SBS改性沥青现场加工工法.pdf

1、SBSSBS 改性沥青现场生产加工改性沥青现场生产加工工法工法 完成单位 中交一公局桥隧工程有限公司 主要完成人：许飞 薛峰 韩坤 蒋妙强 李凯 1 1 引言引言 聚合物改性沥青由于可以提高和改善路面使用性能已得到了广泛的应用，其中 SBS 聚合物改性沥青又以其能够显著提高沥青路面高温抗车辙、低温抗裂能力、抗老化能力和耐疲劳性能而成为聚合物改性沥青的主要产品。目前，国内外 SBS 改性沥青的生产方式有现场法加工和工厂化生产两种工艺。现阶段工厂法改性沥青具有相对成熟的生产设备和生产工艺，是目前沥青改性的主流生产方式，占据绝大多数改性市场。但随着工厂化改性沥青技术壁垒的消除，改性沥青价格日趋透明，

2、国内改性沥青产能的过剩和改性沥青产品的“微利”特性，使得一些沥青厂家为追求利润，添加大量不利于沥青性能各种添加剂或劣质油品。虽然改性沥青产品各项指标合格，但严重影响改性沥青内在品质和路用性能，导致多个地区路面工程发生早期损害。现阶段国内现场加工改性沥青由于加工者技术水平差异、加工设备不同、加工工艺和原材料性能变化，导致现场加工改性沥青质量存在明显差异。河北太行山高速京蔚段采用现场法生产改性沥青，为保障工程所需 SBS 改性沥青生产稳定性，提高改性沥青的生产质量稳定性，针对现场法改性沥青生产，编制了SBS 改性沥青现场生产改性工法，以指导改性沥青的生产与质量控制。2 2 工法工法特点特点 1.基

3、质沥青及 SBS 改性剂等所有原材料都可以根据指标要求自由选择，并对用于加工改性沥青的每车基质沥青可以进行指标及“指纹”检测，通过性能指标分析，确定基质沥青质量，避免基质沥青等原材料以次充好，有利于改性沥青产品性能的稳定。2.现场法加工改性沥青的加工设备直接与拌和站对接，生产出来的改性沥青在成品罐发育好经检验合格后即输入拌和楼直接使用，既能保证改性沥青性能稳定，又可以有效防止离析和高温存储引起的性能衰减。3.生产过程全程公开透明，有利于质监站、业主、监理、施工单位等项目参与方从进料、加工、出厂等各个环节全过程监控，确保质量可控。3 3 适用适用范围范围 本工法适用于路面工程中 SBS 改性沥青

4、现场生产，特别是具有一定场地和设备的大型沥青混合料拌合站。4 4 工艺工艺原理原理 SBS 改性剂在高温搅拌条件下吸收基质沥青中的轻质油分而溶胀，通过物理的高速剪切或者研磨使 SBS 碎化、细化，以分子的状态在基质沥青中均匀分散，达到均相结构；然后在高温下，SBS 中丁二烯段的双键打开，形成活性自由基，通过添加稳定剂，使 SBS 分子之间发生交联反应，使改性剂与基质沥青形成立体的互穿网络结构，SBS 得以稳定存在而不离析，从而达到对基质沥青的改性的目的，大幅提高沥青路面的高低温及抗水损害性能。5 5 生产生产作业流程及操作要点作业流程及操作要点 5.1 5.1 生产生产作业流程作业流程 SBS

5、现场法生产作业流程原材料检测与优选室内小样的制备与检验现场生产设备安装与准备现场SBS改性沥青生产基质沥青升温至150160输送至溶胀罐，温度180190加入SBS，搅拌，溶胀2030min过胶体磨，剪切研磨输送至发育罐165175，3060min加入稳定剂，搅拌30min沥青性能检验 图 5.1-1 现场法 SBS 全套生产作业流程 5.5.2 2 原材料原材料检测与优选检测与优选 5.2.1 5.2.1 基质基质沥青的选取沥青的选取 改性沥青的性质与基质沥青密切相关。因此，要生产符合规范要求的改性沥青，选择基质沥青时必须考虑到以下几个方面：（1）基质沥青应符合重交沥青的技术标准要求 目前有

