直投式沥青改性方案及其节能效果分析.doc

直投式沥青改性方案及其节能效果分析 李 交1 闫国杰1 赫振华1 陈德珍2 徐韵淳1 胡睿1 （1．上海浦东路桥建设股份有限公司工程技术研究所 上海市 201210） （2．同济大学 上海市 200092） 摘要：目前常用的沥青改性方案有两种，分别是直投式改性与预拌式改性。通过室内试验和实体工程，分析RST直投式改性剂的改性机理，证明直投式改性剂在沥青中的分散均匀性。同时对两种方案下材料选择和混合料生产过程中的节能效果进行量化计算，计算结果表明，每吨混合料生产过程中，直投式改性方案能耗相比预拌式改性方案减少1kgce/t，节能率达到37.4%。若抛开两者都存在且相同的混合料拌机运行能耗，节能率则变为61.3%。 关键词：直投式； 预拌式； 改性机理； 节能效果1 前言 现在社会的发展面临着资源短缺与环境污染等严重问题，如何提倡节能环保已经成为时下一个重要难题。在身处基础设施建设前沿的道路 2 直投式沥青改性方案 目前国内道路行业常用的沥青混合料生产工艺主要有两种，一种是传统预拌式SBS成品改性沥青方案，即将成品改性沥青直接注入到集料中拌合生产改性沥青混合料，因此亦称为“湿法”工艺，如图1；另一种是直投式改性方案，是指先将改性剂添加到集料中干拌，后再注入基质沥青湿拌生产混合料，亦称“干法”工艺，如图2。 图1预混式改性方案流程图 图2 直投式改性方案流程 A、投料 B、180℃溶胀剪切 C、成品改性沥青运输、储存 1、集料干燥 2、集料过筛/干拌3、改性剂及纤维投放/干拌 4、湿拌5、装车 从图1、2中可以看出，直投式改性方案节省了传统成品改性沥青的生产和储存环节。一方面节省了改性沥青生产设备的成本，也无需对改性沥青进行储存；另一方面避免了在改性沥青生产过程中因高温高速剪切条件下产生的沥青老化现象，对于沥青混合料的低温、疲劳性能都有正面贡献。 直投式改性方案施工工艺简单，可操作性强，同时直投式改性沥青混合料与传统成品改性沥青混合料的性能几无二致。  2.1 直投式改性机理分析（RST例） 2.11 RST介绍 直投式沥青改性剂以上海浦东路桥建设股份有限公司生产的高粘度改性剂RST 为例，见图3，物理性能见表1 表1. RST的物理性质 项目 指标 备注 外观 黄色或浅黄色颗粒状，粒子大小均匀，无颗粒粘结 控制其在混合料中的分散性 密度（g/cm3） 0.95-1.02 g/cm3 气味 无刺激气味 控制其环保性 熔融指数（g/10min （190oC，2.16kg）） 10 控制其在混合料中的分散性 2.12 改性机理 RST对沥青改性过程为二阶热混方式的三元共混体系，即改性历经两个阶段完成。一阶热混是RST直投式改性剂成品的形成过程。先将橡胶材料与增容剂及辅料共混，通过链段交换和分子间力等作用，形成以橡胶为连续相的、稳定的网状结构，如图4所示。RST在与沥青共混改性之前就已经形成了均匀致密的网状结构，无需再进行长时间的高速剪切，为改性过程能够容易完成创造了条件。   二阶热混是RST直投式改性剂对沥青的改性，由于RST中所含橡胶等聚合物均保持了一定的溶胀状态，使其进一步溶胀变、得更加容易，所含相关辅料在改性过程较高的温度状态下，具有加速熔融及提高熔体流动性能的作用，使RST在改性过程中能够快速熔融、溶胀、稀释、均匀分散，具备了在拌和过程中足够短的时间内完成沥青改性的热力学条件[1]。  2.2 RST分散性研究 直投式改性方案分为两个阶段，一是干拌阶段，二是湿拌阶段。混合料拌合过程中，改性剂的熔融性与分散性均匀与否，决定混合料性能的优劣。下面就两个拌合阶段里改性剂的熔融性与分散性进行研究，（以RST为例）。 干拌阶段熔融性及干拌时间的确定 RST在混合料拌和时直接投入搅拌缸，在干拌过程中RST颗粒承受高温集料强劲的搅动揉搓和剪切，与高于自身重量百余倍的高温集料之间发生剧烈的机械能量交换和热交换，极短时间内即可被熔融，成为极薄的液膜粘附在集料表面。由于RST与热集料之间的重量和热量存在巨大的势差，以及剪切揉搓作用，完成这一干拌过程只需10秒钟左右，如图5所示。 鉴于RST熔融后的液膜呈无色透明状态，为了更加直观的表征RST干拌过程中不同时段的熔融状况，在RST原料中预先加入一定量的氧化铁红颜料作为示踪剂，以热集料表面色彩的覆盖程度评价RST随不同时间的熔融规律，确定最佳干拌时间。 180℃干拌5秒钟 180℃干拌8秒钟 181℃干拌10秒钟 182℃干拌15秒钟 图5 不同干拌时间下RST直投式改性剂的熔融状态 由图5可见，与热集料干拌5秒的RST由圆柱形体转变为不规则形体，虽已软化但