干法SBS改性技術(shù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析報(bào)告
SBS是苯乙烯-丁二烯嵌段共聚型熱塑性彈性體，其高低溫等性能較為全面、且疲勞性能好，使用SBS對(duì)普通石油瀝青進(jìn)行改性，占到國(guó)內(nèi)外所有瀝青改性技術(shù)類(lèi)型的90%以上。
普通SBS改性劑熔點(diǎn)較高、不容易熔融分散，需要先在工廠將SBS改性劑與基質(zhì)瀝青（普通石油瀝青，用以改性時(shí)稱(chēng)為基質(zhì)瀝青）預(yù)混、溶脹，再使用大型的剪切機(jī)或膠體磨設(shè)備、對(duì)SBS改性劑進(jìn)行充分的研磨，加入穩(wěn)定劑、相容劑后經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)發(fā)育，制備成成品改性瀝青（行業(yè)將這種改性劑預(yù)先加入瀝青中的工藝俗稱(chēng)“濕法”改性工藝），再運(yùn)輸?shù)綖r青拌和樓現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存使用。這個(gè)過(guò)程需要高精生產(chǎn)設(shè)備、各種原材料及相容性和配伍性調(diào)試、各環(huán)節(jié)工藝參數(shù)等十多個(gè)因素全面控制，才能得到性能優(yōu)良的SBS改性瀝青。
由于受客觀的技術(shù)**，濕法SBS改性瀝青在使用過(guò)程中存在改性劑離析及熱分解等技術(shù)難題，且質(zhì)量監(jiān)管難度大，易出現(xiàn)工程質(zhì)量問(wèn)題。全國(guó)各地工程項(xiàng)目也經(jīng)常遭遇SBS改性瀝青各指標(biāo)不合格的情況。因?yàn)楦男詾r青每天都使用，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題將導(dǎo)致工期延后、質(zhì)量隱患及質(zhì)量糾紛處理等問(wèn)題，給項(xiàng)目管理帶來(lái)巨大難題。
二、干法SBS（SBS-T）改性技術(shù)簡(jiǎn)介
干法SBS改性劑（SBS-T）是以SBS為改性成分，經(jīng)過(guò)一定工藝制備成的、可直接投放于瀝青混合料拌缸，實(shí)現(xiàn)快速熔融并發(fā)揮相應(yīng)改性作用的新型速熔型SBS材料。
干法SBS改性技術(shù)是將干法SBS改性劑直接投放于拌合樓拌缸、與基質(zhì)瀝青和礦料拌和生產(chǎn)SBS改性瀝青混合料的新型改性工藝。該技術(shù)避開(kāi)了濕法SBS改性瀝青存在的改性劑使用管理和儲(chǔ)存變質(zhì)難題，可適用于更多的基質(zhì)瀝青種類(lèi)，施工組織的機(jī)動(dòng)性也得到根本性改變。
目前，干法SBS改性技術(shù)體系已十分成熟，已經(jīng)在河南、山東、江蘇、新疆等多?。ㄗ灾螀^(qū)）及海外項(xiàng)目中得到推廣應(yīng)用，工程**觀測(cè)效果良好。在規(guī)范制定方面，中國(guó)公路學(xué)會(huì)于2018年發(fā)布了《公路路面干法SBS改性瀝青路面技術(shù)指南》并在山東高速進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)宣貫及
現(xiàn)場(chǎng)觀摩。河南等地通車(chē)4年的示范工程觀測(cè)表明，干法SBS比相鄰濕法改性瀝青路段減少了車(chē)轍深度約50%，裂縫更少，體現(xiàn)出顯著的工程耐久性?xún)?yōu)勢(shì)。基于其充分的技術(shù)成熟度，2019年，多省市啟動(dòng)了干法SBS改性技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。
三、干法改性技術(shù)施工管理優(yōu)勢(shì)分析
對(duì)于SBS改性瀝青的使用方來(lái)說(shuō)，干法SBS改性技術(shù)在質(zhì)量控制、使用管理等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
分類(lèi) | 項(xiàng)目 | 濕法成品SBS改性瀝青 | 干法SBS改性 | |
