SBS改性、乳化及橡胶沥青一体机的制备及工艺探讨
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作者: 王俊
[摘 要]随着我国公路通车里程的不断增长和交通量的与日俱增，对沥青路面和原材料提出了更高的要求，本文分析了各种改性沥青的基本工艺、技术原理，提出了SBS改性、乳化和橡胶沥青一体机。
[关键词] SBS改性沥青 乳化沥青 橡胶沥青 一体机 材料 工艺探讨
随着公路建设事业突飞猛进的发展，公路的改建、拓宽、升级取得了可喜的成绩，公路的通车里程大幅度增长，截止2012年底，全国等级公路里程已达到360.96万公里。
通车里程的不断增加，车流量和车载的不断增大，对普通石油沥青的性能已无法满足路用性能的需要，而采用把普通沥青添加SBS、橡胶粉等改性以解决路面抗滑、耐久性及大荷载的问题，是当前国内外公路工程学术界的共识。
1.SBS改性、乳化及橡胶沥青的生产方法
目前， 在道路工程中制作改性沥青常用的方法是把SBS、EMA、EVA及废橡胶粉等添加剂掺配到沥青中，同沥青形成混合体。改性沥青及混合料的高温稳定性，提高了沥青路面的高温抗车辙能力；改善沥青与集料的粘附性，提高沥青与集料之间的粘结力，从而大大降低了路面水损害的发生；改性沥青的使用大大延长路面的疲劳寿命，延长养护的周期，减少二次投入，提高经济效益。
选用的改性剂不同，而采用的机械设备和工艺也不尽相同。SBS改性沥青有三种生产工艺：传统机械搅拌法、溶剂法和高剪切法。其中机械搅拌法设备简单，生产周期长，但对SBS等改性剂与基质沥青相容性要求比较高；溶剂法是把改性剂溶解在溶剂中，溶液与液态热沥青混合，再在负压下回收溶剂。该法生产设备及生产工艺复杂，成本较高，而且改性沥青成品中有少量溶剂残留；为了解决改性沥青路用性能的局限性，国内外近年来随着研究的深入在改性沥青的生产工艺上有了重大改进，改性剂混入沥青中以后不仅仅通过简单的机械搅拌，还要通过胶体磨的剪切研磨，称之为高剪切法。目前世界上著名的胶体磨生产企业有德国希费尔（SIEFIR）公司，德国伯聂哈分（BENNINGHOVE）公司，美国的道维施（Dalworth）公司，山西的交科机电设备有限公司等.
乳化沥青生产过程一般分为沥青配置，皂液配置，沥青乳化和乳液储存四个主要工序。用机械分散法生产乳化沥青的工艺流程是：将沥青加热到额定温度，将水、乳化剂、外掺剂（稳定剂，酸）等混合到一起并加热到额定温度，然后将加热沥青与皂液一起送入胶体磨，即可生产出成品乳化沥青。成品乳化沥青可放入储存罐内，随时供施工应用。
橡胶粉改性沥青的改性原理是轮胎橡胶粉粒在充分拌合的高温条件下与基质沥青充分熔胀反应形成的改性沥青胶结材料。橡胶粉改性沥青对基质沥青的使用性能有很大的改善，且优于目前常用的改性剂SBS、SBR、EVA等制成的改性沥青。目前橡胶沥青的生产工艺是传统热熔法， 传统热熔法是将加热后的基质沥青和胶粉加入到混合罐中进行混合，然后泵送入反应罐进行高温溶胀。。
目前，我国研究及生产企业已开发了多种SBS改性沥青生产设备、乳化沥青设备及橡胶沥青设备，但大多数型号的产品仅能生产一种或两种改性沥青。不仅作业效率低，而且生产成本高。为适应公路建设的迫切需要，山西省交通科学研究院适时研发了改性、乳化及橡胶沥青设备制备的一体机，“一机多能”，提高机械的使用效益。
2.SBS改性、乳化及橡胶沥青一体机的制备及生产工艺
改性、乳化及橡胶沥青设备主要技术特征是采用了目前国际最先进的以多层刀齿内啮合为特点的高速剪切技术，配以独立设计的改性剂高速打散及螺旋上料、多层上翻搅拌式预混配料罐、连续作业管路系统及整机自动控制系统等主要部分。同时采用了PLC可编程控制及直观式工作状态显示系统，使设备所有工作状态一目了然，整套装置的设计布置紧凑且外形美观。
2.1 改性沥青生产工艺流程（图1）
图1 改性沥青设备连续式生产流程示意图
2.2乳化沥青生产流程示意图（图2）
2.3橡胶沥青生产流程示意图（图3）
说明：生产改性沥青时，基质沥青温度需在180～190℃范围内；生产乳化改性沥青时，改性沥青温度一般需控制在170～180℃范围内，皂液温度一般需控制在70～80℃范围内，具体温度范围可按选用乳化剂的要求作适当调整。生产橡胶沥青时，基质沥青温度需在200～210℃。
3基本结构及工作原理