6、两种主要的路用沥青普通道路沥青和重交道路沥青。重交道路沥青强调了 15延度及含蜡量的要求。SBS 改性沥青突出的优点就是低温延伸性能的大幅提高，因而基质沥青的 15延度也有较高要求。同时基质沥青中的蜡含量高低跟改性沥青的感温性能也有直接的关系，蜡含量越高，其感温性能越差。（2）必须充分考虑基质沥青与改性剂 SBS 的配伍性 加工改性沥青时，并不是基质沥青符合重交沥青技术标准时，就简单的认为用任何一种改性剂都能达到很好的改性效果。基质沥青与改性剂之间存在配伍性的问题，基质沥青通常所说的三大指标并不能完全反应沥青内在组分性质。沥青作为一种是提炼产物，其成分相当复杂。从化学组成来说，可分为沥青质、胶

7、质、芳香分、饱和分，每个组分之间的比例关系直接影响到改性剂的配伍性问题。从改善沥青组分与改性剂相容性的要求出发，要尽量选择较低沥青质含量和较高芳香分、胶质含量的基质沥青。国内外许多学者也提出了不少组分含量与相容性之间的理论。这些大多为经验公式，并且组分的测定及每一组分中的分子分布也有很大差异，故在实际应用中并不十分可靠。在生产实践中必须对基质沥青取样改性，考察不同改性剂品种、工艺条件的改性效果，最终选择合适的配伍及工艺。（3）必须选用合适的基质沥青标号 改性沥青的等级是按 25针入度来区分的，应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，基质沥青以通常工艺手段采用 SB

8、S 改性后，其 25针入度要下降 2025。如 70 号重交沥青改性后针入度一般在 4550 左右，故只能符合 ID 级要求。所以，加工 ID 级一般选用 70 号沥青，IC 级选用 90 号沥青，IB 级可选用 110 号沥青。在基质沥青采购时必须考虑到这一点。本项目所选用的是 A 级 70 号道路石油沥青，其技术要求见表 5.2.1-1。表 5.2.1-1 70#道路石油沥青技术指标 检测项目检测项目 技术要求技术要求 针入度（25，100g,5S）(0.1mm)6080 针入度指数 PI-1.5+1.0 软化点（环球法）（）46 60动力粘度（Pa.s）180 延度(5cm/mim,10

9、)（cm）20 延度(5cm/mim,15)（cm）100 蜡含量（%）2.2 闪点（COC）（）260 溶解度（%）99.5 密度（15）（kg/m3）实测 密度（25）（kg/m3）实测 TFOT 后残留物 质量变化（%）0.8 残留针入度（25）（%）61 延度（10）（cm）6 延度（15）（cm）15 PG 分级 64-22 5.2.5.2.2 2SBSSBS 改性剂改性剂的选取的选取 我们主要对燕山石化、岳阳石化和独山子石化等国内三大SBS改性剂生产商调研了调查，重点对三家生产的 SBS 改性剂的品种、分子量及其产品特性进行了试验分析对比，并结合基质沥青特性和各种改性剂在行业界的应

10、用情况，初选几种 SBS 改性剂，然后根据室内小样制备与检测结果进行优选。5.2.5.2.3 3 相容剂相容剂 为保证 SBS 改性沥青的质量稳定性，可适当添加相容剂和稳定剂，相容剂的技术指标见表 5.2.3-1。表 5.2.3-1 相容剂的技术指标 序号 技术参数 指标 试验方法 1 闪点（开口，）220 GB/T 267 2 运动粘度（100）mm2/s 30-50 GB/T 265 3 水分/无 5.2.5.2.4 4 稳定剂稳定剂 表 5.2.4-1 稳定剂的技术指标 序号 技术参数 指标 1 外观 灰色固体粉末 2 表观密度 g/cm3 0.6-0.8 3 细度 80 目 4 水分%

11、无 5.5.3 3 室内室内小样的制备与检验小样的制备与检验 5.3.1 5.3.1 室内室内小样小样的的制备制备 用高速剪切混合乳化机制备 SBS 改性沥青,剪切速度 30005000 转/min。加工 SBS 改性沥青时,先将助溶剂按一定比例加到沥青中，然后加热到 160，再加入 4.5%SBS，机械搅拌3050min，然后，在 175185温度范围内连续剪切 3060 min，剪切过程中观察试样均匀光亮时加入稳定剂，再在 175185温度范围内机械搅拌 3060min 后，放入 163烘箱中发育 30min，即制成改性沥青。5.3.5.3.2 2 沥青沥青试验试验检测检测 采用改性沥青三