生產(chǎn)管理 | 設(shè)備機(jī)組復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障維修麻煩，甚至耽誤工期；物料較多，供應(yīng)組織和儲(chǔ)存管理要求高。 | 僅需風(fēng)送式簡(jiǎn)易投料裝置，簡(jiǎn)單可控。物料只需常溫儲(chǔ)存，2年不變質(zhì)。 | ||
質(zhì)量檢驗(yàn) | 原材料 | SBS改性劑 | 無(wú)法控制 | 進(jìn)場(chǎng)一次性核驗(yàn) |
基質(zhì)瀝青 | 無(wú)法控制 | 源頭控制：大廠直供保證品質(zhì)；抽檢簡(jiǎn)便。 | ||
SBS改性瀝青 | 按批檢投入大、落實(shí)難 | 不存在 | ||
使用管理 | SBS用量 | 廠家可能偷減SBS用量 | 所見(jiàn)即所得，在終端的拌和環(huán)節(jié)無(wú)縫監(jiān)控 | |
施工單位少用改性瀝青 | ||||
儲(chǔ)存管理 | 儲(chǔ)存離析 | 不存在 | ||
受熱降解、性能衰減 | 不存在 | |||
瀝青和改性劑高溫儲(chǔ)存容易老化 | 改性劑不老化，瀝青低溫儲(chǔ)存減少老化 | |||
質(zhì)控目標(biāo) | 以到場(chǎng)改性瀝青指標(biāo) 合格為目標(biāo)，可能出現(xiàn)三聚氰胺式的非SBS指標(biāo)調(diào)配問(wèn)題 | 以混合料 路用性能優(yōu)良為目標(biāo) | ||
安全性 | 燃油加熱、瀝青高溫、化學(xué)助劑使用危險(xiǎn)源較多 | 無(wú) | ||
環(huán)保性 | 工廠瀝青加熱耗費(fèi)大量能耗，高溫儲(chǔ)存和中轉(zhuǎn)運(yùn)輸能耗大 | 比濕法節(jié)約98%能耗 | ||
相比干法SBS僅適用普通基質(zhì)瀝青、直接將瀝青運(yùn)輸?shù)焦さ?，濕法改性瀝青需要在第三方工廠將基質(zhì)瀝青和SBS預(yù)混加工，其增加的能耗包括：（1）瀝青加熱煤炭或燃料油；（2）改性瀝青儲(chǔ)存保溫成本，平均約48小時(shí)；（3）膠體磨等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)耗電；（4）改性瀝青中轉(zhuǎn)運(yùn)輸增加的運(yùn)輸車(chē)能耗；（5）改性瀝青在施工單位拌合站比普通瀝青加熱高20℃。由此5項(xiàng)疊加，比干法（僅在拌合樓投料環(huán)節(jié)耗費(fèi)一定電能）增加90%以上的能耗。
干法與濕法SBS改性技術(shù)工藝與能耗狀況對(duì)比圖
實(shí)施干法SBS改性技術(shù)，項(xiàng)目瀝青路面改性方案采用“基質(zhì)瀝青+干法SBS改性劑”，替代原成品SBS改性瀝青。具體要點(diǎn)如下：
1.基質(zhì)瀝青：采用**70#瀝青，選擇大品牌、廠家直供，確?；|(zhì)瀝青品質(zhì)。同時(shí)，**有2種以上品牌備選，優(yōu)選與干法SBS配伍性較好的品種。
2.干法SBS改性劑：由廠家提前直供工地、常溫儲(chǔ)存不變質(zhì)，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提前進(jìn)行抽檢，有利于項(xiàng)目趕工和質(zhì)量管控。
3.配比及性能：干法SBS改性劑用量一般為瀝青的3.2-6%，設(shè)計(jì)各項(xiàng)性能指標(biāo)以不低于原設(shè)計(jì)和干法SBS標(biāo)準(zhǔn)控制。實(shí)際使用中，由于干法SBS的“拌和即改性”，在SBS熔融改性的性能高點(diǎn)攤鋪混合料，比濕法SBS瀝青平均提高約30%的路用性能。
4.配套設(shè)備：由廠家提供干法SBS改性劑配套投送設(shè)備。拌合樓控制室自動(dòng)監(jiān)控和操控，也可根據(jù)管理需要實(shí)現(xiàn)配合比、改性劑用量的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。
濕法SBS瀝青由基質(zhì)瀝青+改性材料+加工費(fèi)等組成，一般采用成品整體報(bào)價(jià)，在70#基質(zhì)瀝青基礎(chǔ)上增加約1000元左右。以基質(zhì)瀝青4000元/噸為參考，則SBS改性瀝青單價(jià)為5000元/噸。
