成品高黏度改性沥青工业化生产研究

2017-09-15黄律群

城市道桥与防洪 2017年8期

关键词：储存罐工业化生产改性剂

黄律群

（上海市浦东新区公路管理署，上海市 201210）

成品高黏度改性沥青工业化生产研究

黄律群

（上海市浦东新区公路管理署，上海市 201210）

针对橡胶改性剂与SBS复合改性制备的成品高黏度改性沥青，研究了其工业化生产工艺及其耐老化性能和储存稳定性，得出了此类成品高黏度改性沥青工业化生产工艺，并发现其具有优异的耐老化性能，而其储存稳定性虽比普通改性沥青差，但在48 h以内，加热保温并搅拌可以作为此类高黏度改性沥青在储存罐中合理的储存方式。

改性沥青；高黏度；生产工艺；耐老化；储存稳定性

0 引言

现代道路交通的特点是车流量大、轴载重、渠化程度高。我国高等级公路尤其是高速公路迫切需要改善沥青混合料路面的路用性能，提高沥青路面的服务水平和使用寿命。高性能的改性沥青已成为改善沥青路面品质的有效途径和发展方向[1]。

针对日益增长的高等级公路建设对沥青黏结料性能多方面的要求，国内外进行了数以百计沥青改性项目的研究。改性沥青是以特定的工艺将聚合物等改性剂分散到沥青中形成粗分散体系，使沥青的高、低温性能发生不同程度的改善，保留或增加其黏附性、弹性和流动性而得到的沥青胶体[2]。SBS改性的优越性突出表现在使软化点大幅提高的同时，又使低温延度明显增加，感温性得到很大改善，而且弹性恢复率特别大[3]。橡胶粉中的有效成分可以提高道路沥青的软化点，改善道路的低温柔韧性，降低针入度，提高延度，使沥青产生可逆的弹性变形[4]。由于单一改性剂改性沥青普遍存在问题，为此复合改性技术也较多采用，针对某项不足添加可以改善这项性能的改性剂进行复合改性，以长补短。

对比中日两国改性沥青技术标准可以发现：日本标准特别重视改性沥青的黏度特性，将软化点、黏韧性、韧性等指标作为改性沥青的分类依据；我国则以针入度、软化点作为改性沥青的分类标准。60℃动力黏度是反映道路沥青高温抵抗永久变形能力的一项重要参数，是排水沥青路面等对沥青结合料考核的关键指标之一，是高性能改性沥青分类必不可少的参考指标[5]。

高黏度改性沥青相比于普通改性沥青，改性沥青性能有了很大提高，很好地控制了沥青的高温性能，能够很好地适用于高等级沥青路面。本文以橡胶改性剂和SBS复合改性制备高黏度改性沥青为主要研究对象，对高黏度改性沥青生产过程中的工业化生产工艺、耐老化性能以及储存稳定性做了研究。

1 实验部分

1.1 原材料

基质沥青：金山70#，上海浦东沥青材料有限公司；SBS：YH-791，湖南岳阳石化；橡胶改性剂：“路赛科”橡胶改性剂，上海仁聚新材料科技有限公司；芳烃油：II型；硫磺。

1.2 高黏度改性沥青实验配方及指标

1.2.1 高黏度改性沥青配方

高黏度改性沥青制备各添加项及添加比例见表1。

表1 改性沥青配比

1.2.2 室内制备方法

（1）称量基质沥青加热至160℃～165℃；

（2）将称量好的橡胶改性剂与SBS加入基质沥青中，搅拌均匀；

（3）加入芳烃油，搅拌均匀，并加热至180℃；

（4）置于高速搅拌设备中，温度保持在175℃～180℃，搅拌速率控制在27～35 r/min，搅拌30 min；

（5）停止搅拌，将改性沥青装于高速剪切设备中，加入硫磺，搅拌均匀，调至剪切速率为4 500～5 000 r/min，保持温度在170℃～180℃之间，剪切30 min；

（6）停止剪切，取下改性沥青。

高黏度改性沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTG E20—2011）、《〈公路工程沥青及沥青混合料实验规程〉释义手册》（JTG/F20—2011）测试其针入度、软化点、延度、60℃动力黏度，以及135℃旋转黏度等指标。

1.2.3 室内高黏度改性沥青指标

高黏度改性沥青室内制备测试所得指标见表2。

表2 改性沥青室内制备指标

1.3 高黏度改性沥青工业化生产研究方案

1.3.1 生产工艺研究

针对高黏度改性沥青对溶胀时间和剪切功的要求，以及研究过程工厂实际生产情况，对普通SBS改性沥青生产工艺做了调整，设计了如下高黏度改性沥青生产工艺：

（1）将基质沥青加热至适当温度，180℃；

（2）将加热后的基质沥青打入配料罐，同时加入芳烃油，加入（风送）相应量的橡胶改性剂和SBS改性剂，将温度保持在175℃～180℃，搅拌溶胀；

（3）30 min后观察，加相应量的硫磺，搅拌5 min；

（4）样通过单剪设备，存于溶胀罐中，取样观察；

（5）样通过多剪切设备，剪切后的样取样检测。

针对高黏度改性沥青生产过程中的问题，经过不断分析和改进，检测生产出的改性沥青，研究其工业化生产的工艺。

1.3.2 耐老化性能研究

通过已研究得出的高黏度改性沥青工业化生产工艺，对两组高黏度改性沥青采用旋转薄膜加热（RTFOT）进行老化试验。实验测试参照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTG E20— 2011）、《〈公路工程沥青及沥青混合料实验规程〉释义手册》（JTG/F 20—2011）。