12、大指标及储存稳定性试验初步验证各种SBS改性剂与基质沥青的配伍性，若上述四个指标均合格，再对该配比的改性沥青的其他指标（针入度指数PI、运动粘度135、闪点、溶解度、弹性恢复 25、储存稳定性离析（48h 软化点差）、老化后质量变化、延度5、针入度比 25）进行检测，指标全部符合规范要求者为拟试生产改性沥青配方。图 5.3.2-1 针入度试验 图 5.3.2-2 软化点试验 5.3.5.3.3 3 混合料混合料性能的检测性能的检测 沥青混合料性质主要包括马歇尔试件的毛体积相对密度，吸水率，孔隙率，矿料间隙率，饱和度，稳定度和流值，其他路用性能残留稳定度比，冻融劈裂抗拉强度比，小梁弯曲和车辙试验

13、。表 5.3.3-1 马歇尔试验结果指标要求 空隙率%矿料间隙率%饱和度%稳定度 KN 流值 mm 3-5 12.5 65-75 8 2-4 表 5.3.3-2 沥青混合料技术指标 技术指标 AC-20 AC-13 击实次数 双面各 75 次 双面各 75 次 稳定度（kN）8.0 8.0 流值（0.1mm）2.04.0 1.54.0 空隙率（%）35 35 动稳定度(60,0.7Mpa)4000 4000 残留稳定度 85 85 冻融劈裂强度比 80 80 渗水系数（ml/min）50 50 5.5.4 4SBSSBS 改性改性沥青现场生产设备沥青现场生产设备 5.4.1 5.4.1 设备设

14、备的选取的选取 考察国内外 SBS 改性沥青生产设备的差异，选择剪切效果好、售后服务好、价格适宜的SBS 改性沥青设备（尤其是胶体磨），结合依托工程拌合楼的位置和 SBS 改性沥青成套设备的配备情况建设现场 SBS 改性沥青生产线，经过性价比等指标进行详细分析。5.4.5.4.2 2 设备设备的的调试调试 设备式运转一般可分为空转试验、负荷试验、精度试验三种。(1)空转实验：是为了考核设备安装精度的保持性，设备的稳固性，以及传动、操纵、控制、润滑、液压等系统是否正常，灵敏可靠等有关各项参数和性能在无贝多芬运转状态下进行。一定时间的空负荷运转是新设备投入使用前必须进行磨合的一个不可缺少的步骤。(

15、2)设备的负荷实验：试验设备在数个标准负荷工況下进行试验，在有些情况下进行试验。在负荷实验中应按规范检查轴承的温升，考核液压系统、传动、操纵、控制、安全等装置工作是否达到出厂的标准，是否正常、安全、可靠。不同负荷状态下的试运转，也是新设备进行磨合所必须进行的工作，磨合试验进行的质量如何，对于设备使用寿命影响极大。(3)设备的精度实验：一般应在负荷试验后按说明书的规定进行，既要检查设备本身的几何精度，也要检查工作（加工产品）的精度。这项试验大多在设备投入使用两个月后进行。5.4.5.4.3 3 生产生产前准备前准备 （1）开始生产前（1-3 小时）做好设备预热和运行前的准备和检查。（2）按设备操

16、作说明书要求，检查控制系统、沥青泵、搅拌器、胶体磨、各液位仪表、温度仪表、压力仪表、电流表等是否达到正常生产要求。（3）通过制动化工控机设定生产温度，自动调节燃烧器和加热系统实现温度满足生产要求。（4）通过自动化工控机的参数设定生产量、生产速度和配比，自动调节沥青泵 B2、B3、注油泵 JB 的电机变频器、喂料器 WD 和相关阀门实现自动化生产。图 5.4.3-1 检查沥青泵、胶体磨等设备是否正常 5.5.5 5 SBSSBS 改性改性沥青现场沥青现场生产生产 5.5.5 5.1 1 生产配方生产配方 SBS 改性沥青满足 I-D 基本要求，在生产配方中根据基质沥青与 SBS 改性剂的配伍性，