干法SBS技術(shù)方案使用基質(zhì)瀝青（一般為**70#或90#），單獨(dú)采購(gòu)干法SBS改性劑，干法SBS改性劑推薦摻量為3.2%-6%（外摻，干法SBS可等量替代基質(zhì)瀝青使用量），具體可根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)、與基質(zhì)瀝青的配伍性驗(yàn)證綜合確定，據(jù)此測(cè)算不同干法SBS用量的干法SBS改性瀝青換算成本。
其中，基質(zhì)瀝青單價(jià)按4000元/噸（有區(qū)域差異和季節(jié)性波動(dòng)，），干法SBS單價(jià)20000元/噸（有區(qū)域差異和季節(jié)性波動(dòng)），根據(jù)用量不同，干法SBS改性費(fèi)用對(duì)照表如下。
干法SBS改性成本核算表 | ||||||
性能等級(jí) | 合格 | 合格+ | 良 | 良+ | 優(yōu) | 優(yōu)+ |
干法SBS改性劑用量（%，外摻） | 4.5 | 5 | 5.5 | 6 | 6.5 | 7 |
干法SBS改性劑用量（%，內(nèi)摻） | 4.3 | 4.8 | 5.2 | 5.7 | 6.1 | 6.5 |
干法SBS價(jià)格（元/噸） | 20000 | |||||
干法SBS改性劑成本（元/噸，A） | 861 | 952 | 1043 | 1132 | 1221 | 1308 |
基質(zhì)瀝青所占比例 | 95.7 | 95.2 | 94.8 | 94.3 | 93.9 | 93.5 |
基質(zhì)瀝青價(jià)格（元/噸） | 4000 | |||||
基質(zhì)瀝青成本（元/噸，B） | 3828 | 3810 | 3791 | 3774 | 3756 | 3738 |
干法SBS改性瀝青價(jià)格（元/噸，A+B） | 4689 | 4762 | 4834 | 4906 | 4977 | 5047 |
干法SBS改性成本（比基質(zhì)瀝青增加） | 689 | 762 | 834 | 906 | 977 | 1047 |
濕法SBS改性成本（比基質(zhì)瀝青增加） | 1000 | |||||
根據(jù)多家試驗(yàn)室共同驗(yàn)證，采用5.5%的干法SBS不低于市場(chǎng)上較為優(yōu)良的濕法SBS改性瀝青（I-D）性能且性能優(yōu)良（見(jiàn)下表），而其在穩(wěn)定性、使用的簡(jiǎn)單可控上，具有突出優(yōu)勢(shì)。
干法SBS改性瀝青和混合料性能指標(biāo)表
SBS-T與基質(zhì)瀝青的配伍性檢驗(yàn) | 軟化點(diǎn) | ℃ | 81.5 | ≥65 | T 0606-2011 |
延度 | 5℃, 5cm/min | 42 | ≥20 | T 0605-2011 | |
彈性恢復(fù) | % | 95.4 | ≥85 | T 0662-2011 | |
SBS-T 改性瀝青混合料(AC-13) | 馬歇爾穩(wěn)定度 | kN | 13.58 | ≥8 | T 0709-2011 |
流值 | mm | 2.84 | 1.5-4.0 | T 0709-2011 | |
殘留穩(wěn)定度 | % | 92.1 | ≥85 | T 0709-2011 | |
凍融劈裂強(qiáng)度比 | % | 93.4 | ≥80 | T 0729-2000 | |
車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度 | 次/mm | 7437 | ≥3000 | T 0719-2011 | |
低溫彎曲**應(yīng)變 | με | 3244 | ≥2800 | T 0715-2011 |
在性能良好的前提下，干法SBS方案改性比普通瀝青價(jià)格增加為834元，而濕法改性瀝青比普通瀝青平均高出1000元/噸，干法SBS比濕法SBS瀝青具有顯著的經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)。
采用干法SBS改性，每噸可節(jié)約改性費(fèi)用約166元，如項(xiàng)目需求1萬(wàn)噸，則共可節(jié)省約166萬(wàn)元，且這是以更優(yōu)良的性能保障為前提。
基于以上多要素分析，應(yīng)用干法SBS替代濕法工藝，性能更優(yōu)，成本更低，且具有突出的節(jié)能環(huán)保效益，是打造品質(zhì)工程和綠色公路的重要科技支撐，非常值得在本項(xiàng)目大面積推廣應(yīng)用.
