应用于信茂高速PG82改性沥青生产工艺和技术指标控制

王刚社

摘要：在地处中国南方的广东地区，常年气温较高，夏季路面温度高达70℃，在高温重载作用下，如何有效地防止和治理车辙病害，已经成为我国高等级公路沥青路面建设中亟待解决的一个重要课题。为预防沥青路面车辙及其引发的沥青路面早期病害，为全面提高沥青的路用性能、改善沥青混合料，采用PG82改性沥青是有效的措施之一。在南方高温气候去采用PG82改性沥青，达到了很好的效果。

Abstract： In Guangdong Province， located in the south of China， the average annual temperature is high， and the pavement temperature in summer is as high as 70°C. Under the effect of high temperature and heavy load， how to effectively prevent and control rut disease has become an urgent topic in the construction of high-grade highway asphalt pavement in China. In order to prevent the rut and early damage caused by rut of asphalt pavement and comprehensively improve the road performance of asphalt and the asphalt mixture， the use of PG82 modified asphalt is one of the effective measures. The use of PG82 modified asphalt in the high temperature climate in the south has achieved very good results.

關键词：改性沥青；PG82；SBS改性剂

Key words： modified asphalt；PG82；SBS modifier

中图分类号：TU528.42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）12-0124-03

1 项目概况

广东省信宜（桂粤界）至茂名公路LM1合同段项目所在地茂名市地处北回归线以南，属热带亚热带季风温和气候。该地区年平均气温22.3℃～23℃，月平均最高气温28.5℃～38.7℃（七月），经计算所得PG82沥青较为适合，此沥青可以适应沥青路面表面最高温度82℃，由于地处南方常年高温，未考虑0℃以下的最低温度气候条件。

2 PG82 SBS改性沥青生产工艺

广东省信宜（桂粤界）至茂名公路LM1合同段PG82改性GAC-16C沥青路面上面层所采用的就是SBS改性沥青其性能指标通过控制达到PG82等级。

SBS改性剂通常包含橡胶和塑料两种性能，被称之为热塑弹性体，因为其在常温下具有橡胶的弹性，但在高温情况下，能够如热塑料般熔融流动成为可塑性材料。在实际的改性沥青生产中SBS改性剂具有良好的应用效果，其优势主要体现在以下方面：一是通过改变沥青流变学性质，不仅将其粘弹性和延性提高了，还提高了路面的使用性能，客观上延长了沥青路面的使用寿命；二是增强了沥青路面的耐久性，改善了沥青混合料的强度和防水能力，提高了沥青与沙石料的结合力，增大了沥青的粘附性和粘韧度；三是降低了温度对沥青的不利影响，使沥青的各项使用性能更佳，如此既有利于行车速度的提高，也有利于路面维护。

2.1 SBS改性沥青效果与基质沥青的关系

SBS和沥青的相容性与基质沥青的组成有关，所以，随着沥青组成的变化，其改性效果也存在一定区别。比如在沥青中增加沥青质，会影响到SBS在沥青中的相容稳定性，但会改善改性沥青的应力应变行为；在沥青中增加芳香烃，十分不利于改性沥青的软化点与内聚力性能，但却有利于SBS-沥青相容稳定体系的形成。基于此，通常沥青中沥青质含量在5～10%，芳香烃应达30%以上，如此改性沥青的效果最佳。

一般来说，基质沥青用通常工艺手段改性后其针入度要下降30-40（0.1mm）。PG82改性沥青针入度要求40-60（0.1mm），经综合考虑选择基质沥青为壳牌90号。

