全世界的筑路需求掀起了瀝青及石油其他成分的需求熱潮。同時(shí),隨著蒸餾技術(shù)不斷提高,最終殘留物(瀝青)越來(lái)越少了,而道路交通量的增長(zhǎng)和持續(xù)加重的道路負(fù)荷卻要求其有更好性能。
因此,提高瀝青質(zhì)量的唯一途徑就是利用某些添加劑。由于在當(dāng)時(shí)的屋頂材料工業(yè)中已經(jīng)在“在瀝青中加入某些塑性材料,以獲取更好性能”這一領(lǐng)域積累了相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。那么,最簡(jiǎn)單的辦法就是利用已有的研究成果,并確認(rèn)其是否可用于筑路行業(yè)。20世紀(jì)初,人們開(kāi)始將某些種類(lèi)的添加劑加入到瀝青中去(第一種嘗試便是通過(guò)加入天然橡膠進(jìn)行瀝青改性),研究提高瀝青品質(zhì)性能的方法。科學(xué)家們使用了各種類(lèi)型的聚合物:SBS,EVA,EMA,以及PE。他們以此為基礎(chǔ),開(kāi)始了道路用瀝青改性的研究。
1 生 產(chǎn)
聚合物改性瀝青的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)廣為人知并且是較為成熟的工藝。經(jīng)過(guò)首次在屋頂材料設(shè)備試驗(yàn)之后,針對(duì)于道路應(yīng)用的一種特定技術(shù)也被開(kāi)發(fā)出來(lái)?,F(xiàn)在,有許多種的工業(yè)設(shè)備可供選擇,用以進(jìn)行聚合物瀝青的改性。聚合物改性瀝青生產(chǎn)既可在精煉廠進(jìn)行,也可以在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
聚合物改性瀝青生產(chǎn)主要采用兩種體系:連續(xù)生產(chǎn);分批次生產(chǎn)。
第一種生產(chǎn)方式只適用于線性SBS,為了可以將成品運(yùn)送給承包商,此法主要被精煉廠采用進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
第二種生產(chǎn)方式主要被承包商所采用進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn),或是被某些商業(yè)公司采用進(jìn)行生產(chǎn),再賣(mài)給最終用戶(hù)。此法可適用于幾乎迄今所知的所有類(lèi)型的聚合物。
無(wú)論采用哪種生產(chǎn)方式(連續(xù)或批次),聚合物改性瀝青加工設(shè)備的核心即是磨機(jī)。目前,市場(chǎng)上有好幾種磨機(jī),雖然被用于聚合物改性瀝青的生產(chǎn),但是其主要是為其他領(lǐng)域的用途而設(shè)計(jì)的(例如食品、化工及木加工業(yè)等)。MASSENZA開(kāi)發(fā)研制出自己設(shè)計(jì)的磨機(jī),專(zhuān)為聚合物改性瀝青生產(chǎn)而設(shè)計(jì),并被證實(shí)擁有在此領(lǐng)域中的極佳性能。另外,MASSENZA還開(kāi)發(fā)了一套帶有可變速的磨機(jī)進(jìn)料泵的特別系統(tǒng),這樣,就使磨機(jī)徹底擺脫了還要起泵的作用的功能 磨機(jī)現(xiàn)在可以以全部功率進(jìn)行剪切工作 并且可以控制流量,可以保證磨機(jī)總是以最大輸出量工作。
注1:技術(shù)上,asphalt經(jīng)常作為bitumen的同義詞來(lái)使用;由此,我們提到的bitumen mix(bitumen binder)與asphalt mix(asphalt binder)均為相關(guān)物質(zhì)。
1.1 連續(xù)生產(chǎn)