1.3.3 储存稳定性研究

对两组高黏度改性沥青按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTG E20—2011）、《〈公路工程沥青及沥青混合料实验规程〉释义手册》（JTG/F 20—2011）做离析实验，并分析其储存性能。

将生产的改性沥青存于储存罐中，加热保温并保持搅拌状态，于24 h、48 h后取样检测其性能并分析。

2 结果与讨论

2.1 生产工艺

2.1.1 生产中的问题讨论及改进

研究发现，在改性剂加入过程中，风送设备送SBS速度较快，风送橡胶改性剂速度较慢，两者全部风送完成需要时间约15～20 min，因此做出两处调整：

（1）加入芳烃油的节点安排在改性剂完全加入之后，是因为芳烃油主要与SBS和橡胶作用，过早加入芳烃油，与改性剂作用效果不好，且基质沥青加热到180℃时，过早加入芳烃油，因其还未与改性剂作用会有一部分发生挥发；

（2）溶胀时间30 min起始时间节点按改性剂完全加入算，是由于溶胀时间的重要性和改性剂加入过程本身时间较长所致。

研究发现，单剪后有很少部分橡胶改性剂剪切不充分，可能的原因有二：

（1）由于加入改性剂时间较长，先加入的部分溶胀更充分，能够充分剪切，后加入的部分溶胀时间短，不易充分剪切。

（2）改性剂的量造成一次单剪不能充分剪切，对此做出的调整：a.将单剪后的样再经过多剪设备，可以将以上两种可能性都解决。b.由于要经过单剪和多剪设备，将硫磺加入的时间点调整至样通过单剪设备之后，经过多剪设备之前。这是因为一方面考虑到要减少剪切对硫磺的键的破坏，另一方面又能使其键与SBS和橡胶充分作用。

2.1.2 改进后的生产工艺

经过调整改进，得出了高黏度改性沥青工业化生产的工艺：

（1）将基质沥青加热至适当温度，180℃；

（2）将加热后的基质沥青打入配料罐，加入（风送）相应量的橡胶改性剂和SBS改性剂；待改性剂完全加入后加入芳烃油，计时并将温度保持在175℃～180℃，搅拌溶胀；

（3）30 min后将样通过一次单剪设备，存于溶胀罐中；（4）在溶胀罐中加入相应量的硫磺，搅拌5 min；（5）将样通过多剪设备，存于储存罐中，取样检测。

2.1.3 改性沥青工业化生产结果及分析

上述两组高黏度改性沥青配方通过工业化生产，得到的改性沥青指标见表3。

表3 改性沥青工业化生产指标

高黏度改性沥青工业化顺利生产表明了此工艺的可操作性。对比表2、表3可以发现，工业化生产的高黏度改性沥青达到了室内研究所得的性能指标，表明了此工艺与高黏度改性沥青的匹配适用性。因此，本文得出了高黏度改性沥青合理的工业化生产工艺。

2.2 耐老化性能

老化试验结果见表4，表5。

表4 老化试验数据

表5老化试验结果

从表4、表5可以发现，两组改性沥青老化后质量损失都远小于1%，都满足要求。两组改性沥青老化后针入度比及延度差值接近，说明两组改性沥青耐老化性能相近，并且两组改性沥青均具有较好的耐老化性能。

沥青与改性沥青老化反映是一级动力学反应。橡胶与SBS改性形成的改性沥青结构较稳定，改性沥青中游离的成分较少，热氧条件下，老化速率较慢。当其游离成本被热氧化后，稳定结构中逆向反应生成游离成分速率慢，并且橡胶感温性能差，高黏度改性沥青具有优异的耐老化性能。

2.3 储存稳定性

离析实验结果见表6。

表6 离析实验结果

将工厂生产的改性沥青（见表3）存于储存罐中，加热保温并开启储存罐搅拌叶搅拌，分别储存24 h、48 h后取样检测，结果见表7。

表7 储存罐存储后检测结果

从表6中可见，两组高黏度改性沥青软化点差值为5℃、6℃。我国目前没有对高黏度改性沥青离析实验软化点差值的规定。我国对SBS类I-D类改性沥青离析实验48 h软化点差值要求不大于2.5℃，但 I-D类改性沥青软化点仅要求达到60℃，并不适用于高黏度改性沥青。高黏度改性沥青软化点高，其48 h离析软化点差大于I-D类改性沥青。从表6可以发现，两组改性沥青具有相似的储存稳定性。说明此类橡胶改性剂与SBS复合改性沥青在制备的高黏度改性沥青指标相近时，其储存稳定性也相似。

从表7中研究发现，此类高黏度改性沥青在储存罐中在加热保温并保持搅拌的存储状态下，在48 h以内不会发生性能明显的变化。48 h以内，加热保温并搅拌可以作为此类高黏度改性沥青在储存罐中合理的储存方式。