CN111620599A - Sbs改性沥青混凝土及其制作方法、装置和配比设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种SBS改性沥青混凝土及其制作方法、装置和配比设计方法，该SBS改性沥青混凝土包括，集料和SBS改性沥青，其中，所述SBS改性沥青，包括92‑96份的基质沥青和4‑8份的SBS改性剂。本发明申请解决了由于现有改性沥青混凝土制作方法无法进行现场制作，需要运输，且制造出的沥青，存在性能较差，不易保存和运输，容易发软、干裂，导致建成的道路容易因交通量大、超载重载、降雨量大而产生车辙、水损的技术问题。

Description

SBS改性沥青混凝土及其制作方法、装置和配比设计方法

技术领域

本发明申请涉及沥青材料领域，具体而言，涉及一种SBS改性沥青混凝土及其制作方法、装置和配比设计方法。

背景技术

在土木工程中，沥青是应用广泛的防水材料和防腐材料，主要应用于屋面、地面、地下结构的防水，木材、钢材的防腐。沥青还是道路工程中应用广泛的路面结构胶结材料，它与不同组成的矿质材料按比例配合后可以建成不同结构的沥青路面，高速公路应用较为广泛。

基质沥青即从石油或者煤中提炼出来的沥青。现有基质沥青材料温度稳定性差，运输过程中易离析，用其铺设的路面冬季易脆裂，夏季易软化；压实的混合料空隙率大，耐水性差，易产生水损坏；基质沥青为高分子材料，耐老化性差，耐久性不易保证；平整度的保持性差，不仅沉降使平整度劣化，而且材料软化易形成车辙。

我国是在20世纪90年代中后期开始从奥地利引进SBS沥青改性技术，其技术特点是应用特殊设备、特定的工艺将沥青进行改性，使其路面性能得到了改善及提高，该项技术与产品一直在我国沿用至今。

传统SBS改性工艺，因SBS改性剂与基质沥青的配伍性及热力学稳定性等方面的问题，在成品沥青储存过程中常出现分解、老化及离析等问题，在施工环节中，成品改性沥青性能已经出现衰减，无法达到SBS改性沥青混凝土的最佳状态，影响后续SBS改性沥青混凝土的使用效果。

发明内容

本发明申请的主要目的在于提供一种SBS改性沥青混凝土及其制作方法、装置和配比设计方法，以解决由于现有改性沥青制作方法无法进行现场制作，需要运输，且制造出的沥青，存在性能较差，不易保存和运输，容易发软、干裂，导致建成的道路容易因交通量大、超载重载、降雨量大而产生车辙、水损的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明申请的一个方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土包括：

集料和SBS改性沥青，其中，

所述SBS改性沥青，包括92-96份的基质沥青和4-8份的SBS改性剂。

进一步的，所述SBS改性剂为熔型SBS改性剂。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的制作方法。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土的制作方法，步骤包括：

将基质沥青输送至高温罐进行加热，加热至185℃；

将处于185℃温度的基质沥青加入生产罐，同时加入熔型SBS改性剂，进行搅拌混合，搅拌混合时间在1-2小时；

将搅拌好的沥青通过磨机使其充分溶解；

充分溶解的沥青与干燥、振筛完毕的集料混合，再次搅拌混合1-2小时，获得SBS改性沥青混凝土。

进一步的，所述SBS改性剂的质量为所述基质沥青质量的6％。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的制作装置。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土的制作装置包括：

集料处理箱，承载集料；

基质沥青存储罐和反应炉；

所述集料处理箱个和所述基质沥青存储罐与所述反应炉连接，所述基质沥青存储罐存储基质沥青，所述反应炉上设置有用于投放SBS改性剂的进料口，以及用于对所述集料、所述基质沥青和所述SBS改性剂进行搅拌处理的搅拌箱，和出料口。

进一步的，所述集料处理箱至少包括干燥筒、振筛中的一种。

进一步的，还包括计量器，所述计量器至少设置在所述集料处理箱和所述基质沥青存储罐中。

进一步，包括控制单元，所述控制单元连接所述计量器和所述反应炉，对所述反应炉的进料进行控制。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的配比设计方法。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土的配比设计方法包括：

