干法SBS改性技术经济社会效益分析报告
SBS是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型热塑性弹性体,其高低温等性能较为全面、且疲劳性能好,使用SBS对普通石油沥青进行改性,占到国内外所有沥青改性技术类型的90%以上。
普通SBS改性剂熔点较高、不容易熔融分散,需要先在工厂将SBS改性剂与基质沥青(普通石油沥青,用以改性时称为基质沥青)预混、溶胀,再使用大型的剪切机或胶体磨设备、对SBS改性剂进行充分的研磨,加入稳定剂、相容剂后经过数小时发育,制备成成品改性沥青(行业将这种改性剂预先加入沥青中的工艺俗称“湿法”改性工艺),再运输到沥青拌和楼现场储存使用。这个过程需要高精生产设备、各种原材料及相容性和配伍性调试、各环节工艺参数等十多个因素全面控制,才能得到性能优良的SBS改性沥青。
由于受客观的技术**,湿法SBS改性沥青在使用过程中存在改性剂离析及热分解等技术难题,且质量监管难度大,易出现工程质量问题。全国各地工程项目也经常遭遇SBS改性沥青各指标不合格的情况。因为改性沥青每天都使用,一旦出现质量问题将导致工期延后、质量隐患及质量纠纷处理等问题,给项目管理带来巨大难题。
二、干法SBS(SBS-T)改性技术简介
干法SBS改性剂(SBS-T)是以SBS为改性成分,经过一定工艺制备成的、可直接投放于沥青混合料拌缸,实现快速熔融并发挥相应改性作用的新型速熔型SBS材料。
干法SBS改性技术是将干法SBS改性剂直接投放于拌合楼拌缸、与基质沥青和矿料拌和生产SBS改性沥青混合料的新型改性工艺。该技术避开了湿法SBS改性沥青存在的改性剂使用管理和储存变质难题,可适用于更多的基质沥青种类,施工组织的机动性也得到根本性改变。
目前,干法SBS改性技术体系已十分成熟,已经在河南、山东、江苏、新疆等多省(自治区)及海外项目中得到推广应用,工程**观测效果良好。在规范制定方面,中国公路学会于2018年发布了《公路路面干法SBS改性沥青路面技术指南》并在山东高速进行了标准宣贯及
现场观摩。河南等地通车4年的示范工程观测表明,干法SBS比相邻湿法改性沥青路段减少了车辙深度约50%,裂缝更少,体现出显著的工程耐久性优势。基于其充分的技术成熟度,2019年,多省市启动了干法SBS改性技术的规模化应用。
三、干法改性技术施工管理优势分析
对于SBS改性沥青的使用方来说,干法SBS改性技术在质量控制、使用管理等方面具有显著优势。
分类 | 项目 | 湿法成品SBS改性沥青 | 干法SBS改性 | |
生产管理 | 设备机组复杂,一旦出现故障维修麻烦,甚至耽误工期;物料较多,供应组织和储存管理要求高。 | 仅需风送式简易投料装置,简单可控。物料只需常温储存,2年不变质。 | ||
质量检验 | 原材料 | SBS改性剂 | 无法控制 | 进场一次性核验 |
基质沥青 | 无法控制 | 源头控制:大厂直供保证品质;抽检简便。 | ||
SBS改性沥青 | 按批检投入大、落实难 | 不存在 | ||
使用管理 | SBS用量 | 厂家可能偷减SBS用量 | 所见即所得,在终端的拌和环节无缝监控 | |
施工单位少用改性沥青 | ||||
储存管理 | 储存离析 | 不存在 | ||
受热降解、性能衰减 | 不存在 | |||
沥青和改性剂高温储存容易老化 | 改性剂不老化,沥青低温储存减少老化 | |||
质控目标 | 以到场改性沥青指标 合格为目标,可能出现三聚氰胺式的非SBS指标调配问题 | 以混合料 路用性能优良为目标 | ||
安全性 | 燃油加热、沥青高温、化学助剂使用危险源较多 | 无 | ||
环保性 | 工厂沥青加热耗费大量能耗,高温储存和中转运输能耗大 | 比湿法节约98%能耗 |
相比干法SBS仅适用普通基质沥青、直接将沥青运输到工地,湿法改性沥青需要在第三方工厂将基质沥青和SBS预混加工,其增加的能耗包括:(1)沥青加热煤炭或燃料油;(2)改性沥青储存保温成本,平均约48小时;(3)胶体磨等设备运转耗电;(4)改性沥青中转运输增加的运输车能耗;(5)改性沥青在施工单位拌合站比普通沥青加热高20℃。由此5项叠加,比干法(仅在拌合楼投料环节耗费一定电能)增加90%以上的能耗。
干法与湿法SBS改性技术工艺与能耗状况对比图
实施干法SBS改性技术,项目沥青路面改性方案采用“基质沥青+干法SBS改性剂”,替代原成品SBS改性沥青。具体要点如下:
1.基质沥青:采用**70#沥青,选择大品牌、厂家直供,确保基质沥青品质。同时,**有2种以上品牌备选,优选与干法SBS配伍性较好的品种。
