SBS改性沥青的生产及质量控制
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【摘 要】sbs改性沥青的应用对提高沥青路面的质量，延长道路的使用寿命和维修周期具有重要作用。为了提高SBS改性沥青的质量和使用品质。在采用常规试验方法和通过对材料的选择，配伍性及加工工艺的研究、分析SBS改性沥青质量影响因素，寻找出适合生产SBS改性沥青各种改性剂及生产工艺。
【关键词】SBS改性沥青 生产 质量控制
随着高速公路的快速发展，交通量的不断增长，车辆大型化和重载、超载车辆的不断增加，交通对公路的使用质量要求越来越高。而沥青路面质量的好坏，关键取决于沥青材料的品质。过去采用的普通沥青修建的高速公路，运营了3-4年后，相继出现了车辙、油包等病害，严重影响行车安全。近几年笔者所在的西北地区气候变化异常，严酷的气候条件对路面造成了更大的危害，夏节火热、冬季寒冷，公路处在严峻气候条件的考验中。普通沥青已不能适应和满通发展的需要和严酷的气候条件。为了提高沥青路面的使用性能，目前国内外在高速公路的新建及养护中已普遍采用SBS改性沥青，SBS改性沥青可显著提高沥青路面的使用性能，具有优良的高温稳定性和低温抗裂性，增强与石料的粘结力，是一种优良的道路施工材料。笔者在所在单位材料研发基地对SBS改性沥青的生产及质量控制等方面进行了学习研究，现就其生产工艺及质量控制方面的内容总结如下。
1 SBS改性沥青的生产
1.1改性剂的选用
改性沥青的好坏取决于改性剂。聚合物改性剂的分类为热塑性橡胶类、橡胶类、树脂类三种，SBS是苯乙烯和丁二烯嵌段共聚物 它兼有橡胶和塑料两种性能，常温下具有橡胶的弹性，高温下能像热塑料般熔融流动成为可塑性材料，因而称热塑弹性体。其主要特点是：改变了沥青流变学性质，粘弹性和延性提高，路的抗冲击能力、抗开裂能力、耐磨耗能力都大大增加，延长了道路使用寿命；增大了沥青的粘附性和粘韧度，提高了沥青与砂石料的结合力，改善了道路的强度和防水能力，增强了路面的耐久性：降低了沥青的温度敏感性，改善后针入度下降，软化点升高，弹塑范围扩大，耐流动变形性能力得到改善，路面平坦性能和抗车辙性能得到提高，使行车速度提高，路面维护减少。根据苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子结构的差异，SBS分为线型结构和星型结构两种。通过实验表明，SBS星型的改性效果最好， 但在加工性能方面.线型要比星型加工容易得多。本研发基地经过实验采用燕山石化总厂生产的1301线型及4303星型改性剂，并采用4303和1301复配方式进行室内试验，配复比例为4303：1301为1.5%：2.5%，根据胶体磨的研磨效果结合自己的生产工艺，生产出的改性沥青改性效果较好。其实验结果如表1所示。
表1 SBS的配比试验表
根据以上试验结果，确定在实际生产中将掺加4%剂量的改性沥青用于沥青路面中面层，掺加5%剂量的改性沥青用于上面层。
1.2沥青的选用
基质沥青的品牌及性质对改性沥青的影响也较为明显。在SBS改性沥青生产中所选基质沥青要符合《公路改性沥青路面施工技术规范》，其中明确规定加工改性沥青的基质沥青必须符合重交沥青的要求。重交沥青强调了含蜡量的要求，SBS改性沥青的突出优点是低温延伸性能的大幅度提高.因而对基质沥青的低温延度也有较高要求。同时基质沥青中含蜡量高低跟改性沥青的感温性能相溶性也有直接关系。含蜡量高，基质沥青与SBS的相溶性差，改性效果不理想。因此在改性的过程中考虑沥青与改性剂的配伍性，在试验生产中选择了韩国SK-90#、中海36-190#号，滨化90#沥青，三种沥青进行室内配伍试验。韩国SK沥青改性效果良好，故在生产中选择了SK-90#沥青作为生产SBS改性沥青的基质沥青。沥青其实验结果如表2所示。
1.3稳定剂的选用
改性沥青生产方式有现场加工和成品生产两种工艺。现场生产加工一般是改性沥青设备与拌和楼配合使用，生产出的改性沥青在储存罐中稍作保温存放即输入拌和楼。这种工艺一般不需加入稳定剂，只要保温搅拌即可。而生产成品改性沥青需要存储运输，放置时间长。由于沥青中含有较多的极性化合物， SBS的粘度大，易集中在上部，而沥青则沉在下部.即产生离析现象。这种不稳定性对生产成品SBS改性沥青的存储是不利的，尤其在长途运输时更不容易解决。稳定剂在改性沥青的储藏中起着尤为重要的作用。改性剂与基质沥青之间只是暂时的物理混合，经过一段时间后，改性剂会发生离析。为了防止聚合物的离析，加入稳定剂后才能制成均匀的、稳定性好的改性沥青产品。由于SBS改性沥青生产好后需要经过发育的过程，所以考虑到在大型的储藏罐中保存较长时间且不造成沥青的离析就必须添加SBS改性沥青稳定剂。材料研发基地经过多次试验在加工生产时添加0.3%的SBS改性沥青稳定剂后的改性沥青储存时间长，效果较为明显。