17、调整稳定剂的掺量，同时必要情况下添加一定比例相容剂。具体生产配方见表 5.5.1-1。表 5.5.1-1 SBS 改性沥青生产配方 组成 组成比例（%）基质沥青 相容剂 SBS 改性剂 稳定剂 合计重量份 内掺比例 90-95 0-6 4.0-4.5 0.12-0.18 100 基于采购原材料，其中基质沥青为齐鲁石化产石油沥青，SBS 改性剂为独山子 T6302，SBS 改性沥青建议生产配方见表 5.5.1-2。表 5.5.1-2 SBS 改性沥青生产建议配方 组成 组成比例（%）基质沥青 相容剂 SBS 改性剂 稳定剂 合计重量份 内掺比例 92.9 3.0 4.0 0.1 100 5.5.

18、5 5.2 2 生产工艺生产工艺 （1）基质沥青升温至 150-160，经过换热后输送到溶胀罐，温度控制 180-190；（2）加入 SBS，搅拌、溶胀 20-30 分钟；（3）溶胀后将基质沥青和 SBS 混合物过磨、研磨；（4）研磨后打入发育罐，控制温度 165-175；（5）加入稳定剂，搅拌反应 30-60min。现场法 SBS 改性沥青在生产工艺建议见表 5.5.2-1。表 5.5.2-1 SBS 改性沥青建议生产工艺 生产工艺控制 工艺 基质沥青 换热、溶胀 剪切研磨 发育 温度控制 150-160 180-185 180-185 165-175 时间控制/6-10min/30-60m

19、in 5.5.5 5.3 3 生产工艺流程见生产工艺流程见图图 图 5.5.3-1 SBS 改性沥青生产工艺流程 6 6 材料与设备材料与设备 主要材料与设备详见表 6-1。表 6-1 主要机主要材料与设备 序序号号 工具类型工具类型 名称名称 单位单位 数量数量 备注备注 1 施工主要设备 拌合站 台 1 2 提升机 台 1 3 螺旋输送及 台 1 4 沥青泵 台 2 5 出料泵 台 2 6 换热器 台 1 7 沥青罐 台 1 8 研磨机 台 2 9 电机 台 3 10 孕育罐 台 1 7 7 质量质量控制控制 7 7.1.1 本本工法工法质量质量控制依据控制依据 （1）公路工程沥青及沥青混

20、合料试验规程（JTG E20-2011）；（2）公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）；（3）温拌沥青混合料施工技术指南（DB13/T 1014-2009）；（4）寒区温拌沥青混合料设计与施工技术规范（DB63/T 812-2009）；（5）太行山高速沥青混合料面层施工技术指南。7 7.2 2 质量质量控制指标控制指标 SBS 改性沥青主要技术指标及检测频率应符合表 7.2-1 的要求。表 7.2-1 SBS（I-D）改性沥青技术要求 注：1.表中 135运动粘度可采用公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）中的“沥青布氏旋转粘度试验方法（布洛克菲尔德粘度计法

21、）”进行测定。若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和，或经证明适当提高泵送和拌和温度时能保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。指标 单位 SBS类（I-D）检测频率 施工单位 针入度 25,100g,5s 0.1mm 4060 每天 1 次 延度 5,5cm/min 不小于 cm 20 每天 1 次 针入度指数 PI，不小于 0 每天 1 次 软化点 TR&B,不小于 70 每天 1 次 布氏粘度1135,不大于 Pa.s 2.2-3.0 必要时 闪点,不小于 230 必要时 溶解度,不小于%99 必要时 弹性恢复 25不小于%75 随时 离析,48h 软化点

22、差不大于 2.5 每批或必要时 老化后指标 质量变化,不大于%0.4 每批或必要时 针入度比 25不小于%65 每批或必要时 延度 5不小于 cm 15 每批或必要时 SBS 改性沥青到达施工现场，必须存贮在带有搅拌设备的沥青罐中，使用前改性沥青必须搅拌均匀。改性沥青不得长期贮存，一般不超过 5 天；当贮存时间超过 5 天时，需进行针入度、软化点、延度、老化后延度指标检测，合格后方可使用；超过 10 天时，需经全套指标检测合格后方可使用。8 8 安全安全措施措施 8 8.1.1 车间车间内严禁烟火内严禁烟火 8 8.2.2 供料作业供料作业应应遵守遵守下列规定：下列规定：（1）严禁提升设备载人