2.干法SBS改性剂:由厂家提前直供工地、常温储存不变质,按照有关标准提前进行抽检,有利于项目赶工和质量管控。
3.配比及性能:干法SBS改性剂用量一般为沥青的3.2-6%,设计各项性能指标以不低于原设计和干法SBS标准控制。实际使用中,由于干法SBS的“拌和即改性”,在SBS熔融改性的性能高点摊铺混合料,比湿法SBS沥青平均提高约30%的路用性能。
4.配套设备:由厂家提供干法SBS改性剂配套投送设备。拌合楼控制室自动监控和操控,也可根据管理需要实现配合比、改性剂用量的远程在线监测。
湿法SBS沥青由基质沥青+改性材料+加工费等组成,一般采用成品整体报价,在70#基质沥青基础上增加约1000元左右。以基质沥青4000元/吨为参考,则SBS改性沥青单价为5000元/吨。
干法SBS技术方案使用基质沥青(一般为**70#或90#),单独采购干法SBS改性剂,干法SBS改性剂推荐掺量为3.2%-6%(外掺,干法SBS可等量替代基质沥青使用量),具体可根据设计指标、与基质沥青的配伍性验证综合确定,据此测算不同干法SBS用量的干法SBS改性沥青换算成本。
其中,基质沥青单价按4000元/吨(有区域差异和季节性波动,),干法SBS单价20000元/吨(有区域差异和季节性波动),根据用量不同,干法SBS改性费用对照表如下。
干法SBS改性成本核算表 | ||||||
性能等级 | 合格 | 合格+ | 良 | 良+ | 优 | 优+ |
干法SBS改性剂用量(%,外掺) | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 |
干法SBS改性剂用量(%,内掺) | 4.3 | 4.8 | 5.2 | 5.7 | 6.1 | 6.5 |
干法SBS价格(元/吨) | 20000 | |||||
干法SBS改性剂成本(元/吨,A) | 861 | 952 | 1043 | 1132 | 1221 | 1308 |
基质沥青所占比例 | 95.7 | 95.2 | 94.8 | 94.3 | 93.9 | 93.5 |
基质沥青价格(元/吨) | 4000 | |||||
基质沥青成本(元/吨,B) | 3828 | 3810 | 3791 | 3774 | 3756 | 3738 |
干法SBS改性沥青价格(元/吨,A+B) | 4689 | 4762 | 4834 | 4906 | 4977 | 5047 |
干法SBS改性成本(比基质沥青增加) | 689 | 762 | 834 | 906 | 977 | 1047 |
湿法SBS改性成本(比基质沥青增加) | 1000 |
根据多家试验室共同验证,采用5.5%的干法SBS不低于市场上较为优良的湿法SBS改性沥青(I-D)性能且性能优良(见下表),而其在稳定性、使用的简单可控上,具有突出优势。
干法SBS改性沥青和混合料性能指标表
SBS-T与基质沥青的配伍性检验 | 软化点 | ℃ | 81.5 | ≥65 | T 0606-2011 |
延度 | 5℃, 5cm/min | 42 | ≥20 | T 0605-2011 | |
弹性恢复 | % | 95.4 | ≥85 | T 0662-2011 | |
SBS-T 改性沥青混合料(AC-13) | 马歇尔稳定度 | kN | 13.58 | ≥8 | T 0709-2011 |
流值 | mm | 2.84 | 1.5-4.0 | T 0709-2011 | |
残留稳定度 | % | 92.1 | ≥85 | T 0709-2011 | |
冻融劈裂强度比 | % | 93.4 | ≥80 | T 0729-2000 | |
车辙试验动稳定度 | 次/mm | 7437 | ≥3000 | T 0719-2011 | |
低温弯曲**应变 | με | 3244 | ≥2800 | T 0715-2011 |
在性能良好的前提下,干法SBS方案改性比普通沥青价格增加为834元,而湿法改性沥青比普通沥青平均高出1000元/吨,干法SBS比湿法SBS沥青具有显著的经济性优势。
采用干法SBS改性,每吨可节约改性费用约166元,如项目需求1万吨,则共可节省约166万元,且这是以更优良的性能保障为前提。
基于以上多要素分析,应用干法SBS替代湿法工艺,性能更优,成本更低,且具有突出的节能环保效益,是打造品质工程和绿色公路的重要科技支撑,非常值得在本项目大面积推广应用.