改性、乳化及橡胶沥青一体机主要由配料罐、螺旋输送机、高粘度橡胶沥青泵、乳化沥青基质沥青泵、磨前泵、胶体磨总成、皂液泵和皂液罐、比例分流阀和电控系统等部分组成。其中胶体磨总成为改性沥青和乳化沥青生产共用部分，配料罐和螺旋输送机为改性沥青和橡胶沥青生产共用部分，整套设备结构布置详见图4：
3.1 SBS改性沥青生产工作原理
SBS改性沥青生产部分主要由基质沥青泵、SBS螺旋输送机、配料罐、磨前泵和胶体磨等部件构成。在基质沥青泵向配料罐中泵入一定量的基质沥青后，螺旋输送机启动均匀向配料罐中加入SBS改性剂，根据沥青流量计读出沥青流量大小，可通过变频器改变基质沥青泵电机转速，使沥青流量达到理想值，配料罐内的搅拌装置，可保证SBS改性剂在沥青内均匀分布，搅拌均匀的SBS沥青混合体通过磨前泵将其泵入胶体磨，经磨机高速剪切研磨后进入改性沥青成品罐，即制成成品改性沥青。
3.2乳化沥青生产工作原理
乳化改性沥青生产部分主要由皂液罐、皂液泵、比例分流阀、基质沥青泵、沥青流量计等部件组成，并与改性沥青部分共用胶体磨等部件来完成乳化沥青的生产。基质沥青和皂液分别由两台可调流量的泵将两者送入胶体磨剪切研磨，即生产出乳化沥青。配备的沥青流量计和皂液流量计可显示其瞬时流量和累计流量，从而保证其配比的准确性，进而保证乳化沥青产品的质量。
3.3橡胶粉沥青生产工作原理 橡胶粉沥青生产部分主要由配料罐、螺旋输送机、搅拌装置、高粘度橡胶沥青泵等部件组成。在基质沥青泵向配料罐中泵入一定量的基质沥青后，螺旋输送机启动均匀向配料罐中加入橡胶粉，根据沥青流量计读出沥青流量大小，可通过变频器改变基质沥青泵电机转速，使沥青流量达到理想值，配料罐内的搅拌装置，可保证保证橡胶粉在沥青内均匀分布，搅拌均匀的橡胶粉沥青混合体通过反应釜出料泵将其泵入现场的反应釜中，在反应釜中保持200～220℃温度，反应50分钟以上，生产出橡胶粉沥青成品。
4.控制系统的设计
改性、乳化及橡胶粉沥青一体机的整套电器控制核心由组态工控软件+研华工控机+西门子可编程序控制器（PLC）共同组成，该系统将稳定可靠地控制整套组合站的运行。
整套生产工艺可分为自动/手动两种工作模式，用鼠标点击显示屏上的设备键即可控制设备的启动和停止，通过模拟图上显示的动画工艺流程图，使得整套生产工艺尽在操作人员的掌握之中。
设备配有导热油、沥青、配料罐、皂液罐的温度及管道压力、罐体液位监测仪表，经变送器接入PLC，可在电脑显示屏上显示设备的实时数据，供操作人员观察，为了便于使用人员掌握各项功能，使设备发挥更大的作用。
5.与同类产品比较的技术特点
5.1 工艺方法的改进，提高生产效率
采用三叶旋桨式和分散轮式相结合的高速搅拌装置，既可以使改性剂高速打散，充分均匀地分布在沥青中。生产改性沥青时，可以减轻磨机的能耗，提高磨机的工作效率。
5.2 胶体磨具有独特的内齿型结构专业设计，转盘与定盘相互咬合，沥青混合物通过胶体磨的转盘与定盘的高速转动实现研磨和剪切，磨盘按径向分布多层刀齿，可形成环流和径向流实现多次剪切和研磨。适合加工各种聚合物改性沥青、乳化沥青，使之达到一定的细度。
5.3同一台设备上可以专业生产SBS、 EMA、EVA及废橡胶粉等各种改性沥青、乳化 沥青和橡胶沥青，“一机多能”，提高机械的使用效益。若采用单一功能配置方式，利用率低，管理困难。一机多用，满足不同的作业需要，适应今后公路作业的发展方向。
6. 结束语
经过30年的发展，我国公路运输状况得到了明显改善，随着我国公路建设力度的加大和发展，在沥青或沥青混合料中加入添加剂以改善沥青及混合料使用性能，得到越来越广泛的应用，其相应的配套设备和工艺技术也在不断更新完善，而采用SBS改性、乳化及橡胶沥青一体机，“一机多用”，满足不同的工艺需要，适应今后公路作业的发展方向，必将有广阔的应用前景。
主要参考文献：
1.王俊 ，公路工程改性沥青的制备及其技术进步 ，山西交通科技，2007.5
2.王志廷 靳长征 ，沥青加热技术 ，人民交通出版社， 1999
3. 赵芬娟 ，橡胶粉改性沥青成套设备的研制 ，山西交通科技， 2010.6
作者简介：
王俊 （1978――），男，山西屯留人，工程师，大学本科，2004毕业于长安大学工程机械学院机电一体化专业；
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