摘 要

為彌補現有改性瀝青設備與工藝存在的不足之處，利用靜態混合器代替配料罐、溶脹罐等設備，使生產工藝運行的工作壓力在0.8MPa左右，生產過程全封閉連續化，環保節能，產品質量穩定，存儲運輸方便。同時，工藝路線精練、操作簡單，占地面積小，既可以工廠化生產，又可以在瀝青砼拌和站現場配套聯機生產，需要多少改性瀝青就生產多少，無需存儲，減少了基質瀝青或改性瀝青成品的多次運輸及反復加熱對質量的影響，同時節能降耗，節約成本。通過配方設計也可以生產高黏度改性瀝青、膠粉改性瀝青，彩色瀝青和溫拌瀝青瀝青網sinoasphalt.com。如再連接造粒設備、小包裝或膠囊設備，可以生產直投式全顆粒、小包裝或膠囊的多品種改性瀝青產品。本研究具有顛覆現有改性瀝青設備及工藝技術的創新意義。

關鍵詞 全封閉 | 連續化 | 零排放 | 直投式全顆粒 | 小包裝或膠囊 | 多品種改性瀝青產品

隨著我國建設“優質路”、“環保路”、“生態路”、“特色路”和“海綿城市”的趨勢迅速增長，不但對瀝青路面材料的性能提出了更高的要求，而且對瀝青路面材料生產系統和瀝青路面施工作業的節能環保也提出了苛刻的要求。

為了適應道路材料市場的需求，SBS改性瀝青、SBS高黏度瀝青、膠粉改性瀝青、PE改性瀝青、彩色瀝青、溫拌瀝青等各類改性瀝青得到越來越多的應用，使之生產改性瀝青的加工設備和生產工藝，也得到了迅速發展。

改性瀝青加工設備和生產工藝，根據使用方式不同，分為干法與濕法兩種。其中，濕法是指在工廠或施工現場將改性劑與基質瀝青預混制得成品改性瀝青，與集料拌和后使用，是目前常用的改性瀝青生產工藝。與之相比，干法無需預先制備成品改性瀝青，在拌和時直接將基質瀝青、改性劑、集料拌和，通過拌和過程實現瀝青改性的效果。

濕法又可以根據加工方式不同分為工廠化加工和現場加工兩種。工廠化加工是指在改性瀝青工廠生產成品改性瀝青，而后運輸至現場使用；而在現場加工方式將改性瀝青設備運輸拌和站現場，與拌和站的瀝青輸送系統對接，根據路面施工需要安排改性瀝青生產時間，改性后立即拌和使用。另外，有些母液法也得到了一定的應用，所謂母液法是指在工廠預先制備高濃度的改性瀝青母液，將母液運輸到施工現場后與基質瀝青混合使用?，F場改性由于生產后立即使用，避免了改性瀝青的儲存過程，因此使用現場改性工藝生產的改性瀝青可以不考慮離析(JTGF40-2004中有明確規定）。另外，現場改性加工在拌和站進行，業主可以通過監控物料消耗及生產參數對生產過程進行監督，在一定程度上避免了偷工減料、以次充好的發生，對于提高產品質量有積極作用。

不同改性瀝青加工設備及工藝

工廠化改性瀝青生產

(1)改性瀝青的生產工藝采用膠體磨和高速剪切法加工改性瀝青，一般需要經過改性劑融脹、分散磨細、繼續發育三個階段，每一個階段的工藝流程隨改性劑及加工設備的不同而不同[1]。

(2)SBS改性瀝青加工設備，主要由基質瀝青加熱單元、SBS上料單元、預混單元、計量單元、添加劑單元、發育單元和控制單元組成。改性瀝青設備組成單元示意見圖1[2]。

瀝青混凝土拌和站現場改性瀝青生產

工藝流程與生產方法同工廠化改性瀝青生產。不同的是設備組成單元的基質瀝青加熱單元①和發育單元⑦要利用瀝青砼拌和站的設備，其余的設備組成單元安裝在集裝箱底盤上，便于移動到任何瀝青混凝土拌和站。

干法直投式改性劑

直投式改性劑的作用機理是將SBS的溶脹通過加人與聚苯乙烯相容性好的相關樹脂和與聚丁二烯相容性好的相關油類，高溫下擠出造粒提前實現，這樣當改性劑投入到混合料拌缸中時，集料的輾磨使得改性劑顆粒在集料表面形成微米級薄膜，瀝青的加入使得改性劑與之迅速熔融，這時已經溶脹的SBS擴散在瀝青中，迅速形成三維網絡結構[3]。

