公路改性沥青现场加工及施工控制研究

0 引言

《公路”十四五”发展规划》提出到 2025 年实现：高速公路通达城区人口10 万以上市县，普通国道二级及以上公路比重达 70% ，乡镇通三级公路比例达85% ；《国家综合立体交通网规划纲要》指出，2021 至 2035 年，目标建成总规模约70 万公里的国家综合立体交通网。目前，发达地区公路网已较为发达，而在如新疆、黑龙江等偏远地区的县、市尚存在较多未通高标准公路情况，而这些地区在公路建设时存在物料运距远、通行条件差的问题。改性沥青对存储条件要求较高，SBS改性沥青在‌正常贮存条件下‌（150-160℃）保质期一般为‌30天，长距离运输或工期延误将导致改性沥青性能下降，不仅增加了质量风险，而且加大了施工成本。关于SBS改性沥青加工生产参数的研究大多是通过小样确定，与工厂和现场加工生产采用高速剪切或胶体磨等生产设备存在一定的差异，故由此确定的SBS改性沥青生产参数与现场加工存在一定的匹配性。因此，研究小样加工参数与现场加工关键技术的匹配性对SBS改性沥青生产至关重要 [1]。

1 改性沥青基本概念与特性

改性沥青是指在普通石油沥青中掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂 ( 改性剂 )，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。其改性机理主要有两种：改变沥青化学组成、使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。

与普通石油沥青相比，改性沥青具有以下显著特点：‌高温稳定性‌更好，减少夏季路面车辙现象、‌低温抗裂性‌更强，防止冬季路面开裂、‌抗老化性‌更优，延长路面使用寿命、‌弹性‌和黏附性更强，提高路面耐久性。

以橡胶改性沥青为例，其针入度减小，软化点提高，黏度增大，说明沥青高温稳定性提高；同时温度敏感性降低，在高低温度下都能保持良好性能。

2 现场加工工艺流程[

在改性沥青的制备过程中，加工工艺不同对成品沥青性能影响十分显著，其中主要工艺参数有剪切速率、剪切时间、剪切温度和发育时间 4 种。通过基本性能以及微观观察分别分析各因素对沥青性能影响，探索不同参数对改性沥青性能的影响规律，以此寻找最佳的改性沥青制备工艺[3]。

改性沥青现场加工是一个系统化的生产过程，主要包括以下关键环节：

2.1 原材料选择与质量把控

基质沥青选择‌：道路工程常用的 70 号、90 号石油沥青是常见选择。北方寒冷地区优先选用针入度较小、延度较好的 70 号沥青；南方高温地区多用 90号沥青4。

改性剂选用‌：SBS( 苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯嵌段共聚物 ) 是应用最广泛的改性剂之一，优质的SBS 改性剂嵌段结构规整，纯度高，能有效改善沥青性能。

2.2 基质沥青预处理

将沥青放入储存罐，加热到 120-140^∘C ，使水分蒸发，通过过滤器过滤掉砂石、铁锈等机械杂质，预处理后的基质沥青流动性得到改善，为后续改性操作做好准备。

2.3 改性剂添加与混合

以 SBS 改性沥青为例，添加比例一般为 4%-6%。先将基质沥青加热到 160-170^∘C ，使其处于良好的流动状态，通过计量装置缓慢加入SBS 改性剂( 误差控制在 ±0.1% 以内 )，使用高速剪切机强力搅拌混合 30-60 分钟，控制温度防止改性剂分解或混合不充分。

2.4 发育与稳定处理

混合后的改性沥青需要进行发育处理，在适宜温度下保持一定时间，加入稳定剂 ( 如硫磺，用量 和增容剂 ( 如环烷油，2-4%)，通过动态热机械分析仪 (DMA) 实时监控相态变化。在 .0h 时，针入度和贮存稳定性提高不大，其他指标均有不同程度的降低。因此，现场加工发育时间采用 h[1]。

