马洪波，董凤龙，周宏前，王辉，张田英

（中海沥青（营口）有限责任公司，营口 115000）

随着全球气候的变化，国内各区域极端温差现象不断出现，东北三省部分地区的全年最高温差甚至达到70 ℃以上，在此极端气候条件下对沥青路面的考验更加严酷。沥青性质是影响路面使用寿命和服务性能的重要因素，性能优良的改性沥青对沥青混合料的使用有重要影响[1]。随着高速公路的快速发展，交通量不断增大，车辆大型化和重载、超载车辆的不断增加，人们对道路的使用要求越来越高，普通沥青难以满足施工和使用要求。SBS 改性沥青是在基质沥青中掺加少量的SBS 通过一定的工艺加工而成，因其优良的高低温性能、抗老化性能等特点备受青睐，在实际工程中得到了越来越广泛的应用[2]。

SBS 改性沥青工业生产主要为现场生产和工厂化生产，工厂化生产SBS 改性沥青过程影响产品性能的因素众多，本文结合多年生产实践经验，从基质沥青组成、稳定剂种类、改性沥青助剂、发育罐搅拌效果等方面考察了对SBS改性沥青产品性能的影响。

1 生产原理及工艺流程

1.1 生产原理

本公司采用胶体磨法生产SBS 改性沥青。将SBS 改性剂与基质沥青按照确定的配方比例在预混罐内混合溶胀，经过胶体磨研磨后SBS以细小颗粒的形式分散到基质沥青里面，SBS 的PB 段吸收沥青的轻组分发生溶胀，PS 段发生物理交联，使SBS 分子在沥青中形成“互穿立体网络”结构，但由于SBS 与基质沥青在分子量上相差甚大，属于热力学不相容体系，为了得到储存稳定的产品，需要向混合体系加入稳定剂，通过物理化学反应，得到均匀稳定的改性沥青混合体系[3]。

1.2 工艺流程

加热至120 ℃左右的基质沥青原料从原料罐内由泵抽出经换热至190 ℃左右后，进入预混罐中，同时在预混罐内加入计量好的SBS 改性剂，与基质沥青充分混合溶胀后，经过给料泵送至胶体磨研磨剪切，同时在改性沥青发育罐内加入计量好的改性沥青稳定剂，在一定温度下搅拌发育一段时间即可获得成品SBS 改性沥青。SBS 改性沥青生产工艺流程见图1所示。

图1 SBS 改性沥青生产工艺流程

2 结果与讨论

2.1 基质沥青组成对改性沥青性能的影响

研究表明基质沥青中油分和芳香分含量高则SBS 改性剂在沥青中易溶胀分散，反之则溶胀分散困难。基质沥青组成中杂元素（主要是S）含量对SBS 改性影响也较大，基质沥青中含硫的极性官能团是高分子聚合物SBS 与基质沥青发生化学交联反应所必须的，硫含量高的基质沥青有助于SBS 改性。基质沥青组成是影响SBS 改性沥青性能的关键因素[4]。

选取三种不同组成的90 号基质沥青进行试验，三种沥青分别命名为A 沥青、B 沥青、C 沥青，性质见表1。按照相同的配方进行生产试验，SBS 改性剂添加比例4%，使用相同的生产工艺，发育过程中定期取样检测，表2列出了三种基质沥青改性过程中SBS 改性沥青指标变化情况。

表1 三种基质沥青性质

表2 三种基质沥青生产改性沥青性质

2.1.1 高温性能

改性后软化点指标能够反映沥青的高温性能，三种基质沥青改性后软化点随发育时间延长呈先增大后减小趋势，A 沥青发育时间明显比B 沥青、C 沥青长，长时间储存发育A 沥青改性软化点逐渐上升，B 沥青、C 沥青软化点呈现出先增加后减小趋势。A 沥青生产改性沥青反应速度比较慢，短时间内软化点指标较低，工业生产使用表现为不易改性。

2.1.2 低温性能

5 ℃延度能够在一定程度上反映改性沥青低温性能，随着发育时间延长，改性沥青延度呈下降趋势，从结果来看A 沥青延度要高于B 沥青、C 沥青，说明A 沥青制备改性沥青低温性能较好。

2.1.3 储存稳定性

48 h 离析指标能够反映改性沥青储存稳定性，随着发育时间延长离析指标逐渐变小，其中A 沥青生产改性沥青需要发育36 h 才能离析合格（≤2.5 ℃），B 沥青、C 沥青分别需要24 h、12 h。

由表1、2 数据可以发现，不同组成基质沥青改性在高低温性能、储存稳定性方面存在差距。从三种基质沥青改性结果可以发现，芳香分含量高、硫含量高的C 沥青改性发育时间短，改性后指标最好；硫含量低、芳香分含量低的A 沥青改性发育时间长，软化点指标低。基质沥青组成不同是导致SBS 改性剂在沥青中溶胀反应速度不同，改性后软化点、针入度、延度等宏观指标不同，达到稳定体系所需时间（离析合格）不同的主要原因。