干法直投式改性劑以SBS為主要改性劑成分，經一定工藝制備成的、可直接投放于瀝青混合料拌缸，實現快速熔融并發揮相應改性作用的顆粒狀改性材料[4]。

干法直投式改性劑生產裝置由料倉(1)、擠出機(2)、切粒機(3)、脫水機(4)、振動篩(5)等設備組成。千法直投式改性劑生產示意圖(圖2)如下：

不同改性瀝青加工設備及工藝的不足之處

(1)容器罐式、常壓、間歇法生產改性瀝青，瀝青煙氣排放污染環境，成品質量不穩定。

(2)工廠化生產改性瀝青在檢驗合格后，還要經過工廠儲存、運輸、現場儲存的過程才能最終進入拌和樓使用，如果一切順利，往往要儲存2d的時間，如果遇到陰雨天氣或意外情況，耽擱時間可能要延長到7d。因此，改性瀝青工廠必須保證生產的產品在熱儲存7d的情況下，改性劑不發生明顯的離析分層，而且各項性能指標不發生明顯變化。

規范JTGF40-2004中，僅對離析有要求，對于各項指標在熱儲存過程中的衰減并無說明，這一點也常常被人們所忽視，因此造成了很多的產品質量糾紛，改性瀝青工廠表示出廠產品質量是合格的，而且這種合格可能也得到了施工單位駐廠人員的認可，施工單位則表示收到的改性瀝青某項指標與出廠合格證有較大偏差，這種偏差的原因可能會被工廠歸結為施工單位檢驗方法和設備的缺陷，雙方陷入爭執。

(3)瀝青混凝土拌和站現場生產改性瀝青，常會發生以下問題：

a)現場改性生產環境較為簡陋，生產、維護力量相對薄弱，容易因設備故障造成工期延誤。

b)現場改性每生產一批產品后，要么不經過檢驗直接打入拌和樓使用，要么存入改性瀝青儲罐，等待分析合格后使用。對于前者來說，不經檢驗的產品質量是無法保證的；對于后者來說，即使只分析主要的三項指標也需要最少3h的時間，在這個過程中，改性瀝青可能已經離析了。而在實際應用過程中，為了趕工期，不經過檢驗而直接拌和的情況常有發生。

c)對于不同種類的基質瀝青要制定不同的配方和工藝，而在現場改性中，往往不具備指紋識別等基質瀝青種類的檢測條件，一旦瀝青供應商更換了基質瀝青種類，仍繼續沿用原配方和工藝，輕則造成指標下降、離析，重則可能會造成凝膠，帶來嚴重不良后果。為了避免這種現象的發生，往往采取每批基質瀝青先做實驗室小樣，成功后再大規模生產的方法，帶來了很大的工作量。

d)施工單位處于工期考慮，容易降低改性瀝青的質量要求，而一旦不合格的改性瀝青經過拌和攤鋪到路面后，又難以追責。

(4)直接投放式改性劑是以SBS、膠粉或PE為主要改性成分，經過一定的工藝制備，可直接投放于瀝青混合料拌缸的顆粒狀改性材料。目前市場上已大量應用，如高黏度瀝青改性劑、抗車轍劑、干法SBS改性劑等。

直接投放式改性劑的主要優勢：

a)改性后的瀝青混合料路用性能大大提高，動穩定度可萬次以上；瀝青軟化點可提高至90℃以上；動態模量可達14000MPa。

b)取消了傳統SBS改性瀝青生產工藝，解決了SBS改性瀝青生產過程中的太復雜、高成本、高耗能、存儲、運輸等費用及高污染問題。

c)產品可利用SBS等聚合物或回收塑料、膠粉等材料有機結合達到功能互補，充分利用各種材料的優點混融而成。

d)使用簡單，只要將所需量的顆粒狀改性劑直接投放到拌和鍋與集料、瀝青一起攪拌混合均勻，即可生產出改性瀝青混合料，不需要瀝青拌和樓改變任何技術及設備條件。

e)質量優異，避免了SBS改性瀝青生產過程中改性劑與瀝青二種原材料的質量損失；消除了改性后存儲過程中質量穩定性與性能衰減的問題，以及在混合料高溫拌和中的改性瀝青的質量衰減隱患。

f)可以根據地域氣候差別及路面不同等級要求設計不同配方，具有很強的靈活性、適用性。

g)瀝青的兼容性好，對含蠟量沒有任何要求，可以使用任何不同品牌的重交瀝青。存儲、運輸簡單方便。

直接投放式改性劑的問題：由于瀝青是有一些極其復雜的高分子的碳氫化合物和非金屬的衍生物所組成的混合物，采用不同原油煉制而成的瀝青其組分顯然是不同的，即便是同一種原油，因煉制工藝的不同所產瀝青的組分比例也不盡相同。所以，SBS等改性劑與道路瀝青的相容性并不太好。使用顆粒狀改性劑，必須根據不同批次的道路瀝青，調整配方和生產工藝。同時，改性劑的技術特性指標與瀝青混合料的技術指標并沒有必然的關聯性。因此也可能造成產品質量糾紛，如改性劑工廠表示出廠產品品質是合格的，而且這種合格可能也得到了施工單位駐廠人員的認可，但施工單位則表示收到的改性瀝青混合料某項指標與有關標準有偏差，而這種偏差是在檢測混合料以后得出的，雙方會陷入了都無法說清楚的爭議。另據有關資料介紹，國外直投式改性劑的市場占有率也僅僅5％左右。