计算理论最小油石比和最大油石比，选定初试油石比，根据初试油石比选定级配，根据选定的级配确定最佳油石比。

进一步的，所述最佳油石比为4.5％。

在本发明申请实施例中，采用基质沥青和SBS改性剂按照一定的比例进行混合的方式，通过集料、基质沥青和SBS改性剂的混合制备SBS改性沥青混凝土，达到了根据具体的需求进行SBS改性沥青混凝土的制备，无需对成品的SBS改性沥青混凝土进行存储和运输的目的，从而实现了SBS 改性沥青混凝土在使用中可保持较好的性质的技术效果，进而解决了由于现有改性沥青混凝土制作方法无法进行现场制作，需要运输，且制造出的沥青混凝土，存在性能较差，不易保存和运输，容易发软、干裂，导致建成的道路容易因交通量大、超载重载、降雨量大而产生车辙、水损的技术问题。

附图说明

构成本发明申请的一部分的附图用来提供对本发明申请的进一步理解，使得本发明申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本发明申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本发明申请，并不构成对本发明申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明申请实施例的SBS改性沥青混凝土的生产流程示意图。

附图标记

1：集料干燥；2：集料过筛/干拌；3：改性剂投放/干拌；4：基质沥青湿拌；5：混合料装车。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明申请方案，下面将结合本发明申请实施例中的附图，对本发明申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明申请保护的范围。

需要说明的是，本发明申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明申请。

传统“湿法”SBS改性沥青混凝土加工常需占用大量土地资源用于厂房、仓库的建设，且改性沥青加工过程需要消耗大量的燃料，碳排量大，对环境污染严重，增加了巨大的社会成本及间接费用。据统计，我国目前约有500家改性沥青加工厂，占地约5万亩，按400万吨产能每年消耗燃油约10万吨，用电3.2亿度；相比沥青直接运输到工地增加了一道运输环节，按照平均运距300公里，燃油吨百公里30L，则增加燃油36万吨；各种能耗累加折算后相当于50万吨标准煤。而干法直投SBS仅对其中4-5％的SBS改性剂进行高分子材料的加工，减少了不必要的沥青中转运输和多次加热，能耗仅为湿法SBS沥青的2％左右，另“干法”SBS改性工艺类似“鲜榨”式生产工艺，对当地配套产业要求低，有利偏远地区及海外市场的市场应用。

对于传统“湿法”SBS改性工艺，监管部门难以对改性沥青中基质沥青的质量、SBS改性剂的掺量等进行检测，且对每批次改性沥青均需进行检测，试验量较大。“干法”SBS改性工艺以沥青混合料性能为最终导向，拌和现场以原材料形式进行储存，将质量监管环节透明化，加强了改性沥青质量监管环节的有效性，促进了路面工程的质量管理。

传统SBS改性工艺，因SBS改性剂与基质沥青的配伍性及热力学稳定性等方面的问题，在成品沥青储存过程中常出现分解、老化及离析等问题，在施工环节中，成品改性沥青性能已经出现衰减，无法达到SBS改性沥青混凝土的最佳状态。“干法”SBS改性工艺打破传统改性技术桎梏，在混合料生产环节中加入SBS改性剂，减少了成品沥青的储存和运输环节，避免了改性沥青加工后的性能衰减，其性能比传统工艺提高30％以上。

本发明申请提供一种SBS改性沥青混凝土配比设置方法，利用基质沥青结合熔型SBS改性剂，探索“干法”SBS改性原理，为新工艺提供理论支撑。根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土配比设置方法，SBS改性沥青混凝土可针对不同的道路施工设计进行配比调整，方便后续施工解决了成品沥青混凝土的储存和运输环节，避免了改性沥青加工后的性能衰减。

本发明申请涉及一种SBS改性沥青混凝土，该SBS改性沥青混凝土包包括集料和SBS改性沥青，其中，所述SBS改性沥青包括，92-96份的基质沥青和4-8份的SBS改性剂，在本发明申请优选的实施例中，所述SBS 改性剂为熔型SBS改性剂。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的制作方法。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土的制作方法，步骤包括：