2.2 稳定剂对改性沥青性能的影响

在改性沥青生产过程中为了保证改性沥青长时间储存不发生离析分层，同时提高改性沥青产品指标，需要加入一定比例的稳定剂。稳定剂主要包含交联剂、催化剂、填料。交联剂通常为氮、氧、硫、磷等杂原子类极性化合物，是基质沥青与SBS 改性剂发生化学交联反应并形成稳定的空间网络结构的桥梁；催化剂一般为质子酸化合物，用于激发基质沥青与SBS 改性剂发生自由基反应；填料（密度调节剂）是密度介于SBS 改性剂和基质沥青之间的填料类物质，降低沉降速度。基质沥青与不同稳定剂存在配伍性，不同稳定剂使用效果不同，需要的添加量和添加工艺也不同。

试验选用A 沥青在相同配方下进行改性沥青生产，选用两种不同厂家的稳定剂进行试验，两种稳定剂分别为1#、2#，改性沥青指标变化情况见表3。

表3 不同厂家稳定剂对改性沥青性能的影响

从表3数据可以发现两种不同厂家稳定剂改性效果存在一定差距，1#稳定剂改性软化点上升速度快，离析合格时间短，但延度指标低；2#稳定剂5 ℃延度高，但软化点指标上升速度慢，离析合格时间长。这是因为不同厂家稳定剂组成不同，与基质沥青改性配伍性不同，改性后各项指标也不同，因此工厂化生产SBS 改性沥青前需要进行小试试验选择合适的稳定剂及配比。

2.3 添加助剂对改性沥青性能的影响

生产SBS 改性沥青主要原料包括基质沥青、SBS 改性剂、稳定剂等，有时根据特定生产需求还会添加一定比例的助剂。虽然助剂添加比例较小，但是能够提高反应速度、缩短发育时间。选取了两种类型的助剂进行试验，分别为助剂A 和助剂B。助剂A 为硫磺颗粒，主要作用为促进SBS 与基质沥青反应，缩短发育时间；助剂B 为富含芳香分的减压侧线油，可以促进SBS 改性剂溶胀，提高改性沥青低温性能。通过多次试验确定了适宜的添加比例，试验结果见表4。

从表4数据可以发现，添加一定比例的助剂A 能够大幅缩短改性沥青发育时间，改性后软化点指标升高，针入度、延度指标减小，说明添加助剂A 能够在一定程度上加快改性沥青反应速度，对改性沥青生产是有利的，可以根据基质沥青不同添加一定比例的助剂A 进行改性沥青生产。

从表4数据可以发现，添加一定比例的助剂B 后能够提高改性沥青针入度和延度指标，对改性沥青低温性能改善有一定的作用，在保证针入度指标合格的条件下可以添加一定比例的助剂B提高改性沥青低温性能。

表4 添加助剂对改性沥青性能的影响

2.4 发育罐搅拌效果对改性沥青性能的影响

SBS 改性剂经过研磨细化后，进入发育罐与基质沥青混合反应，在稳定剂的作用下SBS 改性剂与基质沥青之间发生键合形成网状结构，在发育罐的搅拌分散下使研磨剪切后的SBS 改性剂和稳定剂快速均匀的在基质沥青中分散程度，对生产过程中SBS 改性沥青产品质量影响很大，成品罐搅拌分散效果的好坏直接关系到改性沥青发育时间长短和产品质量指标。

笔者所在公司改性沥青装置开工初期，SBS 改性沥青生产发育时间很长，实验室试验合格的配方在工业装置迟迟达不到指标要求。发育时间太长一方面影响生产效率，另一方面改性沥青长时间储存发育对延度、老化延度等指标损伤很大。现场观察发现发育罐搅拌器搅拌效果较差，罐内介质混合强度小。为了提高发育罐搅拌效果，在停工期间选取部分储罐进行了搅拌器改造，如调整桨叶结构，增加桨叶层数，新增管壁折流板，调整搅拌转速等，通过改造提高了发育罐搅拌效果，新旧搅拌器SBS改性沥青生产试验结果对比见表5。

从表5数据对比可以看出，新搅拌器发育罐SBS 改性沥青发育时间明显缩短，软化点指标上升速度快，延度较好，离析合格时间短。分析原因，新搅拌器搅拌强度大，能够使SBS改性剂、稳定剂在基质沥青中快速分散均匀，交联反应形成均匀致密的网状结构，表现为软化点等指标快速上升，形成稳定体系（离析合格）时间减少。

生产改性沥青为了保证改性剂、稳定剂快速分散，防止反应迅速的稳定剂发生“偏食”现象，改性沥青发育罐需要必要的搅拌强度。考虑到生产设备对原料的广泛适应性，搅拌强度偏大一点是有利的，适当留有一定的余地是必要的。

表5 新旧搅拌器对改性沥青性能的影响

3 结论

根据中海沥青（营口）有限责任公司生产改性沥青中存在的问题，对影响改性的主要因素进行了考查，得出结论：

a）基质沥青组成对改性结果影响较大，芳香分含量高、硫含量高的基质沥青容易改性。

b）同种沥青使用不同厂家的稳定剂改性效果不同，稳定剂与基质沥青存在配伍性，生产前需要进行配方试验选择合适的稳定剂。

c）添加助剂可以有针对性的改善改性沥青性能，提高改性效果。

d）发育罐搅拌强度影响改性沥青发育时间和产品性能，搅拌强度大一点对改性沥青生产是有利的。