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摘要：聚合物改性沥青由于可以提高和改善路面使用性能已得到了广泛的应用。目前，国内外SBS改性沥青的生产方式有现场法加工和工厂化生产两种工艺。但随着工厂化改性沥青技术壁垒的消除，改性沥青价格日趋透明，国内改性沥青产能的过剩和改性沥青产品的“微利”特性，使得一些沥青厂家为追求利润，添加大量不利于沥青性能各种添加剂或劣质油品。虽然改性沥青产品各项指标合格，但严重影响改性沥青内在品质和路用性能，导致多个地区路面工程发生早期损害。本研究旨在为保障工程所需SBS改性沥青生产稳定性，提高改性沥青的生产质量稳定性，为今后现场法改性沥青生产提供参考。
关键词：SBS；改性沥青；现场加工
1 前 言
其中SBS聚合物改性沥青又以其能够显著提高沥青路面高温抗车辙、低温抗裂能力、抗老化能力和耐疲劳性能而成为聚合物改性沥青的主要产品，现阶段国内现场加工改性沥青由于加工者技术水平差异、加工设备不同、加工工艺和原材料性能变化，导致现场加工改性沥青质量存在明显差异。河北太行山高速京蔚段采用现场法生产改性沥青，为保障工程所需SBS改性沥青生产稳定性，提高改性沥青的生产质量稳定性，可以预见，该项技术将会得到广泛的应用。
2 工程概况
太行山高速京蔚段项目位于河北省张家口市境内，起点路线整体走向呈东西走向，全长65.72km，路面上面层沥青混合料13.93万吨。
3 施工工艺原理
在高温搅拌条件下使沥青中的轻质油份和SBS改性剂相互吸收而使其溶胀，为了使SBS以分子的状态在基质沥青中分散均匀，达到均相结构，利用物理的剪切或者研磨作用使SBS碎化、细化以达到预期的要求；然后在高温下，SBS中丁二烯段的双键打开，形成活性自由基，/为了改善了SBS与沥青之间的相容性，从而达到对基质沥青的改性大幅提高沥青路面的高低温及抗水损害性能的目的，通过添加改性剂独山子T6302，使SBS分子之间发生交联反应，使沥青与SBS改性剂之间形成空间网络结构，产生交联，改善SBS与沥青之间的相容性，使其具备预期的效果。具体施工流程见下图：
图3.1 施工工艺流程图
4 施工工艺流程及操作要点
4.2 原材料检测与优选
4.2.1.基质沥青的选取
基质沥青的品质是决定沥青改性是否成功的第一步，也是其中的关键因素，因此选择合适优质的基质沥青是改性成功的基础，基质沥青选择时必须考虑到以下几个方面：
1.基质沥青应符合重交通沥青的技术标准要求
沥青的15℃延度及含蜡量指标是重交通中沥青了主要指标。SBS改性沥青最大的的优点就是在低温条件下沥青不宜断裂，延展性能较其他沥青有大幅度提升，基质沥青作为沥青改性的基础，因此对基质沥青在15℃下的延度有较高的要求。同时沥青的感温性能与基质沥青中的蜡含量成反比，蜡含量越高，其感温性能越差。
2.充分考虑材料的配伍性
改性沥青加工时，并不是单一的认为基质沥青符合标准就可与任意改性剂达到改性目的。其是否能达到预期要求，其中的关键是使基质沥青与改性剂有较好的伍配性，基质沥青的三大指标并不能完全代表其全部的理化性质和组成成分。沥青作为石油的一种是提炼产物，成分多，性质复杂。不同成分的之间的比例和理化性质的相互作用直接影响到改性剂与基质沥青的配伍性问题。从改善沥青组分与改性剂相容性为出发点，为了达到预期的效果，尽量选择沥青质含量较低，芳香分、胶质含量较高的基质沥青。
国内外许多学者也提出不少相容性理论。但大多为经验公式，并且沥青的理化性质和组成成分也有很大的差异，难以进行实际的生产，指导施工。在实际生产中必须根据选材沥青的理化性质和组成成分，对不同的基质沥青进行改性，考察其最终改性效果，然后选择合适的伍配材料和生产工艺。
3.必须选用合适的基质沥青标号
25℃针入度是改性沥青等级划分的评判指标，选用时应根据工程设计要求、当地气候环境及原材料的供应等角度来选择。一般来说，基质沥青经SBS改性后，沥青的粘性会降低，实验表现为针入度要下降20~25。70号重交沥青改性后针入度一般在45~50左右，故只能符合I—D级要求。综合考虑，本项目所选用的是A级70号道路石油沥青。
