热装置。沥青预加热装置是一套由导热油盘管盘旋而成的罐体，盘管与罐体内沥青接触面积达到200㎡，将导热油加热至210℃时，160℃的沥青从罐体内以20t/h的流量通过时，温度能够提升25~30℃。
改性剂预加热装置。在改性沥青上料称量螺旋外包裹圆环形导热油管道，导热油加热至210℃时，改性剂以0.9t/h通过时可以从常温提升至80~100℃。
稳定剂以及外加剂自动添加装置。通过自动称量螺旋按照比例称量完稳定剂以及外加剂，在反应釜搅拌螺旋处安装单项阀门，阀门通过管道连接至自动称量螺旋末端并接入一个空压机。称量完的外加剂以及稳定剂通过空压机加压吹入管道内从螺旋叶片上的单项阀门吹入改性沥青内，通过气泡增大接触面积并通过螺旋搅拌完成稳定剂以及外加剂与改性沥青充分相溶。
设备操作流程。基质沥青在储存管内加热至155~165℃，导热加热至210℃，改性剂以0.9t/h的速度通过具有预加热功能的称量螺旋输送至搅拌罐内，同时将加热完毕后的基质沥青以20t/h的速度通过预加热罐体输送至搅拌罐内，搅拌罐通过其温控系统将混合物温度调制180℃后输送至一号反应釜内，在一号反应釜内预拌以及溶胀30~60min后待温度降至170~175℃时进入胶体研磨机进行剪切研磨，混合物通过精密多层的转子与定子剪切作用下被撕裂和粉碎，确保SBS变成微小颗粒与沥青均匀混合形成稳定聚合物。经过研磨后的改性沥青输送至二号反应釜内在恒温搅拌的环境下发育3~4h后便可使用。
注意事项。首先是对温度的控制，由于SBS熔点为180℃，而基质沥青加热温度超过160℃后会加速其轻质油成分挥发从而导致沥青老化、氧化、焦化情况出现导致沥青指标下降。因此在生产发育过程中要尽量缩短基质沥青加热时间且必须保证生产时温度达到180℃左右。其次是胶体研磨控制，当研磨机定子与转子空隙过大时，SBS将无法被均匀的剪切撕裂成微小颗粒从而影响改性效果，然而当定子与转子空隙过小时，加强的剪切摩擦力会使聚合物温度极具上升导致SBS以及沥青老化焦化。因此胶体研磨机的间隙应控制在1~5mm之间。最后就是搅拌时间与发育时间的控制。SBS与沥青在一号反应釜内必须保证连续恒温搅拌40~60min时间过短则无法保证SBS与沥青充分混合，由于此时温度为180℃因此当搅拌时间延长则会加速沥青指标下降。发育完毕的SBS改性沥青短时间储存时须恒温间断性搅拌。由于沥青中主要成分为极性化合物，而SBS属于非极性化合物且粘度大，两者之间是处于物理反应而融合的，当长时间处于静止状态时会发生沥青下沉SBS上浮的离析现象。必须杜绝SBS改性沥青恒温长时间处于静止状态。连续搅拌会增大SBS改性沥青的比表面积以及与空气的接触面积，加速SBS改性沥青的氧化以及老化。综合考虑后采用间断性搅拌方式对SBS改性沥青进行储存。
结语
SBS改性沥青生产的难点就是SBS改性剂与基质沥青的物理相溶性。必须根据基质沥青的特性选择适合的SBS改性剂，只有确保两者之间形成互溶方可对沥青进行充分改性。
参考文献
[1]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2017；
[2]《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2017；
论文作者:崔江
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/27
标签：沥青论文; 基质论文; 改性沥青论文; 混合物论文; 稳定剂论文; 改性剂论文; 研磨机论文; 《基层建设》2019年第24期论文;