SBS改性沥青生产工艺关键技术的控制

薛　辉,房士伟,马庆伟,郭　平

SBS改性沥青生产工艺关键技术的控制

薛辉1,房士伟2,马庆伟3,郭平3

(1.陕西省交通建设集团公司,陕西西安710075;2.长安大学公路学院,陕西西安710054; 3.西安公路研究院,陕西西安710065)

为了控制SBS改性沥青的性能,针对其在生产过程中的剪切时间、剪切温度以及剪切速率等方面的问题,使用ESSO90＃沥青为基质沥青,4303 SBS为改性剂,利用三种不同的生产方法进行试验.结果表明:剪切时间与SBS改性剂的用量有关,一般在45 min～2 h,剪切温度在170℃～ 175℃之间,剪切速率6 000 r·min－1,上述条件下SBS改性沥青的路用性能最佳.

SBS改性沥青;生产工艺;试验;路用性能

0　引　言

SBS改性沥青良好的路用性能与其生产工艺密不可分,其中,剪切时间、剪切温度以及剪切速率是决定改性效果的三个关键因素[1-2].在生产工艺中,剪切时间影响SBS改性剂的剪切效果,如果剪切时间过短,SBS改性剂不够细,那么改性效果不佳;剪切温度也是影响改性效果的重要因素,温度太高,沥青会老化,改性剂也可能裂解,而温度太低,沥青的稠度会太大;剪切速率则直接影响生产效率.因此,为了得到较好的改性效果,如何控制SBS改性沥青的剪切时间、剪切温度和剪切速率显得尤为重要[3-5].

本文研究了ESSO 90＃沥青作为基质沥青,4303 SBS作为改性剂,分别采用不同剪切时间、剪切温度和剪切速率来生产SBS改性沥青,并将改性沥青的性能指标进行对比,以获得上述三种因素的最佳值.

1　试验材料及方法

试验采用的基质沥青为ESSO 90＃沥青,改性剂为4303 SBS,SBS改性剂掺量均为4%,SBS改性沥青的质量均为1 kg.

采用三种不同的生产工艺生产SBS改性沥青,并测试SBS改性沥青的针入度、软化点、延度、运动粘度、弹性恢复以及老化后的质量损失、残留针入度及延度,研究生产工艺过程中剪切时间、剪切温度以及剪切速率对SBS改性沥青性能的影响.第一种工艺,采用不同剪切时间,相同的剪切温度和剪切速率生产SBS改性沥青,研究剪切时间对SBS改性沥青性能的影响;剪切时间分别为30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min,剪切温度为170℃,剪切速率为6 000 r·min－1.第二种工艺,采用不同剪切温度,相同的剪切时间与剪切速率生产SBS改性沥青,研究剪切温度对SBS改性沥青性能的影响;剪切温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃,剪切时间为45 min,剪切速率为6 000 r·min－1.第三种工艺,采用不同剪切速率,相同的剪切时间与剪切温度生产SBS改性沥青,研究剪切速率对SBS改性沥青性能的影响;剪切速率分别为3 000 r·min－1、4 000 r·min－1、5 000 r·min－1、6 000 r·min－1、7 000 r·min－1,剪切时间为45 min,剪切温度为170℃.按照上述三种生产工艺进行试验时,在剪切之前,SBS改性剂均在基质沥青中溶胀30 min,温度在165℃～170℃之间;加工好的SBS改性沥青在烘箱中发育2 h并搅拌,温度为170℃～175℃.

2　试验结果及其数据分析

2.1剪切时间对SBS改性沥青性能的影响

在不同的剪切时间下,SBS改性沥青性能指标的变化见表1,变化趋势如图1所示.

表1　SBS改性沥青性能随剪切时间的变化

由图1可知,SBS改性沥青各指标随剪切时间的变化趋势如下:针入度随剪切时间的增加而逐渐减小,当剪切时间为45 min时,针入度开始趋于稳定,仅小幅度降低;剪切60 min后针入度仅比剪切45 min的针入度小1.3%;延度、135℃运动粘度、弹性恢复都随剪切时间的增加而逐渐增大.当剪切时间超过60 min,三项指标均趋于稳定,仅小幅度增加.

综上可知,当剪切时间为45 min时,SBS改性沥青的性能指标与生产效率达到最佳.因此, 45 min是生产1 kg SBS改性沥青的最佳剪切时间.但由于剪切时间还与SBS改性沥青的生产量有关,一般选择在45～120 min.

