改性瀝青技術(shù)及生產(chǎn)工藝方案介紹

1、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

2、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

3、 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（radicalStyrene-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 De

4、nsity 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

5、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

6、鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)加工完成即現(xiàn)場(chǎng)?，F(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

7、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，這種膠體磨是專門為生產(chǎn)改性瀝青而研發(fā)出來的，這種膠體磨已研發(fā)出來很多年了，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。二、改性瀝青生產(chǎn)廠工藝及布局基質(zhì)瀝青 基質(zhì)瀝青儲(chǔ)存罐

8、 升溫罐脫筒 改性瀝青檢驗(yàn) 改性瀝青設(shè)備 溶脹罐初檢 加工 添加改性劑 （可在改性設(shè)備中完成） 添加 成品罐穩(wěn)定劑 攪拌發(fā)育 （只在工廠改性中使用） 改性瀝青 改性瀝青檢驗(yàn)儲(chǔ)存罐 終檢拌和站三、設(shè)備配置此改性瀝青工藝設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力為200噸/天，除去氣候、設(shè)備維修等因素影響，其實(shí)際生產(chǎn)改性瀝青能力可達(dá)到250噸/天以上。按此規(guī)模要求，其相應(yīng)設(shè)備配置為： 1、改性瀝青設(shè)備（1215噸/小時(shí)）1臺(tái)；2、30萬大卡導(dǎo)熱油爐3臺(tái)；3、58噸/小時(shí)脫筒設(shè)備12個(gè)；4、50噸瀝青升溫罐1個(gè)；5、50噸改性瀝青儲(chǔ)存罐一個(gè)；6、瀝青及改性瀝青實(shí)驗(yàn)及檢驗(yàn)儀器一套；7、電力：380V，三相，300KW以上，最好5

9、00KW。四、改性瀝青生產(chǎn)方案方案一：采用進(jìn)口基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性目前國(guó)內(nèi)進(jìn)口的基質(zhì)瀝青有韓國(guó)SK、臺(tái)灣CPC（中華瀝青）、美國(guó)的殼牌、泰國(guó)泰普克、日本嘉德士及埃索等品牌。 總的來說，以上進(jìn)口基質(zhì)瀝青都是采用中東原油提煉生產(chǎn)，含蠟量底，生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較穩(wěn)定。我們基本都采用以上品牌瀝青做過改性瀝青生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)，用上面的生產(chǎn)工藝都能達(dá)到國(guó)家交通部頒發(fā)的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)，改性劑選用的是燕山石化或岳陽石化的SBS，其型號(hào)根據(jù)瀝青品牌及標(biāo)號(hào)不同而有不同選用，含量35%左右。通過我們生產(chǎn)技術(shù)加工的改性瀝青三大指標(biāo)為：基質(zhì)瀝青5延度針入度軟化點(diǎn)90#3540CM 65758070#3540CM505580

10、由此可見，用進(jìn)口基質(zhì)瀝青生產(chǎn)的改性瀝青指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。方案二：采用國(guó)產(chǎn)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的瀝青生產(chǎn)廠家也不少，主要?dú)w屬于中石化、中石油和中海油三大公司，其中規(guī)模大和質(zhì)量好的廠家有茂名石化、北方盤錦、大連西太平洋、克拉瑪依煉廠、山東檳州煉廠、泰州煉廠等，其中由于當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)環(huán)烷基原油的關(guān)系，克拉瑪依的“翼龍牌”瀝青和盤錦的“歡喜嶺牌”瀝青是國(guó)產(chǎn)瀝青中最好的，大連西太平洋、茂名石化等煉廠采用中東進(jìn)口原油，其瀝青質(zhì)量也很好。除了克拉瑪依煉廠的瀝青外，其它國(guó)產(chǎn)瀝青用于改性都沒有問題，完全可以達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?？死斠罒拸S由于其原油關(guān)系，用于改性效果反而不好，我們?cè)?002年做過實(shí)驗(yàn)，并在改性瀝