2.5 成品处理

经三级冷却系统降温至 140^∘C 后过滤，采用水下切粒或喷雾造粒成型，先进的塔式造粒装置可生产粒径 2-5mm 的均质颗粒。

3 常用改性剂种类及作用

改性剂种类繁多，根据其成分和功能可分为以下几类：

根据现场实验判定，在黑龙江地区及新疆北疆区域，以聚合物类改性剂为主。

4 现场加工设备及技术要求

改性沥青现场加工需要专业的设备支持，主要设备包括：

4.1 核心设备构成

基质沥青储罐‌：用于储存和预处理基质沥青。

改性剂添加系统‌：精确控制改性剂添加比例。

胶体磨‌：将SBS 等高分子材料切割至5 微米以下，转速通常保持在3000 转/ 分钟以上。

溶胀罐‌：维持180℃恒温环境，通过搅拌器将改性剂与沥青充分融合。

发育罐‌：设置多级温控探头，确保混合物持续反应6-8 小时形成稳定结构导热油炉和控制系统‌：热效率需达 90% 以上。

4.2 设备选型要点

移动式设备‌：适合年产量 2 万吨以下项目，配置 20 立方溶胀罐和 10 吨 /小时胶体磨。

固定式生产线‌：需匹配50 立方以上发育罐，配备双动力驱动系统确保连续生产。

控制系统‌：PLC 模块应具备参数记忆功能，能存储至少20 组配方数据13。

4.3 设备维护规范

每日检查胶体磨轴承温度，润滑油更换周期不超过 200 工作小时。导热油每年需做酸值检测，超过0.5mgKOH/g 必须更换。每月清理溶胀罐搅拌桨粘结物，使用专用溶剂冲洗发育罐内壁。电气柜防尘滤网每季度更换，注意湿度控制避免电路板受潮。

5 质量控制要点及常见问题

5.1 常见质量问题及原因

软化点不达标‌：可能由于设备温度不稳定或改性剂质量不佳。

喹啉不溶物超标‌：原材料预处理不充分或过滤系统故障。

混合料离析‌：装料方式不当、摊铺机螺旋桨叶片磨损或收料过猛。

边角缺料‌：摊铺不到位、人工补料不及时或碾压遍数不足。

表面发黄泛白‌：压路机水箱锈迹未清理或喷隔离剂过量。

5.2 质量控制措施

原材料控制‌：严格检测基质沥青和改性剂质量，确保符合标准。

工艺参数监控‌：实时监测温度、搅拌速度、发育时间等关键参数。

设备维护‌：定期检查设备运行状态，特别是温控系统。

成品检测‌：对每批次产品进行针入度、软化点、延度等指标检测。

5.3 现场施工注意事项

拌合站装料按前→后→中三次装料，避免混合料离析。

摊铺机挡板前增加橡胶挡板，控制摊铺宽度( 单台 ⩽6 米 )

对局部离析现象及时撒布细料填补并跟进碾压。

边角部位人工补料要及时，小型压路机增加碾压遍数摊铺时超宽约2cm，安排专人用耙子将边缘混合料稍稍耙高。

6 结论

改性沥青现场加工质量与配方、制备条件息息相关，其性能随时间、温度的变化在一定范围内呈现正相关，当超过这个范围时性能提高不明显，甚至有所下降。

通过以上全面的生产工艺和质量控制措施，可以确保改性沥青现场加工的产品质量，满足道路建设和防水工程的高标准要求。但对于同一配方，试验室确定的发育条件应严格结合现场施工条件，确保匹配性，高温性能、老化延度和弹性恢复实验室与现场加工匹配性较好，低温延度、老化后针人度比匹配较差，应重点关注。

参考文献：

[1] 谭技, 余峰, 戴露, 等.SBS 改性沥青现场加工发育关键技术研究[J].石油沥青 ,2022,36(06):35-38.

[2] 黄晓研 .SBS 改性沥青现场加工参数优化及性能研究 [J]. 西部交通科技 ,2021,(07):42-46+59.DOI:10.13282/j.cnki.wccst.2021.07.012.

[3] 欧阳旻奇 , 刘朝晖 , 柳力 , 等 . 现场加工 SBS 改性沥青热储存稳定性研究 [J]. 湖南交通科技 ,2019,45(02):34-36+58.