中海油特種I-D SBS改性瀝青的生產技術與質量控制

雷 勇，郭維亮，費恒志

中海瀝青(泰州)有限責任公司 （江蘇 泰州 225300）

瀝青性質是影響瀝青路面使用壽命和服務性能的重要因素之一。提高瀝黏度、增強瀝青彈性恢復能力無疑將有助于強化瀝青對集料的黏結、減小瀝青混合料塑性變形，進而提高瀝青混合料的高溫穩定性、耐疲勞性能和水穩定性。因此，以SBS改性瀝青為代表的改性瀝青已在我國高速公路建設中得到廣泛應用。但對于某些特殊工程，如重載交通道路、橋隧道路以及機場道面，需要采用具有更高黏度、更高彈性恢復的特種改性瀝青[1]。

特種I-D SBS改性瀝青有助于解決重載交通瀝青路面車轍、開裂、水損壞等問題。同時，可滿足橋隧、機場跑道等特殊工程的鋪裝要求。為了使產品質量進一步穩定，開展了改性瀝青的生產技術與質量控制。

1 特種I-D改性瀝青生產技術

1.1 改性瀝青生產工藝

特種I-D SBS改性瀝青的生產技術主要采用傳統的膠體磨剪切、溶脹發育生產工藝，其生產工藝流程見圖1。

其生產過程為：基質瀝青通過高溫罐加熱后進入反應釜，在攪拌下逐漸加入SBS改性劑等，在一定溫度條件下溶脹一定時間后，經過道維施高速膠體磨的研磨、剪切作用，將SBS均勻分散到瀝青體系中，再經過發育，形成穩定的SBS改性瀝青體系。

圖1 SBS改性瀝青生產工藝簡圖

根據JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》對 SBS改性瀝青的技術要求[2]。 與普通I-D改性瀝青相比，特種I-D改性瀝青的軟化點明顯提高，延度指標同時改善，這表明這種瀝青具有良好的高溫穩定性，有利于提高路面的抗車轍能力。同時，這種改性瀝青的薄膜烘箱老化后5℃延度為25cm，表明其具備低溫柔韌性和抗低溫開裂能力。另外，其135℃動力黏度3Pa·s，可滿足瀝青混合料生產過程中和易性要求。

1.2 SBS改性劑

SBS屬熱塑性橡膠類改性劑，是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段的共聚物，從結構上分線性和星型，作為道路瀝青改性劑，可明顯提高基質瀝青的高低溫性能，降低溫度敏感性，增強耐老化和耐疲勞性能，從而提高瀝青路面的使用性能。

1.3 穩定劑

為了保證改性瀝青產品的儲存穩定性，通常在SBS改性瀝青發育過程中添加一些穩定劑，來改善SBS改性瀝青體系的穩定狀態，延長儲存時間。一般添加量在0.25%～0.3%之間。

1.4 改性瀝青生產設備

采用的核心設備是美國道維施膠體磨，每小時加工能力30～40t。道維施膠體磨在國內改性瀝青的生產中剪切效果好，運行平穩，故障率低，應用廣泛。

2 特種I-D改性瀝青質量控制

2.1 原材料的質量控制

瀝青的改性效果的好壞是有基質瀝青和SBS的配伍相溶性緊密相關的，相溶性好，改性后的效果就好。在SBS改性瀝青的制備過程中，SBS與瀝青在熱狀態下混合后，SBS的端基產生軟化,并產生一定的流動，中基則吸收瀝青中的油分并形成體積增大許多倍的海綿狀材料。在較高的加工溫度下，首先SBS改性劑分子鏈變得更加舒展，自由體積增大，同時基質瀝青中的輕組分如軟瀝青質等進入改性劑網絡后使得改性劑分子鏈間距增大。其中的軟瀝青質一方面起到增塑作用使改性劑的力學性能發生改變；另一方面改性劑吸附基質瀝青中的輕組分后而產生溶脹，在兩相界面上使高分子的舒展程度進一步增大。根據相似相容原理,在其界面上改性劑浸潤、吸附部分組分相似的瀝青形成一定厚度的表面吸附膜,使SBS改性劑與基質瀝青的界面性質逐漸產生過渡，形成良好的過渡結合，即SBS與基質瀝青產生良好的相溶作用[3]。

制備過程中SBS的溶脹作用至關重要，如果溶脹效果不佳，SBS與基質瀝青不能很好相溶，難以形成穩定的改性瀝青產品。通常改性瀝青的溶脹與作用時間、溫度、瀝青和改性劑的性質及相對用量等都密切相關。原輔材料的質量控制主要體現在以下方面：