2.2 SBS改性剂掺量的确定

将SBS加入到沥青后，沥青的软沥青质组分会被一定程度吸收，导致沥青组分会进行重新分配，此时共混物中的SBS主要以下面三种结构存在：一是SBS吸附沥青；二是BS与沥青形成凝胶结构；三是SBS本身在沥青中形成网状结构。三种结构中，形成“网状结构”部分对提高改性沥青的综合性能贡献最大，而“网状结构”的形成与SBS加入量密切相关。本项目生产PG82改性沥青所用的改性剂为燕化SBS4303。通过检测不同改性剂掺量的改性沥青的各项主要指标（针入度、软化点、延度、135℃运动粘度及60℃动力粘度），来研究改性剂掺量变化对沥青性能的影响。改性剂掺量变化范围为3.0-6.0%，以体现性能指标的变化趋势。为尽量保证检测结果的公正性，在检测时应综合考虑多项因素，最好在较常用的应用范围（3.0-6.0%）以0.5%为步长进行检测，如此便于检测结果的精确控制，具体检测结果如表1所示。

通过试验数据比较，对SBS改性剂掺加量对改性沥青各大指标影响分析如下：

①随着SBS改性剂掺加量的增加，沥青软化点提高幅度很大，25℃针入度有大幅下降，使得延度的温度敏感性降低，5℃延度有很大提高。

②针对PG82改性沥青，高温性能要求高，针入度、软化点、延度三项指标相应改性剂掺量5.5-6%是相对合适的，但针对135℃运动粘度，JTG F40-2004规范中要求SBS改性沥青135℃运动粘度最大值为3Pa.s，自试验数据分析6%改性剂掺量，135℃运动粘度为3.03Pa.s，所以改性剂掺量应该保守控制在5.9%以下。

③改性剂掺量5.5-6%区间，5℃延度有个转折，有下降的趋势，但下降不明显，结果也完全能够满足PG82改性沥青技术指标要求。

通过综合分析，本项目确定SBS改性剂掺加量为5.7%，改性后各项数据满足要求。试验结果如表2。

2.3 设备的选用

确定SBS改性沥青生产设备及参数选择的依据，是设备的设计生产能力，项目选用了Y90L-2胶体磨，在面对乳化设别胶体磨的采购选用上，既要确保改性沥青剪切达到一定的效果，同时其价格和性能稳定性都要得到不同的保证。

目前市场上的改性沥青胶体磨有几个比较大的品牌如江陰市鑫路建筑设备有限公司JM系列改性沥青胶体磨、河北廊坊正瑞机械有限公司生产的胶体磨和嘉兴米德机械有限公司生产的胶体磨，其各项技术参数对比，我们与其嘉兴米德机械有限公司根据实际施工需要，联合研制的MIDE改性沥青胶体磨进行生产，其效果较好。

MIDE-12胶体磨是结合当前国外先进制造技术，针对当前乳化沥青及改性乳化沥青生产需要，专门研制的代表国内先进技术水平的产品，整体不锈钢构造，外形美观，质量可靠，是配套乳化沥青及改性乳化沥青设备的最优选择。

MIDE改性乳化胶体磨是一种高剪切改性乳化沥青胶体磨，其组成部分包括多级转子/定子均化齿具，其中齿具速度可达50m/s，转子和定子由几个径向开槽和/或钻孔的同心环组成。因为采用齿形环结构，其剪切效率和输送能力极高，其特性使之在众多改性沥青设备中成为最佳的设备：

2.3.1 MIDE胶体磨特点

产品特点：通体优质不锈钢材质，并有相当硬度，可适应各种pH值乳化沥青，经久耐用；采用特殊设计的轴封可保证长期连续工作不泄露；导热油加温预热，安全快捷；特殊磨片设计，大大提高研磨剪切精度；与大功率电机集成连接，结构紧凑，便于安装使用。

该设备生产特点：①物料可以全部进入工作腔。②无死角。③连续混合乳化和分散方法。④低噪音、运转平稳。⑤正、反方向均可转动，可双倍提高剪切功效，延长使用寿命。⑥机械密封性能提高。