4.2.2.SBS改性剂的选取
在选取改性剂时，根据当地的气候条件和沥青供应原料，我们对国内SBS改性剂生产商其中技术实力较强的三家厂商进行了调研，重点对其生产的SBS改性剂的品种的理化特性进行了试验分析对比，结合本项目所的沥青原材料，对SBS改性剂进行了初选，然后根据室内小样制备结果选择独山子石化生产的T6302作为改性剂。
4.2.3.相容剂
可以提升SBS改性沥青的稳定性。
4.2.4.稳定剂
同样能够增加SBS改性沥青的稳定性。
4.3室内小样的制备与检验
4.3.1.参数确定
根据实验结果表明，5500r/min是沥青高温流动变形和抗剪切性能变化的拐点，剪切速率必须小于5500r/min；而从改性沥青低温延度考虑，在剪切速率为5500 r/min时低温延度最大。因此，选择5500r/min作为线型改性剂加工剪切速率。剪切时间在35min左右时其软化点与低温延度均高于其他剪切时间下的测定值，因此选择35min作为制备SBS改性沥青的最佳剪切时间。延度随着温度的上升而增大，针入度呈微上升趋势，软化点则先上升后下降，故选取185℃作为试验室小样制取成品SBS改性沥青的最佳剪切温度。
4.3.2.小样制备
用高速剪切混合乳化机制备SBS改性沥青，首先在5500转/min范围内进行剪切。SBS改性沥青加工时，将助溶剂按一定比例添加到沥青中后加热到160℃，再加入4.5%SBS，机械搅拌40min后，在185℃范围内连续剪切35 min，剪切过程中待观察试样均匀光亮时加入稳定剂，再在175～185℃温度内机械搅拌50min后，放入163℃烘箱中发育2.5h，即制成小样。
4.3.3.沥青试验检测
为验证SBS改性剂与基质沥青的配伍性，我们对沥青的三大指标及储存稳定性进行了初步验证，若四个指标均合格，再对沥青的其他指标（闪点、溶解度、弹性恢复25℃、储存稳定性离析（48h软化点差）、针入度指数PI、运动粘度135℃、老化后质量变化、延度5℃、针入度比25℃）进行检测，若指标全部符合规范要求，则为拟试生产改性沥青配方。
图4.3.3-1 针入度试验 图4.3.3-2 软化点试验
4.3.4.混合料性能的检测
沥青混合料性质如下表：
表4.3.4-1 马歇尔试验结果指标要求
表4.3.4-2 沥青混合料技术指标
4.4SBS改性沥青现场生产
4.4.1.生产配方
SBS改性沥青满足I-D基本要求，在生产配方中根据基质沥青与SBS改性剂的配伍性，调整稳定剂的掺量，同时必要情况下添加一定比例相容剂。具体生产配方见表4.4.1-1。
表4.4.1-1 SBS改性沥青生产配方
基于采购原材料，其中基质沥青为齐鲁石化产石油沥青，SBS改性剂为独山子T6302，针对这一情况，将生产配方进行调整得出了SBS改性沥青建议生产配方见表4.4.1-2。
表4.4.1-2 SBS改性沥青生产建议配方
4.4.2.生产工艺
SBS改性沥青的各项技术性能指标，均受到改性工艺中剪切速率、剪切温度、剪切时间、发育时间等的影响，经过不同改性工艺分析，确定的最佳工艺条件：
1.剪切温度185℃、剪切时间35min 左右、发育时间2.5h、剪切速率为5500r/min。
2.基质沥青升温至150-160℃，经过换热后输送到溶胀罐，温度控制180-190℃；
3.加入SBS，搅拌、溶胀20-30分钟；
4.溶胀后将基质沥青和SBS混合物过磨、研磨；
5.研磨后打入发育罐，控制温度165-175℃；
6.加入稳定剂，搅拌反应30-60min。
现场法SBS改性沥青在生产工艺建议见表4.4.2。
表4.4.2-1 SBS改性沥青建议生产工艺
4.4.3.生产工艺流程见图
图4.4.3-1 SBS改性沥青生产工艺流程
5.材料与设备
5.1材料的选取
5.1.1.沥青
本项目采用的是A级70号道路石油沥青，其技术要求见表6.1.1-1。
表6.1.1-1 70#道路石油沥青技术指标
5.1.2.相容剂
