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SBS改性沥青生产工艺

SBS改性沥青生产工艺

[来源:www.euworld.cn]   [作者SBS]   [日期:2015-07-21 11:17]   [热度:]
SBS改性沥青生产工艺
         随着国民经济高速发展而带来的交通量迅速增长、车辆大型化,许多公路沥青路面即使使用了符合要求的重交通道路沥青或进口沥青,仍不能满足需要,车辙、开裂、脆性坑槽等病害严重。影响沥青路面的因素有沥青混合料的沥青用量、接触面沥青膜厚薄、沥青层厚度、沥青流遍特性、沥青的油源及沥青标号、感温性、感时性、沥青老化性、沥青化学组分以及沥青与石料的粘附性、粘度,为全面提高沥青的录用性能、改善沥青混合料,采用改性沥青是有效的措施之一。本文从SBS改性沥青改性原理为入口,对其生产工艺的各因素进行了简要的阐述。
1 改性沥青相溶性机理
         改性沥青是由高分子聚合物改性剂作为分散相溶物理的方法(胶体磨法)以一定的粒径均匀地分散到粒径连续相重新构成的体系。聚合物之间存在部分的吸附,极易发生两相之间的离析造成离析现象。相溶性好是指作为分散相的聚合物以一定的径粒,均匀分布在沥青相,改性效果显著。所以,SBS改性沥青的生产问题就是沥青与sbs的相溶性问题,就是一般说的沥青与改性剂的配伍性。如果两者的相溶性不好,则沥青与会发生分离,使改性沥青的技术指标受到很大的影响。因此,就需要添加合适的稳定剂。
2 生产的三大原料
2.1基质沥青的选择
        sbs改性沥青是在基质沥青中掺加少量的热塑性橡胶,通过一定的工艺加工而成。因此,要生产符合规范要求的改性沥青,如何选择基质沥青就成为关键。通常选择基质沥青一般从以下三方面考虑:
1)要考虑基质沥青与改性剂sbs的伍配性
        石油沥青是由原油经过常温减压蒸馏、溶剂脱沥青和吹气氧化等工艺方法生产的。石油沥青的组成和性质差异,归根到底是由原油的组成和性质差异,研究表明,沥青是复杂的混合物,它可以在分成同类相同结构的分子团、饱和烃类、芳香烃类、胶质类、沥青质类、极性芳香族使沥青在环境温度时呈现弹性型。优质沥青由于其含有适宜的饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质组成比例。当掺入改性剂时,由足够的软相沥青质、芳香族溶解,形成沥青/体系均匀结构的混合物。但是基质沥青通常所说的三大指标并不能完全反映沥青功能的组分性质。因此我们在生产实践中采用试验用高速剪切机,对不同基质沥青取样改性,考察不同改性剂品种,最终选定合适的配比及工艺。不过现在的情况是,不得不承认,由于生产工艺水品的差距,一般进口沥青大都适合做改性沥青(尤其韩国、日本产沥青),国产沥青每一批次指标都会有所差距,尤其要注意基质沥青膜后10度延度指标。针对国产沥青这种情况,现在新的生产工艺就是通过调整基质沥青的四组份的比例,来改善沥青与改性剂的配伍性,一般通过添加芳烃组分来实现的。有专家提出符合下列几点的基质沥青适合做改性沥青。
        a\沥青质相对含量少的沥青2-5%.b\饱和分8-15%,芳烃与胶质85-89%,沥青质5%以下,相容性较好。c\日本JSR的CI指数法CI=沥青质+饱和分/芳烃+胶质<0.3为好。d\sbs与芳烃含量高的沥青相容性好。 
2)选用合适的基质沥青标号
        重交沥青等级是按 25℃针入度区分的,因此根据工程设计中要求的改性沥青等级来选择合适的基质沥青标号。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20-25。如70号重交沥青改性后针入度一般在45-57左右,故只能符合i-d级要求。所以,生产i-d级一般选用70号沥青,i-c级一般选用90号沥青,i-b级一般选用110号沥青。
3)所选基质沥青要符合重交沥青的技术标准要求
        目前主要使用的路用沥青有普通道路沥青和重交沥青,通过对比两者的性能发现,重交沥青新标准(JTJ052-2004)增加强调了10℃延度及含蜡量的要求,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(通常基质沥青10℃延度太差,会造成改性沥青膜后延度不理想)。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,其感温性能指标pi值也越小。因此《公路改性沥青路面施工技术规范》(jtj036-2004)明确规定了加工改性沥青的基质沥青必须符合重交沥青的要求。
2.2sbs改性剂
        sbs是苯乙烯与丁二烯单体以丁基锂为引发剂,采用溶液聚合方法制成的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,高温下能象热塑料般熔融流动成为可塑性材料,因而称热塑弹性体。sbs在改性沥青方面应用效果最理想,其主要特点是:
