成品高黏度改性瀝青工業化生產研究

黃律群

（上海市浦東新區公路管理署，上海市 201210）

成品高黏度改性瀝青工業化生產研究

黃律群

（上海市浦東新區公路管理署，上海市 201210）

針對橡膠改性劑與SBS復合改性制備的成品高黏度改性瀝青，研究了其工業化生產工藝及其耐老化性能和儲存穩定性，得出了此類成品高黏度改性瀝青工業化生產工藝，并發現其具有優異的耐老化性能，而其儲存穩定性雖比普通改性瀝青差，但在48 h以內，加熱保溫并攪拌可以作為此類高黏度改性瀝青在儲存罐中合理的儲存方式。

改性瀝青；高黏度；生產工藝；耐老化；儲存穩定性

0 引言

現代道路交通的特點是車流量大、軸載重、渠化程度高。我國高等級公路尤其是高速公路迫切需要改善瀝青混合料路面的路用性能，提高瀝青路面的服務水平和使用壽命。高性能的改性瀝青已成為改善瀝青路面品質的有效途徑和發展方向[1]。

針對日益增長的高等級公路建設對瀝青黏結料性能多方面的要求，國內外進行了數以百計瀝青改性項目的研究。改性瀝青是以特定的工藝將聚合物等改性劑分散到瀝青中形成粗分散體系，使瀝青的高、低溫性能發生不同程度的改善，保留或增加其黏附性、彈性和流動性而得到的瀝青膠體[2]。SBS改性的優越性突出表現在使軟化點大幅提高的同時，又使低溫延度明顯增加，感溫性得到很大改善，而且彈性恢復率特別大[3]。橡膠粉中的有效成分可以提高道路瀝青的軟化點，改善道路的低溫柔韌性，降低針入度，提高延度，使瀝青產生可逆的彈性變形[4]。由于單一改性劑改性瀝青普遍存在問題，為此復合改性技術也較多采用，針對某項不足添加可以改善這項性能的改性劑進行復合改性，以長補短。

對比中日兩國改性瀝青技術標準可以發現：日本標準特別重視改性瀝青的黏度特性，將軟化點、黏韌性、韌性等指標作為改性瀝青的分類依據；我國則以針入度、軟化點作為改性瀝青的分類標準。60℃動力黏度是反映道路瀝青高溫抵抗永久變形能力的一項重要參數，是排水瀝青路面等對瀝青結合料考核的關鍵指標之一，是高性能改性瀝青分類必不可少的參考指標[5]。

高黏度改性瀝青相比于普通改性瀝青，改性瀝青性能有了很大提高，很好地控制了瀝青的高溫性能，能夠很好地適用于高等級瀝青路面。本文以橡膠改性劑和SBS復合改性制備高黏度改性瀝青為主要研究對象，對高黏度改性瀝青生產過程中的工業化生產工藝、耐老化性能以及儲存穩定性做了研究。

1 實驗部分

1.1 原材料

基質瀝青：金山70#，上海浦東瀝青材料有限公司；SBS：YH-791，湖南岳陽石化；橡膠改性劑：“路賽科”橡膠改性劑，上海仁聚新材料科技有限公司；芳烴油：II型；硫磺。

1.2 高黏度改性瀝青實驗配方及指標

1.2.1 高黏度改性瀝青配方

高黏度改性瀝青制備各添加項及添加比例見表1。

表1 改性瀝青配比

1.2.2 室內制備方法

（1）稱量基質瀝青加熱至160℃～165℃；

（2）將稱量好的橡膠改性劑與SBS加入基質瀝青中，攪拌均勻；

（3）加入芳烴油，攪拌均勻，并加熱至180℃；

（4）置于高速攪拌設備中，溫度保持在175℃～180℃，攪拌速率控制在27～35 r/min，攪拌30 min；

（5）停止攪拌，將改性瀝青裝于高速剪切設備中，加入硫磺，攪拌均勻，調至剪切速率為4 500～5 000 r/min，保持溫度在170℃～180℃之間，剪切30 min；