干法SBS改性劑使用說(shuō)明
1、 室內(nèi)制備干法SBS改性瀝青的方法
樣品制備按如下方法：1）將基質(zhì)瀝青加熱到約180℃（基質(zhì)瀝青為普通瀝青時(shí)）或190℃（基質(zhì)瀝青為改性瀝青時(shí)），然后加入設(shè)計(jì)摻量的干法SBS添加劑，用玻璃棒攪拌均勻；2）將試樣杯放到高速剪切機(jī)下，調(diào)整轉(zhuǎn)速到5000轉(zhuǎn)/min，持續(xù)剪切20min，整個(gè)過(guò)程溫度控制在180－190℃之間（改性瀝青溫度適當(dāng)提高5～10℃）；3）關(guān)閉剪切機(jī)，將改性瀝青放入180℃烘箱中發(fā)育20min，即可取樣進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。
2、 干法SBS的室內(nèi)混合料試驗(yàn)方法
在實(shí)驗(yàn)室拌合干法SBS添加劑瀝青混合料主要流程為：先將干法SBS添加劑和熱集料干拌45s，以使干法SBS添加劑均勻分散在礦料中。然后將瀝青按照預(yù)定用量加入，拌和90s；*后加入礦粉，再拌和90s；將拌合好的混合料置于保溫桶或搪瓷盤(pán)中，放入175-180℃烘箱中恒溫發(fā)育2小時(shí)（模擬攤鋪前運(yùn)輸車(chē)保溫工況），然后取出、立即成型瀝青混合料試件。
試件養(yǎng)生后進(jìn)行瀝青混合料的各種性能驗(yàn)證。溫度控制按照表1進(jìn)行。
表1 室內(nèi)混合料實(shí)驗(yàn)干法SBS添加劑的拌和、成型溫度控制參數(shù)
礦料加熱溫度 | 185～190℃ |
瀝青加熱溫度 | 根據(jù)瀝青種類(lèi)確定 |
瀝青混合料拌和溫度 | 180℃ |
擊實(shí)和車(chē)轍成型溫度 | 165℃ |
3、施工工藝
3.1拌和
干法SBS添加劑在拌和中控制的要點(diǎn)主要是溫度、拌和時(shí)間。
（1）混合料生產(chǎn)溫度控制
溫度控制是使用干法SBS添加劑的關(guān)鍵。干法SBS添加劑瀝青混合料施工各環(huán)節(jié)溫度控制如表2所示，與SBS改性瀝青溫度基本相當(dāng)或略高。由于拌和環(huán)節(jié)對(duì)后續(xù)各工序溫度起著控制性作用，應(yīng)對(duì)影響拌和溫度的各因素進(jìn)行全面把握。
表2 干法SBS添加劑改性瀝青混合料施工各工序施工溫度控制參數(shù)
施 工 工 序 | 測(cè)試頻率 | 控制要求（℃） | 試驗(yàn)方法 |
瀝青混合料出料目標(biāo)溫度 | 每車(chē) | 175～185 | 出廠時(shí)逐車(chē)按T 0981人工檢測(cè) |
傳感器自動(dòng)檢測(cè) | |||
混合料廢棄溫度， 高于 | 每車(chē) | 195 | T 0981 |
運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)溫度， 不低于 | 每車(chē) | 165 | T 0981 |
混合料攤鋪溫度不低于 | 每車(chē) | 165 | T 0981 |
開(kāi)始碾壓的混合料內(nèi)部溫度，不低于 | 每30m | 160 | T 0981 |
終壓的表面溫度 | 每碾壓段 | 90 | 紅外測(cè)溫儀 |
開(kāi)放交通的路表溫度， 不高于 | 每作業(yè)段 | 50 | 紅外測(cè)溫儀 |
（2）拌和時(shí)間
推薦“干拌”8s、“濕拌”45s，但具體應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拌和設(shè)備性能調(diào)試、以混合料拌和均勻、所有礦料顆粒全部裹覆瀝青結(jié)合料為度，無(wú)花白料、無(wú)結(jié)團(tuán)成塊或嚴(yán)重的粗細(xì)集料分離現(xiàn)象。干法SBS添加劑投放應(yīng)在熱集料釋放入拌和鍋同時(shí)進(jìn)行，并在投放完畢后開(kāi)始干拌計(jì)時(shí)，“干拌”8s后放入瀝青和礦粉進(jìn)行混合料“濕拌”45s。
3.2攤鋪和碾壓
攤鋪和碾壓按照正常生產(chǎn)組織進(jìn)行。需要強(qiáng)調(diào)的是，由于干法SBS的瀝青混合料隨著溫度降低粘度增大很快，應(yīng)在混合料溫度較高時(shí)盡快壓實(shí)，溫度降低到120℃后碾壓基本沒(méi)有壓實(shí)效果。
攤鋪和碾壓的具體溫度控制見(jiàn)上表2。.
4施工質(zhì)量管理
除前述特定表述要求和排水瀝青路面技術(shù)要求外，高粘度添加劑應(yīng)用時(shí)的施工質(zhì)量管理與普通瀝青路面的質(zhì)量管理基本相同。
5安全操作事項(xiàng)
本產(chǎn)品顆粒操作時(shí)請(qǐng)帶手套。如有皮膚直接碰觸，用清水沖洗干凈即可。