步骤一，将基质沥青输送至高温罐进行加热，加热至185℃；

步骤二，将处于185℃温度的基质沥青加入生产罐，同时加入熔型SBS 改性剂，进行搅拌混合，搅拌混合时间在1-2小时；

步骤三，将搅拌好的沥青通过磨机使其充分溶解；

步骤四，充分溶解的沥青与干燥、振筛完毕的集料混合，再次搅拌混合1-2小时，获得SBS改性沥青混凝土。

在本发明申请优选的实施例中，所述SBS改性剂为熔型SBS改性剂，所述SBS改性剂的质量为所述基质沥青质量的6％。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的制作装置。

根据本发明申请的SBS改性沥青的制作装置包括：

集料处理箱、承载集料、基质沥青存储罐和反应炉；

所述集料处理箱至少包括干燥筒、振筛中的一种；

所述集料处理箱个和所述基质沥青存储罐与所述反应炉连接，所述基质沥青存储罐存储基质沥青，所述反应炉上设置有用于投放SBS改性剂的进料口，以及用于对所述集料、所述基质沥青和所述SBS改性剂进行搅拌处理的搅拌箱，和出料口。

在本发明申请优选的实施例中，所述SBS改性沥青混凝土的制作装置还包括计量器，所述计量器至少设置在所述集料处理箱和所述基质沥青存储罐中。在本发明申请进一步优选的实施例中，包括控制单元，所述控制单元连接所述计量器和所述反应炉，对所述反应炉的进料进行控制。

为了实现上述目的，根据本发明申请的另一方面，提供了一种SBS改性沥青混凝土的配比设计方法。

根据本发明申请的SBS改性沥青混凝土的配比设计方法包括：

计算理论最小油石比和最大油石比，通过实验选定初试油石比，根据初试油石比选定级配，根据选定级配确定最佳油石比。即计算理论SBS改性沥青和集料的最小配比和最大配比，通过实验选定初试的SBS改性沥青和集料的比例，根据所述的选定的初试的SBS改性沥青和集料的比例确定最佳的SBS改性沥青和集料的比例。

在本发明申请优选的实施例中，所述最佳油石比为4.5％。

具体的所述SBS改性沥青混凝土的配比设计方法的推导及实验的具体流程至少包括：集料及填料、矿料级配设计、确定最佳油石比、生产配合比设计检验、高温稳定性检验和确定生产配比六个步骤，以设计一种适用于炎热潮湿地区的SBS改性沥青混凝土的配比为例，详细如下：

1、集料及填料

本配合比根据正交试验的设计规则，将粗集料分为以下四档规格，分别(22-25)mm石灰岩碎石、(11-22)mm石灰岩碎石、(6-11)mm石灰岩碎石、(3-6)mm石灰岩碎石。细集料采用((0-3)mm石灰岩机制砂，按规范要求，对矿料的级配、密度进行试验，试验结果如粗、细集料及矿粉的试验数据、矿料筛分试验数据(水洗法)所示。

粗、细集料及矿粉的试验数据

矿料筛分试验数据(水洗法)

2、矿料级配设计

根据目标配合比设计级配结果及正交试验优化结果调整各档热仓料矿料的掺量。调整后的矿料级配数据如混合料的矿料组成设计表所示。

混合料的矿料组成设计表

3、确定最佳油石比

根据路面工程施工图纸设计技术交底报告要求为提高桥面沥青混合料防水性能，大桥、特大桥AC-20C沥青混合料油石比提高0.1-0.2％，目标配合比设计4.3％油石比，按0.3％间隔变化，采用4.2％、4.5％、4.8％的油石比制备3组马歇尔试件，马歇尔试件按单个击实配料拌合成型，试件尺寸为φ101.6mm×63.5mm，按规范要求每个试件双面各击实75次的方法成型。试件成型时矿料的加热温度为185℃，沥青的加热温度为165℃，沥青混合料的搅拌温度为185℃，击实温度控制在165℃左右。

按上述方法成型试件，冷却不少于12h后测定其毛体积相对密度、空隙率、沥青饱和度等物理指标，测定物理指标后的试件，在60℃温度下测定其马歇尔稳定度，马歇尔试验数据如沥青混合料的马歇尔试验指标测定结果汇总表所示。

