改性瀝青技術(shù)及生產(chǎn)工藝介紹 

一、前言

1、瀝青

傳統(tǒng)意義上的瀝青是由樹脂包裹的瀝青質(zhì)分子團(tuán)組成的膠體物質(zhì)，它呈現(xiàn)出很強(qiáng)的油質(zhì)狀態(tài)（即石油質(zhì)）。膠體分為溶膠（主要指液態(tài)密度）和凍膠（主要指固體密度），這取決于其成分間的平衡狀態(tài)。對(duì)瀝青來說，兩種狀態(tài)的平衡取決于瀝青質(zhì)和樹脂間的相互作用，并受到外界溫度的強(qiáng)烈影響。事實(shí)上，瀝青溫度的升高打破了其凍膠狀態(tài)，使瀝青分子團(tuán)演變成溶膠狀態(tài)。

因而瀝青的一個(gè)重要特性就是常溫下呈現(xiàn)出固體或半固體，但隨溫度升高極易溶化。這一顯著的熱敏感性是瀝青的最重要的特征，也是其主要弱點(diǎn)。事實(shí)上，瀝青混合物應(yīng)能夠在全年不同的工作條件下保持其良好的性能。顯著的熱敏感性妨礙了瀝青混合物在高溫和低溫時(shí)呈現(xiàn)出良好的性能，因而必須改進(jìn)瀝青的特性以提高產(chǎn)品性能。

二十多年來，國(guó)際國(guó)內(nèi)交通容量增長(zhǎng)迅速，重型車輛在其中的比例也不斷增長(zhǎng)。面對(duì)現(xiàn)在和將來的繁重的交通容量，使用傳統(tǒng)材料、按傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的高速公路和機(jī)場(chǎng)跑道的瀝青路面的壽命將不斷降低。為了提高瀝青的產(chǎn)品性能，一個(gè)可行的方法就是選用某些高分子聚合體改變傳統(tǒng)瀝青的特性。

2、高分子聚合物

現(xiàn)有的高分子聚合體種類繁多，特性各異，一般分為塑性體和彈性體。同樣工作溫度下，其性能在很多方面都不同，特別是勁度、可變形性以及沖擊強(qiáng)度。圖表-1顯示了塑性體和高彈體代表性的應(yīng)力應(yīng)變特性。

圖（一）

很多高分子聚合體材料可以用來改變?yōu)r青的特性，下面我們舉例說明：

1、熱塑（性）塑料（高彈體）：

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯 （Styrene-Butatriene-Styrene，SBS）

苯乙烯-丁二烯         （Styrene-Butatriene，SB）

苯乙烯基-丁二烯-苯乙烯（radical Styrene-Butatriene-Styrene，Rsbs）

2、熱塑（性）塑料（塑性體）

乙烯-乙酸-乙烯脂      （Ethylene-Vinyl-Acetate，EVA）

乙烯-丙烯酸-甲酯      （Ethylene-Methyl-Acrylate，EMA）

聚乙烯                （Polyethylene，PE）

低密度聚乙烯          （Low Density Polyethylene，LDPE）

高密度聚乙烯          （High Density Polyethylene，LDPE）

3、乳膠

氯丁橡膠              （Polychloroprene）

天然橡膠              （Nature Rubber）

4、脆性橡膠           （Crumb Rubber）

在某些應(yīng)用實(shí)例中，幾種高分子聚合體也可以一同使用來改變?yōu)r青性能（即復(fù)合改性）。目前在中國(guó)應(yīng)用最多的是SBS改性瀝青。

3、改性瀝青

在過去公路建設(shè)的很多年中，雖然傳統(tǒng)材料性能良好，但隨著20年來交通容量的不斷增加，人類建設(shè)更安全、耐久的公路的要求日益迫切，這就使傳統(tǒng)瀝青性能上的局限性日益明顯。這實(shí)際上暴露出傳統(tǒng)瀝青本質(zhì)上的局限性：

溫度敏感性（高溫下易軟化，低溫下易碎裂）；

較低的機(jī)械性能和彈力性能；

易老化

表面狀況表現(xiàn)為：車轍、龜裂、松散

由于傳統(tǒng)瀝青的這些特定缺陷，同時(shí)從經(jīng)濟(jì)上考慮，公路工程人員，高速公路和機(jī)場(chǎng)建設(shè)的有關(guān)部門都希望采用更好的瀝青材料。傳統(tǒng)瀝青的缺陷可通過采用特殊設(shè)備，添加高分子聚合體來加以消除。改性瀝青的使用在歐洲已經(jīng)有了30年的歷史，在中國(guó)正大力普及。它不僅提高了道路的質(zhì)量，同時(shí)帶來了下列好處：

改進(jìn)了瀝青的高溫及低溫性能

改進(jìn)了瀝青的彈塑性，包括：提高了抗疲勞強(qiáng)度；提高了凝聚性和膠合性；提高了抗衰老性和抗氧化性。

4、改性瀝青的生產(chǎn)