1）原料基質瀝青，采用自產的AH-70重交瀝青，各項指標必須達到要求，并實現專罐專貯，防止其他牌號的瀝青污染，每次收原料前都確保原料瀝青化驗合格后，方可作為生產原料備用。經過實驗室對基質瀝青和SBS相容性的試驗分析，采用該AH-70瀝青能夠與LG型號某種SBS很好相溶。

2）SBS改性劑，每批次的產品質量是有差異的，因此對每批次的SBS進行編號，送貨前先郵寄小樣,進行實驗室改性瀝青小試，檢查SBS與瀝青的改性效果，達到要求的SBS方可使用。經過對不同批次的SBS進行分子量檢測，確定了對應合格SBS的相對分子量約在11～13萬之間。

3）另外，還添加一定量的相溶劑，用于改善瀝青與SBS的相溶效果，同時用于SBS改性瀝青產品的針入度調整。

2.2 生產過程質量控制

根據JTG F40-2004中對I-D的技術要求，軟化點要求大于 60℃，針入度 40～60（1/10mm），5℃延度大于20cm，但目前市場上，尤其是湖南湖北的客戶要求軟化點大于75℃，針入度50～60（1/10mm），5℃延度大于25cm，部分客戶要求更苛刻，因此對于生產的質量控制更加精細。主要從以下幾個方面進行I-D產品質量的生產控制：

1）SBS添加量的控制：SBS改性劑的添加量直接決定SBS改性瀝青產品的質量。表1選取了不同的SBS添加量，得出對產品的影響結果。

從表1可以看出，隨著SBS改性劑的增加，產品軟化點的上升比較明顯，要達到JTG F40-2004對I-D產品的要求，只要SBS添加量大于4.0%，軟化點就能基本達標，但要滿足特殊用戶軟化點大于75℃的要求，需要提高SBS添加量到4.8%以上。同時，要改變相容劑的添加量來改善針入度，但又不能影響延度的指標。為了改善I-D改性瀝青60℃動力黏度，篩選了一種瀝青添加劑，能有效提高改性瀝青的性能指標，添加量0.3%～0.5%。

2）研磨的控制：為了提高改性瀝青的產量，采用了母液法生產，即膠體磨研磨時的SBS添加量比產品的平均添加量要高，進入發育罐后再用基質瀝青稀釋。但母液的濃度要進行適當控制，濃度太高會增加磨機的負荷，影響道維施膠體磨設備的使用壽命。生產中采用控制母液的SBS比例在7.5%～10%。研磨的次數相當重要，研磨后的改性瀝青樣品制作成涂片在100倍的顯微鏡下觀察，白色點狀物直徑在5mm以下，且均勻分布在瀝青中，基本判定合格，一般經磨機研磨至少兩遍才能達到要求。圖2為顯微鏡觀察效果圖[4]。

表1 不同SBS添加量的改性瀝青小試產品檢測結果

圖2 SBS在改性瀝青中的分布圖

3）溫度的控制：基質瀝青的溫度一般控制在170～175℃進入反應釜加料，研磨溫度在175℃左右，這樣可以縮短改性劑在瀝青中被熔融、打散的時間，通過研磨的速度就快，保證磨機的正常運轉。溫度過低，改性劑在瀝青中初混不均，易造成設備損壞；溫度過高，瀝青易老化，造成產品不合格。

4）溶脹和發育控制：以往生產SBS改性瀝青都是在研磨前進行溶脹，研磨后進入發育罐發育。生產過程中采用了進入發育罐進行溶脹發育，發育罐溫度一般控制在180～185℃，而且要啟動立式攪拌器不停攪拌，改善溶脹發育的效果，其中加入0.25%～0.3%是穩定劑，直至產品各項性能達標[5]。

3 結語

特種I-D SBS改性瀝青的生產過程中重要的質量控制指標有基質瀝青的質量、輔助材料如SBS、相容劑、穩定劑等質量和添加比例、生產操作工藝參數如溫度、發育時間等。

通過對原輔材料的質量控制和生產過程在的工藝技術控制，達到了提高I-D SBS改性瀝青質量的效果。

特種I-D SBS改性瀝青的生產要求明顯比ID SBS改性瀝青的生產要求要高，尤其是原材料的選擇，SBS改性劑的添加量要顯著高于普通I-D產品的用量。生產的特種I-D SBS改性瀝青產品各項指標均能達到JTG F40-2004規范的要求和特殊客戶產品質量的需求。

[1]沈金安.改性瀝青與SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[2]JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范[S].

[3]郝培文.改性劑SBS與瀝青相容性的研究[J].石油煉制與化工,2001,329(5)：54-56.

[4]徐建波,陳建和.SBS改性道路瀝青[J].石油瀝青,1999,13(4):25-34.

[5]叢玉鳳 廖克儉 翟玉春,等.SBS改性瀝青生產工藝參數的考察[J].石油化工高等學校學報 2005,18(2)：32-34.