沥青混合料的马歇尔试验指标测定结果汇总表

根据毛体积密度、稳定度、空隙率和沥青饱和度指标确定对应的油石比OAC1＝4.48％，根据各项指标符合技术标准油石比范围OACmin-OACmax计算OAC2＝4.60％，则OAC＝(OAC1+OAC2)/2＝4.54％。经公式计算最佳沥青油石比4.54时沥青混合料的马歇尔试验技术指标均满足规范及路面工程施工图设计的技术要求，最终确定最佳油石比为4.5％。

4、生产配合比设计检验

水稳定性检验

(1)浸水马歇尔试验

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中 T0702-2011、T0709-2011的试验方法，采用最佳油石比成型马歇尔试件，进行浸水马歇尔试验。浸水马歇尔试验数据见表浸水马歇尔试验结果。

浸水马歇尔试验结果

(2)冻融劈裂试验

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T 0729-2000的试验方法，采用最佳油石比成型冻融劈裂试件(双面各击实 50次)，用冻融劈裂试验残留强度比来检验混合料的水稳定性。

经试验，马歇尔试件冻融劈裂试验残留强度比为89.3％，符合路面工程施工图设计技术文件中沥青混合料冻融劈裂试验残留强度比不小于80％的要求。冻融劈裂试验数据，如表冻融劈裂试验数据所示：

冻融劈裂试验数据

5、高温稳定性检验

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T 0703-2011的试验方法，采用最佳油石比成型车辙试件。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011中T0719-2011的试验方法，在试验温度60℃±1℃、荷载轮压0.7MPa±0.05MPa条件下进行车辙试验，检验混合料的高温稳定性。车辙试验数据如表车辙试验数据所示：

车辙试验数据

6、确定生产配合比

依据马歇尔试验及性能验证结果，本次设计的AC-20C聚合物改性沥青混合料各项技术指标均符合规范及路面工程施工图设计技术要求。优化后的配合比设计数据如表AC-20C聚合物改性沥青混合料的生产配合比、 AC-20C聚合物改性沥青混合料生产配合比设计级配所示：

AC-20C聚合物改性沥青混合料的生产配合比

AC-20C聚合物改性沥青混合料生产配合比设计级配

7、确定配合比

本发明SBS改性沥青混凝土制备是通过以下技术方案实现：

一种熔型SBS改性沥青，包括92％-96％的基质沥青、4-8％的SBS改性剂。

其制作方法是包括以下步骤：步骤一，将基质沥青输送至高温罐进行加热，加热至185℃；步骤二，将处于185℃温度的基质沥青加入生产罐，同时加入熔型SBS改性剂，进行搅拌混合，搅拌混合时间在1-2小时；步骤三，将搅拌好的沥青通过磨机使其充分溶解；步骤四，充分溶解的沥青与干燥、振筛完毕的集料混合，再次搅拌混合1-2小时，获得成品SBS改性沥青混凝土。

根据目标配合比设计4.4％油石比，采用基质沥青质量的4％、6％、8％的SBS改性剂制备3组马歇尔试件，最终确定基质沥青与其质量6％的SBS 改性剂制备的改性沥青各项指标为最佳。

在本发明申请优选的实施例中，提供一种SBS改性沥青混凝土的制作装置，采用计算机控制全电子计量的沥青改性设备，准确控制剂量。自动化程度高，对沥青、改性剂采用电子电脑计量，克服了沥青容重变化大以及改性剂人工称量所带来的不利影响，特别是在计算机的智能控制下，在加入基质沥青的同时加入改性剂，并且进行有效的搅拌使沥青和改性剂在进入胶体均化磨前就已充分混合均匀，并且改性剂充油率高，溶胀良好，克服了人工投料的不均、膨胀结块和难以研磨等缺点，保证了改性剂有充足的溶胀时间和正确的溶胀温度，并抑制胶体磨升温，避免胶体磨的升温使改性剂降解等不利情况的发生。配备可以调节温度的发育罐，以便混合物在最合适的温度下继续发育，聚合物以离散相状态均匀分布呈全连续相的沥青介质中，使聚合物改性剂形成一种稳定而富有弹性的网络结构，以达到提高改性效果，抑制离析的目的。

