改性沥青技术及生产工艺方案介绍

改性沥青技术及生产工艺介绍

一、前言

1、沥青

传统意义上的沥青是由树脂包裹的沥青质分子团组成的胶体物质，它呈现出很强的油质状态（即石油质）。胶体分为溶胶（主要指液态密度）和冻胶（主要指固体密度），这取决于其成分间的平衡状态。对沥青来说，两种状态的平衡取决于沥青质和树脂间的相互作用，并受到外界温度的强烈影响。事实上，沥青温度的升高打破了其冻胶状态，使沥青分子团演变成溶胶状态。

因而沥青的一个重要特性就是常温下呈现出固体或半固体，但随温度升高极易溶化。这一显著的热敏感性是沥青的最重要的特征，也是其主要弱点。事实上，沥青混合物应能够在全年不同的工作条件下保持其良好的性能。显著的热敏感性妨碍了沥青混合物在高温和低温时呈现出良好的性能，因而必须改进沥青的特性以提高产品性能。

二十多年来，国际国内交通容量增长迅速，重型车辆在其中的比例也不断增长。面对现在和将来的繁重的交通容量，使用传统材料、按传统方法设计的高速公路和机场跑道的沥青路面的寿命将不断降低。为了提高沥青的产品性能，一个可行的方法就是选用某些高分子聚合体改变传统沥青的特性。

2、高分子聚合物

现有的高分子聚合体种类繁多，特性各异，一般分为塑性体和弹性体。同样工作温度下，其性能在很多方面都不同，特别是劲度、可变形性以及冲击强度。图表-1显示了塑性体和高弹体代表性的应力应变特性。

图（一）

很多高分子聚合体材料可以用来改变沥青的特性，下面我们举例说明：

1、热塑（性）塑料（高弹体）：

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、热塑（性）塑料（塑性体）

乙烯-乙酸-乙烯脂（Ethylene-Vinyl-Acetate，EV A）

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、乳胶

氯丁橡胶（Polychloroprene）

天然橡胶（Nature Rubber）

4、脆性橡胶（Crumb Rubber）

在某些应用实例中，几种高分子聚合体也可以一同使用来改变沥青性能（即复合改性）。目前在中国应用最多的是SBS改性沥青。

3、改性沥青

在过去公路建设的很多年中，虽然传统材料性能良好，但随着20年来交通容量的不断增加，人类建设更安全、耐久的公路的要求日益迫切，这就使传统沥青性能上的局限性日益明显。这实际上暴露出传统沥青本质上的局限性：

温度敏感性（高温下易软化，低温下易碎裂）；

较低的机械性能和弹力性能；

易老化

表面状况表现为：车辙、龟裂、松散

由于传统沥青的这些特定缺陷，同时从经济上考虑，公路工程人员，高速公路和机场建设的有关部门都希望采用更好的沥青材料。传统沥青的缺陷可通过采用特殊设备，添加高分子聚合体来加以消除。改性沥青的使用在欧洲已经有了30年的历史，在中国正大力普及。它不仅提高了道路的质量，同时带来了下列好处：

改进了沥青的高温及低温性能

改进了沥青的弹塑性，包括：提高了抗疲劳强度；提高了凝聚性和胶合性；提高了抗衰老性和抗氧化性。

4、改性沥青的生产

现在生产高分子聚合物改性沥青的技术流程已相当成熟，并经过在大量工程项目中实际应用的验

证。改性沥青的生产可以在专门的工厂内加工完成—即工厂改性，也可以在铺设现场加工完成—即现场。

现场改性因为改性沥青随生产随铺设，不会长期堆存，能保证改性沥青性能稳定，但生产环境一般不好，对生产方的技术和设备要求交高。

工厂改性可以在改性沥青厂提前生产好，然后将其储存在沥青罐中，需要时再运输到施工现场。由于改性沥青不能长期储存，因此要加入稳定剂以保证其不离析。工厂改性的好处是在不需要改性沥青时工厂可以提前大量生产并储存，在大量需要时可以集中供货。但其也有须特别注意的，因为当长时间处于高温或低温储藏状态时，很多预处理过的改性沥青对温度的降低都十分敏感，在储存、运输、使用过程中的把握不好温度升降，将会对改性沥青的品质造成影响。

