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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、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(radical Styrene-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 Density 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,也可以在鋪設(shè)現(xiàn)場(chǎng)加工完成—即現(xiàn)場(chǎng)。
現(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,我公司MAT系列膠體磨是專門為生產(chǎn)改性瀝青而研發(fā)出來的,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。
三、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(yáng)石化4303(道改Ⅱ號(hào)改進(jìn)型),含量3~3.2%;
——輔助改性劑SBR,經(jīng)過我們預(yù)先改性處理,含量1.5~2‰;
——助劑,專門為本技術(shù)配方研制,含量1.5~2‰。
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、改性瀝青指標(biāo)
用以上復(fù)合改性瀝青技術(shù),我們將比國(guó)家Ⅰ-C標(biāo)準(zhǔn)要求更高一些,以留出更大余地,具體的指標(biāo)設(shè)定為:軟化點(diǎn):>75℃, 5℃延度:>35㎝,
針入度:90#瀝青:>70, 70#瀝青:>55。
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