23、，并不得超载；（2）严禁在提升平台下停留、穿行；8 8.3 3 操作操作时应时应遵守遵守下列规定下列规定 （1）车间内作业时，必须启动通风装置；（2）开机前必须操作盘仪器仪表、沥青上液位开关进行检查，符合要求后方可开机；（3）严禁采取沥青泵反转的方式清理过滤器；（4）在生产区域巡视、工作时必须戴安全帽、防护镜，穿规定的工作服及工作鞋；（5）进入罐内进行维修时，有毒气体浓度应降到安全卫生标准，罐内氧气含量大于 18%以上方可进行检修作业。9 9 环保环保措施措施 1.建立环保管理体系，确保体系有效运行；2.导热油炉废气经处理后通过 25m 高排气筒排放；3.改性沥青生产中的沥青烟气经风机引出，经

24、环保处理后通过 20m 高排气筒排放；4.生产区域排水采用雨污分流机制；5.改性沥青生产过程中产生的含油废水、机泵冷却水、管线吹扫水、地面清扫水、罐区初期雨污水必须统一进入含油污水收集池，由污水处理厂统一处理；6.生活垃圾统一收集，送垃圾处理厂处理；7.对能够产生强噪声的风机、研磨机、机泵做好隔音、减震处理；8.按要求制定严格环境风险事故应急预案，并报相关部门备案。1010 资源节约资源节约 生产过程中大量消耗废旧轮胎的同时，可有效节约沥青等不可再生材料，同时减少因废旧轮胎燃烧产生的 SO2 排放，节能减排效果非常显著，既保护了环境也节约了成本。1 11 1 效益效益分析分析 1 11 1.1

25、.1 经济经济效益效益 现场法 SBS 改性沥青成本计算如表 11.1-1 所示。表 11.1-1 现场法改性沥青成本计算 一、原材料成本 条目 参考比例/%材料单价元/t（示例）成本元/t 基质沥青 94.3 2850 2688 SBS 4 17000 680 添加剂 橡胶油 1.5 5400 98 稳定剂 0.2 8500 原材料成本：元/t 3466 二、加工成本 条目 参考价格/元（示例）成本元/t 加热成本 150200 175 人工及技术成本 140210 175 设备成本 200300 万 50 加工成本：元/t 400 三、综合成本 4.0%SBS 掺量综合成本：元/t 386

26、6 由表 9.1-1 可知，现场法 SBS 改性沥青的综合成本为 3866 元/吨（按折中价计算），而目前市场上各性能稳定的成品 SBS 改性沥青价格约为 4400 元/吨，故采用现场法生产 SBS 改性沥青每吨节约 534 元，节约成本 12%。1 11 1.2 2 社会社会效益效益 现场法加工改性沥青的加工设备直接与拌和站对接，生产出来的改性沥青在成品罐发育好经检验合格后即输入拌和楼直接使用，即能保证改性沥青性能稳定，又可以有效防止离析和高温存储引起的性能衰减。生产过程全程公开透明，有利于质监站、业主、监理、施工单位等项目参与方从进料、加工、出厂等各个环节全过程监控，确保质量。1 12 2

27、 应用应用实例实例 1 12 2.1 1 中国中国交建太行山交建太行山高速高速公路公路京京冀界冀界至至蔚县段蔚县段 太行山高速公路京冀界至蔚县段位于张家口市的南部地区，路线总体呈东西走向，全长65.72km（K0+000K65+719.916）。采用双向四车道高速公路标准建设，路基宽度 24.5 米。全线设大中桥 41 座，隧道 1 座，互通式立体交叉 6 座（其中枢纽互通 1 座），收费站 5 处，服务区 1 处，养护工区 2 处。为保证太行山高速公路京蔚段项目路面改性沥青加工生产质量，我公司在太行山高速公路京冀界至蔚县段，采用此 SBS 改性沥青现场生产改性工法，工程质量、进度、安全、环境保护等各方面都受到建设方的一致认可和好评。