現(xiàn)在生產(chǎn)高分子聚合物改性瀝青的技術(shù)流程已相當(dāng)成熟，并經(jīng)過在大量工程項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用的驗(yàn)證。改性瀝青的生產(chǎn)可以在專門的工廠內(nèi)加工完成—即工廠改性，也可以在鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)加工完成—即現(xiàn)場(chǎng)。

現(xiàn)場(chǎng)改性因?yàn)楦男詾r青隨生產(chǎn)隨鋪設(shè)，不會(huì)長(zhǎng)期堆存，能保證改性瀝青性能穩(wěn)定，但生產(chǎn)環(huán)境一般不好，對(duì)生產(chǎn)方的技術(shù)和設(shè)備要求交高。

工廠改性可以在改性瀝青廠提前生產(chǎn)好，然后將其儲(chǔ)存在瀝青罐中，需要時(shí)再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。由于改性瀝青不能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，因此要加入穩(wěn)定劑以保證其不離析。工廠改性的好處是在不需要改性瀝青時(shí)工廠可以提前大量生產(chǎn)并儲(chǔ)存，在大量需要時(shí)可以集中供貨。但其也有須特別注意的，因?yàn)楫?dāng)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫或低溫儲(chǔ)藏狀態(tài)時(shí)，很多預(yù)處理過的改性瀝青對(duì)溫度的降低都十分敏感，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過程中的把握不好溫度升降，將會(huì)對(duì)改性瀝青的品質(zhì)造成影響。

改性瀝青的生產(chǎn)工藝流程見圖二。

圖（二）

有時(shí)還填充某些芳香族類成分來改進(jìn)瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

改性瀝青生產(chǎn)的核心是高速剪切膠體磨，我公司MAT系列膠體磨是專門為生產(chǎn)改性瀝青而研發(fā)出來的，并經(jīng)過世界各地的改性瀝青廠和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地檢驗(yàn)，性能良好。我們使用的膠體磨是目前最先進(jìn)、最實(shí)用的，其結(jié)構(gòu)見圖三。

圖（三）

生產(chǎn)時(shí)必要的剪切次數(shù)只能通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)并在改性瀝青設(shè)備加工的檢測(cè)結(jié)果來確定。生產(chǎn)時(shí)瀝青的溫度也是非常關(guān)鍵的，一般要求最低溫度為攝氏170℃，具體值取決于瀝青的標(biāo)號(hào)和添加高分子聚合體的百分比。在正常情況下生產(chǎn)改性瀝青所需高分子聚合體的添加量應(yīng)在4%到6%左右。

三、生產(chǎn)工藝流程及特點(diǎn)

1、改性劑

針對(duì)曲靖地區(qū)地理氣候相對(duì)寒冷的特點(diǎn)，我們將采用復(fù)合改性技術(shù)，該生產(chǎn)技術(shù)去年在硯-平高速上也進(jìn)行了應(yīng)用，效果非常好。本復(fù)合改性方案為：

——主改性劑SBS選用岳陽(yáng)石化4303（道改Ⅱ號(hào)改進(jìn)型），含量3~3.2%；

——輔助改性劑SBR，經(jīng)過我們預(yù)先改性處理，含量1.5~2‰；

——助劑，專門為本技術(shù)配方研制，含量1.5~2‰。

以上具體含量要在曲靖工地生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過對(duì)加工后的改性瀝青指標(biāo)的檢測(cè)來調(diào)整實(shí)際含量，其是以最佳的性能指標(biāo)來決定的。

SBS是目前廣泛使用的、能基本適應(yīng)各種地區(qū)氣候環(huán)境條件的通用改性劑，其特點(diǎn)是能提供良好的高低穩(wěn)性能，特別是高溫性能突出，能大大提高瀝青的軟化點(diǎn)，防止路面高溫時(shí)的軟化擁包、車轍等損壞，并與瀝青有很好相溶性和穩(wěn)定性。

SBR則具有突出的延展性和彈性恢復(fù)，有著非常好的低溫性能，對(duì)冬季防止路面開裂等問題有非常好的效果；

由于SBS和SBR的相溶性不同，因此需要專門的助劑來促使其發(fā)生反應(yīng)，更好地分散、溶和，并使其被打亂的高分子結(jié)構(gòu)重新結(jié)合，形成織構(gòu)態(tài)，這樣就大大提高了瀝青的各項(xiàng)性能。其反應(yīng)溫度在170℃以上。

由此可見，采用此復(fù)合改性技術(shù)，可以同時(shí)提高高溫和低溫的性能，更適合云南溫差大的氣候特點(diǎn)，保證路面的質(zhì)量和耐久性。

2、改性瀝青指標(biāo)

用以上復(fù)合改性瀝青技術(shù)，我們將比國(guó)家Ⅰ-C標(biāo)準(zhǔn)要求更高一些，以留出更大余地，具體的指標(biāo)設(shè)定為：軟化點(diǎn)：>75℃，            5℃延度：>35㎝，

針入度：90#瀝青：>70，   70#瀝青：>55。