为保证SBS改性沥青的稳定性，我项目在生产过程中适当添加了相容剂，相容剂技术指标见表5.1.2-1。
表5.1.2-1相容剂的技术指标
5.1.3.稳定剂
稳定剂同样可增加SBS改性沥青的稳定性，稳定剂技术指标见表5.1.3-1。
表5.1.3-1稳定剂的技术指标
5.2 SBS改性沥青现场生产设备
5.2.1.设备的选取
考虑到国内外生产设备的差异和匹配性，选择国内的生产设备其主要参数如下：
5.2.2.设备的调试
设备式运转一般可分为空转试验、负荷试验、精度试验三种。
1.空转实验：在无贝多芬运转状态下，考核设备安装精度和其他控制系统的稳定性。
2.设备的负荷实验：使试验设备在数个标准负荷工況下进行试验，确定设备各部件、系统等装置是否达到出厂的标准，是否能够正常、安全、可靠的进行工作，负荷实验的质量直接关系着设备的使用寿命
3.设备的精度实验：精度实验在设备投入使用两个月后进行，检查设备本身的几何精度和工作（加工产品）的精度。
5.2.3.生产前准备
1.开始生产前（1-3小时）做好设备预热和检修和准备工作。
2.按设备操作说明与规程，检查各控制系统、设备是否达到正常生产要求。
2.通过自动化控制设备设定生产温度，自动调节燃烧器和加热系统温度，满足生产要求。
图5.2.3-1检查沥青泵、胶体磨等设备是否正常
6.质量控制
6.1 本工法质量控制依据
6.1.1.《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）；
6.1.2.《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）；
6.1.3.《温拌沥青混合料施工技术指南》（DB13/T 1014-2009）；
6.1.4.《寒区温拌沥青混合料设计与施工技术规范》（DB63/T 812-2009）；
6.1.5.《太行山高速沥青混合料面层施工技术指南》.
6.2质量控制指标
6.2.1.SBS改性沥青主要技术指标及检测频率
表6.2.1-1 SBS（I-D）改性沥青技术要求
SBS改性沥青由于其本身不易储存的特性，生产应随拌随用，搅拌均匀，储存时间一般不得超过5天，超过5天时需对改性沥青的针入度、软化点、延度、老化后延度指标检测，检测结果合格后方可使用，当储存超过10天时，慎重使用，如需使用需对其全部指标进行详细检测，合格后使用。
7.效益分析
7.1.经济效益
7.1.1.现场法SBS改性沥青成本计算如下表
表7.1.1-1 现场法改性沥青成本计算
由表7.1.1-1可知，现场法SBS改性沥青的综合成本为3866元/吨（按折中价计算），而目前市场上各性能稳定的成品SBS改性沥青价格约为4400元/吨，故采用现场法生产SBS改性沥青每吨节约534元，节约成本12%，京蔚项目上面层SBS改性沥青混合料13.93万吨，SBS改性沥青油石比约5%，即 139300*（1/1.05）*0.05*534=3542199，合计节约成本354.2万元。
7.2.社会效益
生产过程中积极响应关注车国家节能工程的有关要求，利用废弃轮胎等橡胶制品作为原料，在节省资源的同时创造了效益。
生产过程全程均在受控范围内，并有影像记录，施工过程公开透明，有利于建设主体单位及其他监管单位的全过程控制，确保质量。
8 结论
（1）SBS改性沥青现场加工工艺能够较好的满足施工需要，沥青混凝土质量较好，路面质量能够满足设计要求；
（2）经本工艺生产的沥青混合料具有较好的使用性能，经交工验收检测，高速主线路面平均平整度指数0.43mm，匝道0.48mm，创河北省最佳；
（3）生产过程中积极响应关注车国家节能工程的有关要求，利用废弃轮胎等橡胶制品作为原料，在节省资源的同时创造了效益。
论文作者:薛峰1,许飞1,李凯1,闵苗1,薛守隆2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/24
标签：沥青论文; 改性沥青论文; 基质论文; 现场论文; 改性剂论文; 稳定剂论文; 稳定性论文; 《基层建设》2019年第22期论文;