由以上所述可見，不論是工廠化生產改性瀝青，還是干法直投式改性劑，都有其難以避免的缺點。

新的解決方案

為解決以上加工設備和生產工藝以及包括直投式改性劑產品在內所存在的缺點，同時為避免改性瀝青生產過程中瀝青煙氣對環境的污染、基質瀝青和改性瀝青成品在存儲、運輸、加工等環節反復加熱造成的質量損失，做到全產業鏈的質量可控可追溯，進行了全封閉零排放連續化改性瀝青生產設備與工藝及全顆?；蛐“b(質量0.1-5.0kg或膠囊狀，PE材料)多品種改性瀝青的產業化裝置的研究，取得了預期初稿，并申請了專利(已授權專利號：201710143294.7)。

本研究的設計構想方案如下：

以現有技術生產改性瀝青存在的不足之處為切入點，設計了環保多功能的全封閉零排放連續化生產改性瀝青裝置及工藝，同時既可以用于工廠化生產改性瀝青，也可以移動到瀝青混凝土拌和站現場生產改性瀝青。新工藝流程見圖3。

工藝流程的裝置組成是：儲罐或槽罐車通過加熱管路和閥門連接瀝青泵①的進口，瀝青泵①的出口通過加熱管路連接流量計后，連接往復式螺旋拌和機③的進口；稱重強制喂料機②也直連在往復式螺旋拌和機③另一進口上；往復式螺旋拌和機③的出口通過加熱管道連接瀝青泵④的進口；瀝青泵④的出口連接組合式靜態混合器⑤的進口，組合式靜態混合器⑤的出口連接單級剪切機⑥的進口；單級剪切機⑥的出口連接瀝青泵⑦的進口，瀝青泵⑦的出口連接組合式靜態混合器⑧的進口；組合式靜態混合器⑧的出口連接多級高剪切乳化機⑨的進口；多級高剪切乳化機⑨的出口連接瀝青泵⑩的進口；瀝青泵面的出口連接組合式靜態混合器的進口，組合式靜態混合器出口通過加熱管路連接儲罐或槽罐車或瀝青混凝土拌缸的進口。

整個生產系統全封閉連續化生產，瀝青泵④以后的系統壓力保持在0.8-1.0MPa,使SBS、添加劑等物料與瀝青更好的混合、剪切、溶脹。

本研究所述單級高剪切乳化機和多級高剪切乳化機，可用功能類似的膠體磨替代。瀝青泵和靜態混合器采用市售產品，具體型號和技術特性與生產能力相匹配。

以上工藝流程的具體操作如下：首先通過導熱油或電加熱自動控制系統，根據操作指標設置所有設備和連接管道的溫度，溫度達到指標后，來自儲罐或槽罐車的基質瀝青，溫度120-150℃，由瀝青泵①輸入往復式螺旋拌和機③，同時，按比例預先混合好的SBS與添加劑混合物料(其中按重量計：SBS4-10份、芳經油3份、微晶蠟3份)，經強制喂料機②加入往復式螺旋拌和機③。調節瀝青泵①和強制喂料機②的電機轉速，使基質瀝青(按質量計)達到84~90份。

從往復式螺旋拌和機③開始，以后的設備和連接管道的溫度提升至140-160℃，SBS與添加劑混合物料在往復式螺旋拌和機③內與基質瀝青混合后，連續不間斷通過瀝青泵④輸入組合式靜態混合器⑤后，進入單級剪切機⑥初步分散、剪切，再經過瀝青泵⑦輸入組合式靜態混合器⑧攪拌、混合、溶脹后，進入多級高剪切乳化機⑨，最后由瀝青泵⑩輸入靜態混合器后，再進入儲罐或槽罐車，輸入儲罐或槽罐車的改性瀝青溫度不低于175℃。所生產的成品達到JTGF40-2004聚合物改性瀝青技術指標[5](如成品技術指標有誤差，只要調整配方設計都可達到)。以上機泵、管路、計量稱重、加熱、溫度、自動控制等設備的技術參數，根據整體設備的生產能力合理優化配置。

(2)為避免工廠化生產改性瀝青質量不穩定，易偷工減料弄虛作假的弊端，以及直投式改性劑的技術指標與瀝青混合料的技術指標并沒有必然的關聯性，造成混合料質量糾紛的不足之處，研究運用直接投放式改性劑生產設備和工藝，生產全顆粒多品種改性瀝青，其工藝如下：