通过对所获SBS改性沥青混凝土性能进行试验、分析、验证，最终确定该种适用于炎热潮湿地区的SBS改性沥青混凝土的一种配合比为基质沥青：集料(22～25)mm：集料(11～22)mm：集料(6～11)mm：集料(3～6)mm：集料 (0-3)mm：矿粉：基质沥青：SBS改性剂＝9:34:22:6:26:3:4.4:0.264

具体的如图1所示，将基质沥青、SBS改性剂(直投式熔型SBS改性剂)和集料投入到反应炉中进行混合加工，其中集料需要进行集料干燥1 和集料过筛/干拌2，直投式熔型SBS改性剂需要进行改性剂投放/干拌3 流程，基质沥青在进入反应炉前进行湿拌4；最终湿拌后的基质沥青、投放/干拌后的SBS改性剂、以及过筛/干拌的集料在反应炉中完成混合，进行混合料装车5，最终完成SBS改性沥青混凝土的使用的前期配比及制作过程。

在本发明申请实施例中，采用基质沥青和SBS改性剂按照一定的比例进行混合的方式，通过集料、基质沥青和SBS改性剂的混合制备SBS改性沥青混凝土，达到了根据具体的需求进行SBS改性沥青混凝土的制备，无需对成品的SBS改性沥青混凝土进行存储和运输的目的，从而实现了SBS 改性沥青混凝土在使用中可保持较好的性质的技术效果，进而解决了由于现有改性沥青混凝土制作方法无法进行现场制作，需要运输，且制造出的沥青，存在性能较差，不易保存和运输，容易发软、干裂，导致建成的道路容易因交通量大、超载重载、降雨量大而产生车辙、水损的技术问题。

以上所述仅为本发明申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明申请，对于本领域的技术人员来说，本发明申请可以有各种更改和变化。凡在本发明申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SBS改性沥青混凝土，其特征在于，包括

集料和SBS改性沥青，其中，所述SBS改性沥青包括92-96份的基质沥青和4-8份的SBS改性剂。

2.根据权利要求1所述的SBS改性沥青混凝土，其特征在于，所述SBS改性剂为熔型SBS改性剂。

3.一种SBS改性沥青混凝土的制作方法，其特征在于，步骤包括：

将基质沥青输送至高温罐加热至185℃；

将处于185℃温度的基质沥青加入生产罐，同时加入熔型SBS改性剂，进行搅拌混合，搅拌混合时间在1-2小时；

将搅拌好的沥青通过磨机使其充分溶解；

充分溶解的沥青与干燥、振筛完毕的集料混合，再次搅拌混合1-2小时，获得SBS改性沥青混凝土。

4.根据权利要求3所述的SBS改性沥青混凝土的制作方法，其特征在于，所述SBS改性剂的质量为所述基质沥青质量的6％。

5.一种SBS改性沥青混凝土的制作装置，其特征在于，包括：

集料处理箱，承载集料；

基质沥青存储罐和反应炉；

所述集料处理箱和所述基质沥青存储罐与所述反应炉连接，所述基质沥青存储罐存储基质沥青，所述反应炉上设置有用于投放SBS改性剂的进料口、出料口，以及用于对所述集料、所述基质沥青和所述SBS改性剂进行搅拌处理的搅拌箱。

6.根据权利要求5所述的SBS改性沥青混凝土的制作装置，其特征在于，所述集料处理箱至少包括干燥筒和振筛中的一种。

7.根据权利要求3所述的SBS改性沥青混凝土的制作装置，其特征在于，还包括计量器，所述计量器至少设置在所述集料处理箱和所述基质沥青存储罐中。

8.根据权利要求7所述的SBS改性沥青混凝土的制作装置，其特征在于，包括控制单元，所述控制单元连接所述计量器和所述反应炉，对所述反应炉的进料进行控制。

9.一种SBS改性沥青混凝土的配比设计方法，其特征在于，包括：

计算理论最小油石比和最大油石比，选定初试油石比，根据初试油石比选定级配，根据选定的级配确定最佳油石比。

10.根据权利要求9所述的SBS改性沥青混凝土的配比设计方法，其特征在于，所述最佳油石比为4.5％。

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