（6）停止剪切，取下改性瀝青。

高黏度改性瀝青按照《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程》（JTG E20—2011）、《〈公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程〉釋義手冊》（JTG/F20—2011）測試其針入度、軟化點、延度、60℃動力黏度，以及135℃旋轉黏度等指標。

1.2.3 室內高黏度改性瀝青指標

高黏度改性瀝青室內制備測試所得指標見表2。

表2 改性瀝青室內制備指標

1.3 高黏度改性瀝青工業化生產研究方案

1.3.1 生產工藝研究

針對高黏度改性瀝青對溶脹時間和剪切功的要求，以及研究過程工廠實際生產情況，對普通SBS改性瀝青生產工藝做了調整，設計了如下高黏度改性瀝青生產工藝：

（1）將基質瀝青加熱至適當溫度，180℃；

（2）將加熱后的基質瀝青打入配料罐，同時加入芳烴油，加入（風送）相應量的橡膠改性劑和SBS改性劑，將溫度保持在175℃～180℃，攪拌溶脹；

（3）30 min后觀察，加相應量的硫磺，攪拌5 min；

（4）樣通過單剪設備，存于溶脹罐中，取樣觀察；

（5）樣通過多剪切設備，剪切后的樣取樣檢測。

針對高黏度改性瀝青生產過程中的問題，經過不斷分析和改進，檢測生產出的改性瀝青，研究其工業化生產的工藝。

1.3.2 耐老化性能研究

通過已研究得出的高黏度改性瀝青工業化生產工藝，對兩組高黏度改性瀝青采用旋轉薄膜加熱（RTFOT）進行老化試驗。實驗測試參照《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程》（JTG E20— 2011）、《〈公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程〉釋義手冊》（JTG/F 20—2011）。

1.3.3 儲存穩定性研究

對兩組高黏度改性瀝青按照《公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程》（JTG E20—2011）、《〈公路工程瀝青及瀝青混合料實驗規程〉釋義手冊》（JTG/F 20—2011）做離析實驗，并分析其儲存性能。

將生產的改性瀝青存于儲存罐中，加熱保溫并保持攪拌狀態，于24 h、48 h后取樣檢測其性能并分析。

2 結果與討論

2.1 生產工藝

2.1.1 生產中的問題討論及改進

研究發現，在改性劑加入過程中，風送設備送SBS速度較快，風送橡膠改性劑速度較慢，兩者全部風送完成需要時間約15～20 min，因此做出兩處調整：

（1）加入芳烴油的節點安排在改性劑完全加入之后，是因為芳烴油主要與SBS和橡膠作用，過早加入芳烴油，與改性劑作用效果不好，且基質瀝青加熱到180℃時，過早加入芳烴油，因其還未與改性劑作用會有一部分發生揮發；

（2）溶脹時間30 min起始時間節點按改性劑完全加入算，是由于溶脹時間的重要性和改性劑加入過程本身時間較長所致。

研究發現，單剪后有很少部分橡膠改性劑剪切不充分，可能的原因有二：

（1）由于加入改性劑時間較長，先加入的部分溶脹更充分，能夠充分剪切，后加入的部分溶脹時間短，不易充分剪切。

（2）改性劑的量造成一次單剪不能充分剪切，對此做出的調整：a.將單剪后的樣再經過多剪設備，可以將以上兩種可能性都解決。b.由于要經過單剪和多剪設備，將硫磺加入的時間點調整至樣通過單剪設備之后，經過多剪設備之前。這是因為一方面考慮到要減少剪切對硫磺的鍵的破壞，另一方面又能使其鍵與SBS和橡膠充分作用。