干法SBS改性剂使用说明
1、 室内制备干法SBS改性沥青的方法
样品制备按如下方法:1)将基质沥青加热到约180℃(基质沥青为普通沥青时)或190℃(基质沥青为改性沥青时),然后加入设计掺量的干法SBS添加剂,用玻璃棒搅拌均匀;2)将试样杯放到高速剪切机下,调整转速到5000转/min,持续剪切20min,整个过程温度控制在180-190℃之间(改性沥青温度适当提高5~10℃);3)关闭剪切机,将改性沥青放入180℃烘箱中发育20min,即可取样进行各种实验。
2、 干法SBS的室内混合料试验方法
在实验室拌合干法SBS添加剂沥青混合料主要流程为:先将干法SBS添加剂和热集料干拌45s,以使干法SBS添加剂均匀分散在矿料中。然后将沥青按照预定用量加入,拌和90s;*后加入矿粉,再拌和90s;将拌合好的混合料置于保温桶或搪瓷盘中,放入175-180℃烘箱中恒温发育2小时(模拟摊铺前运输车保温工况),然后取出、立即成型沥青混合料试件。
试件养生后进行沥青混合料的各种性能验证。温度控制按照表1进行。
表1 室内混合料实验干法SBS添加剂的拌和、成型温度控制参数
矿料加热温度 | 185~190℃ |
沥青加热温度 | 根据沥青种类确定 |
沥青混合料拌和温度 | 180℃ |
击实和车辙成型温度 | 165℃ |
3、施工工艺
3.1拌和
干法SBS添加剂在拌和中控制的要点主要是温度、拌和时间。
(1)混合料生产温度控制
温度控制是使用干法SBS添加剂的关键。干法SBS添加剂沥青混合料施工各环节温度控制如表2所示,与SBS改性沥青温度基本相当或略高。由于拌和环节对后续各工序温度起着控制性作用,应对影响拌和温度的各因素进行全面把握。
表2 干法SBS添加剂改性沥青混合料施工各工序施工温度控制参数
施 工 工 序 | 测试频率 | 控制要求(℃) | 试验方法 |
沥青混合料出料目标温度 | 每车 | 175~185 | 出厂时逐车按T 0981人工检测 |
传感器自动检测 | |||
混合料废弃温度, 高于 | 每车 | 195 | T 0981 |
运输到现场温度, 不低于 | 每车 | 165 | T 0981 |
混合料摊铺温度不低于 | 每车 | 165 | T 0981 |
开始碾压的混合料内部温度,不低于 | 每30m | 160 | T 0981 |
终压的表面温度 | 每碾压段 | 90 | 红外测温仪 |
开放交通的路表温度, 不高于 | 每作业段 | 50 | 红外测温仪 |
(2)拌和时间
推荐“干拌”8s、“湿拌”45s,但具体应根据现场拌和设备性能调试、以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料为度,无花白料、无结团成块或严重的粗细集料分离现象。干法SBS添加剂投放应在热集料释放入拌和锅同时进行,并在投放完毕后开始干拌计时,“干拌”8s后放入沥青和矿粉进行混合料“湿拌”45s。
3.2摊铺和碾压
摊铺和碾压按照正常生产组织进行。需要强调的是,由于干法SBS的沥青混合料随着温度降低粘度增大很快,应在混合料温度较高时尽快压实,温度降低到120℃后碾压基本没有压实效果。
摊铺和碾压的具体温度控制见上表2。.
4施工质量管理
除前述特定表述要求和排水沥青路面技术要求外,高粘度添加剂应用时的施工质量管理与普通沥青路面的质量管理基本相同。
5安全操作事项
本产品颗粒操作时请带手套。如有皮肤直接碰触,用清水冲洗干净即可。