1)改变了沥青流变学性质,粘弹性和延性提高,路面的抗冲击能力、抗开裂能力、耐磨耗能力都大大增加,延长了道路使用寿命;
2)增大了沥青的粘附性和粘韧度,提高了沥青与沙石料的结合力,改善了道路的强度和防水能力,增强了路面的耐久性;
3)降低了沥青的温度敏感性,改善后针入度下降,软化点下降,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。每种结构sbs又有几种牌号,如岳阳石化巴陵牌sbs常用的牌号有sbs1301-(yh791),sbs1401-(yh792),sbs4303-(yh801),sbs4402-(yh802)等。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。在生产加工过程中应根据基质沥青、加工工艺选择合适的sbs。
2.3稳定剂的选用
        改性沥青生产方式有现场加工和工厂化生产两种工艺。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。而工厂化生产的改性沥青需要存储、运输,放置时间长等更高的要求。由于沥青中含有较多的极性化合物,sbs则属于非极性化合物,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。这种不稳定性对工厂化生产的成品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。加入稳定剂可以降低沥青相与sbs之间的界面能,sbs相的分散,阻止sbs相的凝聚,强化相间的粘和。同样,稳定剂的选用也需根据沥青的型号而选择,在生产前必须进行实验,选用合适的稳定剂。
2.4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(胶体磨/剪切机)是其核心设备。而各溶胀搅拌釜釜和发育搅拌釜则是它的主导设备,以上两项的基本参数确定以后,其他设备应以此为依据进行匹配。
        需要指出的是,研磨机是整个工艺流程中最关键的设备,其工作原理是由电机驱动,依靠两个齿形面的相对运动(其中一个高速旋转,一个静止),使通过二齿面极度小间隙sbs混合料受到强大的剪切力、摩擦力、离心力、涡流等综合复杂力的作用,使大颗粒混合料经研磨变成小粒度,当混合料达到一定的细度时,sbs与沥青之间便形成连续相的网状结构。目前用于sbs改性沥青生产的胶体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。间隙过大,sbs混合料粒径不够小,sbs与沥青混合不充分不均匀,从而影响质量;间隙过小(1mm以下),这种强力的摩擦力会使sbs改性沥青的温度上升,有可能使沥青老化。为了使基质沥青和改性剂充分熔融,预搅拌时间时间达到三个小时以上(搅拌均为立式搅拌,提高效率),配料罐一个,溶胀罐三个交替使用通过剪切机。成品沥青出来以后进入孕育罐,也是立式搅拌罐,根据体积和生产速度配置2-4个,研磨的沥青与改性剂必须充分熔融,才能在孕育罐加入稳定剂,反应2小时,打入带有侧搅拌的大罐就不会再出现离析现象。 
3 温度控制
        在改性沥青生产工艺中,除原料、设备外,最重要的就是温度。sbs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sbs的溶化。一般温度应控制在175℃-190℃之间,sbs具有较好的柔韧性,并易于加工。如果sbs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或变化,在165℃-180℃时存储,则各项指标变化量不大。 
4 成品改性沥青的存储
        合格的成品改性沥青(添加稳定剂后)的优点在于,一可以随时监测,检查质量,保证使用性能;二供应及时。要做到及时供应,除了提高生产能力外还要有一定的存储能力,即存储一定量的成品改性沥青,这就需要相应的存储罐。存储罐一般有立式和卧式两种,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,sbs则属于非极性化合物,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。通常虽然sbs改性沥青中已加入一定比例的稳定剂,但还是有必要长时间搅拌或循环以达到上下均匀熟化发育,不产生离析为目的。sbs改性沥青生产工艺看起来是简单,但在具体生产中则必须考虑原料、添加剂、稳定剂、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。
         综上所述,实际上生产改性沥青有三大要素:一是原料选择或原料组分调配,尤其是稳定剂的选择;二是生产设备选择;三是生产工艺优化(包括生产参数设定,现有设备组合优化改造等)。在改性沥青在生产过程中应不断总结经验,根据实际情况对生产工艺进行优化,对设备进行改造。

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