2.1.2 改進后的生產工藝

經過調整改進，得出了高黏度改性瀝青工業化生產的工藝：

（1）將基質瀝青加熱至適當溫度，180℃；

（2）將加熱后的基質瀝青打入配料罐，加入（風送）相應量的橡膠改性劑和SBS改性劑；待改性劑完全加入后加入芳烴油，計時并將溫度保持在175℃～180℃，攪拌溶脹；

（3）30 min后將樣通過一次單剪設備，存于溶脹罐中；（4）在溶脹罐中加入相應量的硫磺，攪拌5 min；（5）將樣通過多剪設備，存于儲存罐中，取樣檢測。

2.1.3 改性瀝青工業化生產結果及分析

上述兩組高黏度改性瀝青配方通過工業化生產，得到的改性瀝青指標見表3。

表3 改性瀝青工業化生產指標

高黏度改性瀝青工業化順利生產表明了此工藝的可操作性。對比表2、表3可以發現，工業化生產的高黏度改性瀝青達到了室內研究所得的性能指標，表明了此工藝與高黏度改性瀝青的匹配適用性。因此，本文得出了高黏度改性瀝青合理的工業化生產工藝。

2.2 耐老化性能

老化試驗結果見表4，表5。

表4 老化試驗數據

表5老化試驗結果

從表4、表5可以發現，兩組改性瀝青老化后質量損失都遠小于1%，都滿足要求。兩組改性瀝青老化后針入度比及延度差值接近，說明兩組改性瀝青耐老化性能相近，并且兩組改性瀝青均具有較好的耐老化性能。

瀝青與改性瀝青老化反映是一級動力學反應。橡膠與SBS改性形成的改性瀝青結構較穩定，改性瀝青中游離的成分較少，熱氧條件下，老化速率較慢。當其游離成本被熱氧化后，穩定結構中逆向反應生成游離成分速率慢，并且橡膠感溫性能差，高黏度改性瀝青具有優異的耐老化性能。

2.3 儲存穩定性

離析實驗結果見表6。

表6 離析實驗結果

將工廠生產的改性瀝青（見表3）存于儲存罐中，加熱保溫并開啟儲存罐攪拌葉攪拌，分別儲存24 h、48 h后取樣檢測，結果見表7。

表7 儲存罐存儲后檢測結果

從表6中可見，兩組高黏度改性瀝青軟化點差值為5℃、6℃。我國目前沒有對高黏度改性瀝青離析實驗軟化點差值的規定。我國對SBS類I-D類改性瀝青離析實驗48 h軟化點差值要求不大于2.5℃，但 I-D類改性瀝青軟化點僅要求達到60℃，并不適用于高黏度改性瀝青。高黏度改性瀝青軟化點高，其48 h離析軟化點差大于I-D類改性瀝青。從表6可以發現，兩組改性瀝青具有相似的儲存穩定性。說明此類橡膠改性劑與SBS復合改性瀝青在制備的高黏度改性瀝青指標相近時，其儲存穩定性也相似。

從表7中研究發現，此類高黏度改性瀝青在儲存罐中在加熱保溫并保持攪拌的存儲狀態下，在48 h以內不會發生性能明顯的變化。48 h以內，加熱保溫并攪拌可以作為此類高黏度改性瀝青在儲存罐中合理的儲存方式。

3 結語

（1）本文針對橡膠改性劑與SBS復合改性制備的高黏度改性瀝青的工業化生產進行了研究，得出了其工業化生產的生產工藝。

（2）本文研究的工業化生產的成品高黏度改性瀝青具有優異的耐老化性能。

（3）本文研究的工業化生產的成品高黏度改性瀝青，其儲存穩定性比普通改性瀝青差，但在48 h以內，加熱保溫并攪拌可以作為此類高黏度改性瀝青在儲存罐中合理的儲存方式。

[1]黃彬.改性瀝青的研究進展[J].材料導報：綜述篇，2010，1（24）：137-141.

[2]王濤.SBS改性瀝青機理研究.石油瀝青[J].2008，12（6）：10-14.

[3]張軍.SBS改性瀝青的分析研究[J].山西建筑，2007，10（28）：182-182.

[4]郭朝陽，何兆益，曹陽.廢胎膠粉改性瀝青改性機理研究[J].石油瀝青，2007，12（6）:21-27.

[5]羅芳艷.橡膠改性劑與SBS復合改性制備高黏度改性瀝青的研究[J].上海公路，2015，4（138）：65-67.

U414

A

1009-7716（2017）08-0269-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.085

2017-04-16

黃律群（1961-），男，上海人，工程師，研究方向為道路工程專業 。