改性沥青的生产工艺流程见图二。

图（二）

有时还填充某些芳香族类成分来改进沥青的化学结构，从而增强其稳定性。

改性沥青生产的核心是高速剪切胶体磨，这种胶体磨是专门为生产改性沥青而研发出来的，这种胶体磨已研发出来很多年了，并经过世界各地的改性沥青厂和施工现场的实地检验，性能良好。我们使用的胶体磨是目前最先进、最实用的，其结构见图三。

图（三）

生产时必要的剪切次数只能通过实验室试验并在改性沥青设备加工的检测结果来确定。生产时沥青的温度也是非常关键的，一般要求最低温度为摄氏170℃，具体值取决于沥青的标号和添加高分子聚合体的百分比。在正常情况下生产改性沥青所需高分子聚合体的添加量应在4%到6%左右。

二、改性沥青生产厂工艺及布局

三、设备配置

此改性沥青工艺设计的生产能力为200吨/天，除去气候、设备维修等因素影响，其实际生产改性沥青能力可达到250吨/天以上。按此规模要求，其相应设备配置为：

1、改性沥青设备（12~15吨/小时）1台；

2、30万大卡导热油炉3台；

3、5~8吨/小时脱筒设备1~2个；

4、50吨沥青升温罐1个；

5、50吨改性沥青储存罐一个；

6、沥青及改性沥青实验及检验仪器一套；

7、电力：380V，三相，300KW以上，最好500KW。

四、改性沥青生产方案

方案一：采用进口基质沥青进行改性

目前国内进口的基质沥青有韩国SK、台湾CPC（中华沥青）、美国的壳牌、泰国泰普克、日本嘉德士及埃索等品牌。

总的来说，以上进口基质沥青都是采用中东原油提炼生产，含蜡量底，生产设备先进，产品质量相对较稳定。我们基本都采用以上品牌沥青做过改性沥青生产或实验，用上面的生产工艺都能达到国家交通部颁发的改性沥青标准，改性剂选用的是燕山石化或岳阳石化的SBS，其型号根据沥青品牌及标号不同而有不同选用，含量3~5%左右。通过我们生产技术加工的改性沥青三大指标为：

由此可见，用进口基质沥青生产的改性沥青指标远远超过国家相应标准。

方案二：采用国产基质沥青进行改性

国内现有的沥青生产厂家也不少，主要归属于中石化、中石油和中海油三大公司，其中规模大和质量好的厂家有茂名石化、北方盘锦、大连西太平洋、克拉玛依炼厂、山东槟州炼厂、泰州炼厂等，其中由于当地出产环烷基原油的关系，克拉玛依的“翼龙牌”沥青和盘锦的“欢喜岭牌”沥青是国产沥青中最好的，大连西太平洋、茂名石化等炼厂采用中东进口原油，其沥青质量也很好。除了克拉玛依炼厂的沥青外，其它国产沥青用于改性都没有问题，完全可以达到国家标准。克拉玛依炼厂由于其原油关系，用于改性效果反而不好，我们在2002年做过实验，并在改性沥青设备上进行试生产，结果不理想。据说2003年克拉玛依炼厂为适应改性需要，特地调整了其生产流程，使其沥青改性的效果有较大的提高，但我们没有再试过。由于克拉玛依炼厂离我们距离太远，运输困难，费用昂贵，内地极少能用。

我们2002年在哈尔滨国际机场和天津国际机场跑道改性沥青改造项目中都选用的国产“欢喜岭牌”沥青，改性剂采用的也是燕山石化和岳阳石化的SBS，改性后的性能指标及效果都非常好，可以说比进口的改性沥青还要好。本来机场用改性沥青的要求比高速公路的指标还要高，能在我国民航机场上普遍使用国产沥青，其用于高速公路从技术上讲是肯定没有问题的。

从技术上看，上面的生产工艺流程同样适用于采用国产沥青改性。改性剂除了以上二家国内的外，