2.2剪切温度对SBS改性沥青性能的影响

在不同剪切温度下,SBS改性沥青性能指标的变化见表2,变化趋势如图2所示.

图1　SBS改性沥青各个指标值随剪切时间的变化趋势

由图2可知,针入度随剪切温度的升高逐渐减小,当剪切温度在170℃～180℃时,针入度趋于稳定,当剪切温度大于180℃时,针入度减小幅度明显增加;当剪切温度在160℃～170℃时,延度、弹性恢复随剪切温度的增加而增大;当剪切温度在170℃～180℃时,延度、弹性恢复趋于稳定,当剪切温度在180℃～190℃时,延度、弹性恢复随剪切温度的增加而减小;软化点、运动粘度随剪切温度的升高而逐渐增大,当剪切温度在170℃～180℃时,软化点、运动粘度趋于稳定,当剪切温度大于180℃时,其增加幅度明显加大.

表2　SBS改性沥青性能随剪切温度的变化

由上可知,当剪切温度在170℃～180℃时, SBS改性沥青的各个指标值均趋于稳定;当剪切稳定小于170℃时,各指标值明显偏小,老化后延度也不满足要求;当剪切稳定大于180℃时,老化后延度同样不能满足要求.因此,生产SBS改性沥青的最佳温度在170℃～180℃之间.

2.3剪切速率对SBS改性沥青性能的影响

不同剪切速率下SBS改性沥青性能指标的变化见表3,变化趋势如图3所示.

图2　SBS改性沥青各个指标值随剪切温度的变化趋势

表3　SBS改性沥青性能随剪切速率的变化

由图3可知,SBS改性沥青各个指标值随剪切速率的变化趋势如下:针入度随剪切速率的增加而逐渐减小,当剪切速率超过6 000 r·min－1,针入度趋于稳定;延度、软化点、运动粘度、弹性恢复均随剪切速率的增加而增大,当剪切速率超过6 000 r·min－1时,上述性能均趋于稳定.

图3　SBS改性沥青各个指标值随剪切速率的变化趋势

当剪切速率为6 000 r·min－1时,SBS改性沥青的各个指标值均开始趋于稳定,即各指标值达到最佳.因此,生产SBS改性沥青的最佳剪切速率为6 000 r·min－1.

3　结　语

(1)SBS改性沥青的性能与生产工艺密切相关.若采用的剪切时间、剪切温度或剪切速率不合理,会对SBS改性沥青的性能产生较大的影响.

(2)生产1 kg SBS改性沥青的最佳剪切时间为45 min,但剪切时间与SBS改性沥青的生产量有关,应视具体情况而定.

(3)最佳剪切速率为6 000 r·min－1.

(4)剪切温度应控制在170℃～180℃之间,不应高于180℃.

[1]郝培文.沥青及沥青混合料[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[2]丛玉凤,廖克检,翟玉春.SBS改性沥青生产工艺参数的考察[J].石油化工高等学校学报,2005,18(2)::32-35.

[3]丛玉凤.无机材料对SBS改性沥青稳定作用的研究[D].沈阳:东北大学,2005.

[4]齐文廷.SBS改性沥青生产工艺及主要技术指标评价[J].科技论坛,2012(12):40.

[5]崔岩,李洪利.SBS改性沥青生产控制要点[J].北方交通, 2013(6):69-71.

[责任编辑:杜卫华]

Control over Key Technology for Production Process of SBS Modified Asphalt

XUE Hui1,FAN Shiwei2,MA Qingwei3,UO Ping3
(1.Shaanxi Provincial Communication Construction roup,Xiƴan 710075,Shaanxi,China; 2.School of Highway,Changƴan University,Xiƴan 710054,Shaanxi,China; 3.Xiƴan Highway Research Institute,Xiƴan 710065,Shaanxi,China)

In order to study the effect of shearing time,shearing temperature,shearing rate on the properties of SBS modified asphalt in the production process,the test was conducted on ESSO 90＃matrix asphalt and 4303 SBS modifier.The results show that the shearing time relates to the amount of SBS modified asphalt,generally varying from 45 minutes to 2 hours;the shearing temperature is between 170℃and 175℃;the shearing rate is 6 000 rűmin－1.If so,the pavement performance of SBS modified asphalt reaches the best.

SBS modified asphalt;production technology;test;pavement performance

U414.03

B

1000-033X(2015)01-0058-04

2014-10-08