2.3.2 改进后MIDE胶体磨的性能说明

先进的工程解决方案可满足特殊的要求，高精度的设计和准确的材料选择大大提高了其实用性和可靠性；单级均化流程，降低了能源消耗；生产方式的改进大大提高了生产率；将系统封闭起来，有效避免了介质被污染或流失的可能性；采用最先进的合金和双相不锈钢材料，即使面对恶劣状况依然能够发挥价值和作用；可从胶体磨后部调整胶体磨间隙调节-转子与定子间间隙，不必再打开或拆除磨。通过调整间隙，可实现各种类型高品质乳化沥青的生产，使乳化沥青具有更佳的粒径分布。正因为如此，将胶体磨应用在连续生产的流程中可实现较为经济的生产方式。

本课题组根据项目的要求，大胆采用国外同行先进设备，经过使用掌握后其技术性能后，通过对国内各大生产胶体磨的生产设备进行考核后，并与厂家科研人员联合，研制出更能满足我国目前对改性沥青产品需求的胶体磨，同时对整个行业的生产起到的一定促进作用，同时也为推进国产设备作出了应有的贡献。

由于此项技术的实现，对比行业内改性沥青胶体磨机械设备，其生产效率和生产效果都得到了大幅提高，同时对比购买外国机械设备节约100多万元。

2.4 改性沥青生产温度控制

在改性沥青生产工艺中不仅原料和设备对其质量的影响巨大，温度控制也是关键。一般来说，180℃左右是SBS改性剂的熔点，通过加热基质沥青，随着其温度的不断升高，SBS改性剂越容易被溶化。但要注意的是并不是温度越高越好，一旦沥青温度过高，很容易出现沥青老化问题，且SBS改性剂也在温度不断升高的同时被逐渐溶解，如此势必会影响沥青的使用性能，因此，应采取有效措施将温度控制在合理范围内，即165-180℃之间。本工程PG82改性沥青生产温度控制为175±5℃。

2.5 成品改性沥青的存储

成品改性沥青存储至关重要，必须做好成品改性沥青存储工作，只有这样才能确保沥青供应及时，且便于随时监测和管理。而要想达到上述目的，不仅要保障一定的生产能力，同时还应配备存储设备，即存储罐。通常存储罐有两种，分别是立式和卧式。在存储罐中改性沥青需不断搅拌或循环，因为SBS改性剂属于非极性化合物，但改性沥青中包含较多的极性化合物，两者同存在于存储罐，沥青沥青容易沉积在下部，而SBS改性剂易聚集在上部，从而出现离析现象。

SBS改性沥青对存储温度要求较高，需对其进行严格控制，在供应紧张的情况下可将存储温度控制在165-170℃之间，SBS改性沥青进出存储罐都需搅拌或循环一定时间，且存储之间也应每天定期对其进行搅拌或循环。但需要注意的是搅拌或循环虽不可或缺，但其次数也不应过多，究其原因包括：一是沥青在受热情况下会不断挥发轻质油分，使得其不断变硬变脆，影响其黏结性；二是若沥青和空气接触过多，老化在所难免；三是沥青在管道内不读运行并由储存罐顶处洒落到罐内时，会增大沥青的表面积，从而使沥青的氧化反应加剧；四是过多的搅拌或循环沥青，会降低沥青温度，且在不断升高、降低沥青温度的过程中成本也随之增加了，更关键的是容易使沥青老化。

3 结论

①SBS改性沥青效果和基础沥青直接相关。沥青质含量和芳香烃含量过高都不利于其使用性能的发挥。

②SBS加入量的改变会直接影响到改性沥青效果。SBS质量分数在4%时改性沥青软化点和延度性能良好，但一旦该数值超过6%，改性沥青的各方面参数就会趋于平缓。综合考虑改性沥青成本和PG82改性沥青技术指标，本项目SBS的加入量以5.7%为宜。

③SBS改性沥青加工设备选择也尤为重要，能够对改性剂进行充分研磨。

④改性沥青生产温度控制是个关键因素，生产改性沥青时基质沥青温度应控制在175±5℃为宜。改性沥青储存时，如时间过长温度应控制在150-160℃之间。

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