首先應用SBS預處理技術(已申請專利，申請號：201910105751.2)，與添加劑按比例制備混合物料(其中按重量計：SBS4~10份、環燒油或機械油3~6份、礦粉84~90份)，加入料倉通過稱重裝置，與84~90份的基質瀝青通過計量裝置，同時加入擠出機混煉、剪切、溶脹、切粒，制成全顆粒改性瀝青成品。全顆粒改性瀝青熔融后的指標，達到JTG F40-2004各熱拌瀝青混合料種類的各項技術指標”。但由于擠出機造粒機的單位時間內產量太低，且單機體積大能耗高，無法與瀝青砱拌和站配套。而全封閉零排放連續化生產改性瀝青設備與工藝，具有擠出機同樣的功效，只要合理優化配置相關機泵、管路、計量稱重、加熱、溫度、自動控制等設備，即可生產全顆粒多品種改性瀝青。(本研究技術由上海砱仁環保技術發展有限公司生產的全顆粒彩色瀝青，鋪設了上海臨港園區環湖大道。

新工藝的主要技術優勢

經過反復研究與試驗證明，這種新型改性瀝青生產裝置與工藝具有以下技術以上：

(1)生產系統壓力保持在0.8MPa左右，SBS等聚合物與瀝青的相互捏合更完全，溶脹更充分，相容更好，是傳統常壓生產工藝不可相比的，在技術上具有創新性。

(2)使用靜態混合器代替攪拌罐模式，具有效率高、能耗低、體積小、投資省、易于連續化生產的特點。其混合不均勻度數為sX≤1%~5%，混煉、融合的效果優于傳統工藝。

(3)由于取消了罐類容器，大大縮短了生產工藝路線，機、泵和混合器之間采用直接連接或盡可能短的管道連接，整套生產加工設備包括操作室占地面積僅需20㎡左右即可，如再考慮可以取消基質瀝青和改性瀝青儲罐的因素，相比傳統生產工藝，占地面積就小的更多。

(4)該裝置按照壓力容器標準制造，沒有排氣泄漏點，做到全封閉零排放連續化生產。

(5)在工廠化生產改性瀝青時，生產裝置的進口直接和基質瀝青運輸槽罐車連接，出口直接和改性瀝青運輸槽罐車連接。如在瀝青砼拌和站現場生產改性瀝青，生產裝置的進口直接和基質瀝青運輸槽罐車連接，出口和瀝青拌和樓的瀝青泵連接，與瀝青拌和樓同時開停機生產，節能降耗、質量穩定、效果更佳。

(6)該裝置用于煉油廠與道路瀝青生產裝置連接，同時開停機直接生產改性瀝青，如再連接造粒設備、小包裝或膠囊設備，可以直接生產直投式全顆?；蛐“b(膠囊)的多品種改性瀝青(也可以連接工廠化生產改性瀝青裝置)。

(7)通過調整配方設計和操作指標，可以高質釐生產高黏度改性瀝青、膠粉改性瀝青，彩色瀝青和溫拌瀝青，如連接乳化瀝青設備可以生產高含量SBS改性乳化瀝青，實現冷拌冷鋪改性瀝青路面。

(8)該套改性瀝青加工設備和工藝還可以生產改性瀝青防水材料和防穿刺瀝青防水材料。

(9)該裝置技術，如用千現有技術生產設備工藝的技術改造或升級換代，除罐類容器外，其余設備、管道、電氣、自控、加熱等大部分都可利用，投資省，見效快。

結論與展望

本研究的全封閉連續化零排放生產改性瀝青設備與工藝，改變了現有技術SBS改性瀝青生產的理念，從而可以做到以下幾點：

(1)從來自儲罐或槽罐車的基質瀝青至產出合格的SBS改性瀝青，生產系統壓力保持在0.8MPa左右，生產過程全封閉連續化，沒有任何廢氣排放。

(2)工藝路線精練、操作簡單，占地面積小，非常方便與瀝青銓拌和站配套，做到與瀝青砼拌和站同時開停機生產，需要多少SBS改性瀝青就生產多少，減少了瀝青或產品的多次運輸及反復加熱對產品質量的影響，節能降耗，節約成本。

(3)通過配方設計可以生產高黏度改性瀝青、膠粉改性瀝青，彩色瀝青和溫拌瀝青。如再連接造粒設備、小包裝或膠囊設備，可以直接生產直投式全顆?；蛐“b或膠囊的多品種改性瀝青。

(4)多品種改性瀝青全顆?；蛐“b或膠囊成品，質量穩定、指標如一、容易檢測，存儲、運輸、簡單易行，可直接投放使用或在拌和站快速熔融后使用，操作方便。

(5)從基質瀝青和改性瀝青生產或多品種全顆粒產品，到制備混合料，全產業鏈的質量可控可追溯。