11、青設(shè)備上進(jìn)行試生產(chǎn)，結(jié)果不理想。據(jù)說2003年克拉瑪依煉廠為適應(yīng)改性需要，特地調(diào)整了其生產(chǎn)流程，使其瀝青改性的效果有較大的提高，但我們沒有再試過。由于克拉瑪依煉廠離我們距離太遠(yuǎn)，運(yùn)輸困難，費(fèi)用昂貴，內(nèi)地極少能用。我們2002年在哈爾濱國(guó)際機(jī)場(chǎng)和天津國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道改性瀝青改造項(xiàng)目中都選用的國(guó)產(chǎn)“歡喜嶺牌”瀝青，改性劑采用的也是燕山石化和岳陽石化的SBS，改性后的性能指標(biāo)及效果都非常好，可以說比進(jìn)口的改性瀝青還要好。本來機(jī)場(chǎng)用改性瀝青的要求比高速公路的指標(biāo)還要高，能在我國(guó)民航機(jī)場(chǎng)上普遍使用國(guó)產(chǎn)瀝青，其用于高速公路從技術(shù)上講是肯定沒有問題的。從技術(shù)上看，上面的生產(chǎn)工藝流程同樣適用于采用國(guó)產(chǎn)瀝青改性。改

12、性劑除了以上二家國(guó)內(nèi)的外，還有許多進(jìn)口的，如韓國(guó)LG、三星、芬蘭“芬納”、臺(tái)灣“臺(tái)塑”及英國(guó)、法國(guó)等SBS，其種類繁多，價(jià)格不菲，但也有一些質(zhì)量非常好的。隨著國(guó)際原油價(jià)格的不斷變化，價(jià)格因素在各個(gè)項(xiàng)目中起到了越來越大的作用，因此，改性瀝青出了在技術(shù)、質(zhì)量上有保證外，價(jià)格將會(huì)在市場(chǎng)上起到?jīng)Q定性的作用。選用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，合適的基質(zhì)瀝青、改性劑，生產(chǎn)出合格的改性瀝青是我們的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。五、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選用岳陽石化4303（道改號(hào)改進(jìn)型

13、），含量33.2%；輔助改性劑SBR，經(jīng)過我們預(yù)先改性處理，含量1.52；助劑，專門為本技術(shù)配方研制，含量1.52。 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

14、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、工藝流程A、將基質(zhì)瀝青從儲(chǔ)罐或脫桶器中打入瀝青升溫罐中，升溫至170；B、將升溫后的基質(zhì)瀝青和改性劑按設(shè)計(jì)比例分別通過改性瀝青設(shè)備上的計(jì)量泵和改性劑輸送系統(tǒng)加入到改性瀝青設(shè)備的攪拌罐1中，邊加料邊攪拌，進(jìn)行溶漲，至預(yù)先設(shè)定的數(shù)量。這樣攪拌罐1中就形成瀝青和改性劑的混合料；C、打開并關(guān)閉改性設(shè)備控制柜面板上相應(yīng)的瀝青閥門開關(guān)（手動(dòng)模式需人工設(shè)置，自動(dòng)模式不用），啟動(dòng)膠體磨和變頻調(diào)速泵，將攪拌罐1中的瀝青混合料通過膠體磨磨一遍打入到攪拌罐2中，全部磨完停機(jī)；D、再將攪拌罐2中磨過一遍的瀝青混合料通過變頻調(diào)速泵和膠體磨磨一遍打入到攪拌罐1中，如此反復(fù)共磨36遍，即可得到加工好的改性瀝青。磨的遍數(shù)是根據(jù)每磨一遍后，通過對(duì)磨后的改性瀝青指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以達(dá)到要求的遍數(shù)來決定的；E、將加工好的改性瀝青泵到帶有攪拌器的改性瀝青儲(chǔ)存罐中，在儲(chǔ)存的時(shí)候進(jìn)行后期發(fā)育，即成為合格的改性瀝青，一般后期