1.4设备的选用
SBS改性沥青生产设备选择的依据是成套设备的设计生产能力，而设计生产能力首先要确定成套设备中主导设备的设计生产能力.然后以此为基础来匹配其他设备的生产能力。对于SBS改性沥青成套设备来说，研磨机是其核心设备。目前用于SBS改性沥青生产的研磨机和高速剪切磨机无论哪种类型，要确保混合料的研磨质量，磨盘之间的间隙必须调准确。本材料研发基地采用的是山东大山路桥有限责任公司生产的改性沥青生产设备，具备大型成品生产的工艺，每小时可生产40吨改性沥青。
2 生产质量控制
SBS改性沥青的生产主要为基质沥青、改性剂、稳定剂的混合物进行剪切、碾磨、发育的过程。生产出合格的SBS改性沥青必须控制好以下几点：
2.1温度控制
控制沥青的温度是SBS改性沥青生产及质量控制的关键。SBS改性剂的熔点在180℃左右，基质沥青的温度越高，SBS越容易被溶化，并能加快沥青的溶解速度。但是沥青的温度越高，沥青自身也容易老化所以基质沥青的温度控制一方面要考虑其自身老化问题， 另一方面要考虑SBS的溶化。一般温度应控制在165℃～180℃之间。SBS具有较好的柔韧性，并易于加工。如果SBS改性剂的加热温度超过190℃时，SBS就会被不同程度的氧化、焦化、分解、降解造成使用性能下降。另外改性沥青存储时的温度也要重视.根据现场应用表明，SBS改性沥青长时间的在高温条件下存储时，使用性能会有所下降，在150℃～16O℃时存储则各项指标变化量不大。
2.2改性沥青相容性控制
一般认为，聚烯烃类的改性剂，与饱和烃含量高的沥青相容性好，而橡胶类的改性剂如SBS与芳烃含量高的沥青相容性较好。根据这一特点，本材料研发基地在对SBS改性沥青制备工艺研究过程中，根据基质沥青的性质，使用一种富含芳烃的软组分，对SBS进行预处理，制备SBS母液，其添加量为4%--5%，然后再将母液与基质硬沥青混合，同时加入稳定剂，以提高与沥青的相容性。
2.3生产工艺控制
SBS在沥青中的分散是一个物理和物理化学过程，由于沥青是一种复杂的高分子烃类有机胶结材料，聚合物也是高分子材料，因此要想使这两种材料成为均匀分布的可供工程及养护使用的性能稳定的材料，必须选择合适的加工工艺，并掌握好剪切时间及剪切温度。实践证明，生产设备的转速、剪切时间、温度都会使改性沥青的性能发生变化。材料研发基地在多次试验中得出当加入SBS的质量分数为4%时，剪切2h，剪切温度从160-220℃时，制成改性沥青的性能指标均满足要求。
2.4存储成品改性沥青的质量控制
成品改性沥青的优点在于：（1）可以随时监测检查质量，保证使用性能：（2）供应及时。存储成品改性沥青，就需要有相应的存储设备。存储罐有立式和卧式两种，改性沥青在存储罐中需要搅拌或循环，因为改性沥青中含有较多的极性化合物，并且SBS的粘度大，易聚集在上部，而沥青则沉在下部，产生离析现象，虽然SBS改性沥青中已加入一定比例的稳定剂 但还是有必要定期搅拌或循环以达到上下均匀不产生离析的目的。另外SBS改性沥青的存储温度也需要严格控制。如前面所提到的，一般在150℃～16O℃之间。当然也可以根据存储时间来确定搅拌或循环的间隔和温度。在供应紧张时，存储温度可设定165℃～170℃之间，在SBS改性沥青进出存储罐时各搅拌或循环一定时间如存储时间较长，存储温度可设定到150℃～160℃之间，每天搅拌或循环一定时间。搅拌或循环也不能太频繁， 因为：1）由于受热使沥青中的轻质油分不断挥发.使沥青变硬变脆，降低黏结性 。2）高温下沥青过多的与空气接触，与空气中的氧气会发生一些聚合反应，沥青也会发生一定程度的老化：3）沥青在管道内不断运行并由储存罐顶处洒落到罐内时.沥青的表面积增大沥青将发生氧化反应。4）频繁搅拌或循环还会降低沥青自身温度 这样沥青温度反复升高降低既加大成本又容易老化。
3 结语
SBS改性沥青生产中则必须考虑原料.设备、温度、存储等多方面因素及时控制， 才能既保证质量又降低成本。由于SBS改性沥青可以全面提高沥青路面的高温抗车辙性能 低温抗裂性能、水稳性能、耐疲劳性能、抗老化性能、表面服务性能和行车舒适性能。因此推广应用改性沥青混合料路面，已成为我国公路建设的迫切需要 改性沥青的用途、用量前景看好。
参考文献：
[1]路用新材料（白俄罗斯 B.A.韦连科 著；汪福卓 译）
[2]张德勤，范耀华，师洪俊.石油沥青的生产与应用[M].中国石化出版社.
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[5]《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJE40―2007.
[6]《公路养护技术规范》JTJ073―96.
作者简介：张永忠（1972―），男，汉族，甘肃武威人，工程师，本科，主要从事改性沥青生产方面研究。