熱瀝青與粉狀或碎屑狀態(tài)的聚合物一起,先被送入一個(gè)低速剪切的預(yù)混合罐中―此過(guò)程需要用非常精確和復(fù)雜的儀器來(lái)控制流量―在此過(guò)程中瀝青會(huì)“潮化”聚合物。預(yù)混合階段之后,瀝青/聚合物的混合物通過(guò)一個(gè)高速剪切磨機(jī),獲得所要求達(dá)到的分散(混融)狀態(tài)。然后被送入特殊的存儲(chǔ)罐(帶有攪拌系統(tǒng),防止出現(xiàn)離析現(xiàn)象),所謂的熟化將在這兒發(fā)生。熟化時(shí)間根據(jù)瀝青的種類(lèi)、聚合物的類(lèi)型、高速剪切磨機(jī)的控制情況和流量情況以及瀝青的溫度的不同而會(huì)有所不同。
連續(xù)混合加工設(shè)備一般需要有很大的純?yōu)r青儲(chǔ)存量和幾個(gè)大的帶攪拌設(shè)備的改性瀝青成品儲(chǔ)存罐。
瀝青通過(guò)升數(shù)計(jì)數(shù)器或更為精確的質(zhì)量流量表(Corioli 系統(tǒng))進(jìn)入小的預(yù)混合罐。聚合物流量由一套帶失重計(jì)算誤差的稱(chēng)量系統(tǒng)控制。
有時(shí)使用內(nèi)置管式靜態(tài)混合裝置來(lái)注射進(jìn)一些芳香族物質(zhì)來(lái)改變?yōu)r青的化學(xué)結(jié)構(gòu),以獲得更好的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。
一臺(tái)可變速泵將瀝青/聚合物的混合物從與混合罐輸送給磨機(jī)。改變這臺(tái)泵(主泵)的轉(zhuǎn)速,純?yōu)r青和聚合物的進(jìn)料系統(tǒng)會(huì)根據(jù)主泵的變化自動(dòng)調(diào)整進(jìn)給量(保持比例不變)。
泵給系統(tǒng)可通過(guò)PC或PLC來(lái)進(jìn)行控制,帶有特殊軟件,通過(guò)變頻器來(lái)改變泵的轉(zhuǎn)速。
這一套系統(tǒng)帶有一個(gè)或兩個(gè)磨機(jī),即可達(dá)到10~40t/h的產(chǎn)量。
1.2 批次生產(chǎn)
批次生產(chǎn)方式帶有一個(gè)或更多的混合罐(一般為兩個(gè)),瀝青和聚合物按一定的量送入其中并進(jìn)行預(yù)混合,然后被輸送至高速剪切磨機(jī),其經(jīng)過(guò)磨機(jī)的遍數(shù)可根據(jù)需要設(shè)定。(圖8、9、10、11)
為了獲得更好的效果,混合罐最好為方形截面,即是說(shuō)混合罐的直徑或是寬度的尺寸應(yīng)與高度相同。為避免離析現(xiàn)象,混合罐內(nèi)應(yīng)裝備強(qiáng)有力的攪拌器,通過(guò)磨機(jī)前,渦輪葉片可以將質(zhì)量較輕的成分(聚合物)均勻混融到瀝青中?;旌衔锼璧耐ㄟ^(guò)磨機(jī)的遍數(shù)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)得。當(dāng)混合物最后一遍通過(guò)磨機(jī)后,成品可被輸送至瀝青拌和站或儲(chǔ)存罐或?yàn)⒉架?chē)。
我們?cè)僖淮螐?qiáng)調(diào),設(shè)備的生產(chǎn)率是同許多因素密切相關(guān)的,例如,泵、磨機(jī)、混合罐的大小、型號(hào);聚合物的種類(lèi)、數(shù)量、大小,瀝青的相容性;加工過(guò)程中瀝青的溫度;自動(dòng)或人工操作。根據(jù)實(shí)際的需求,有幾種不同的解決方案可供選擇。
為了提高產(chǎn)量,可在混合罐和磨機(jī)之間安裝一個(gè)可變速的泵,來(lái)保持磨機(jī)可以總以最大輸出量進(jìn)行工作。
由于精煉工藝的不同,某些國(guó)家的瀝青的氧化級(jí)配會(huì)有所不同;氧化的瀝青在穩(wěn)定性方面會(huì)存在一些問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,需要用特殊的油或溶劑來(lái)對(duì)彈性體成分進(jìn)行預(yù)處理。此種情況下,設(shè)備需要裝備一個(gè)進(jìn)給泵和稱(chēng)量裝置來(lái)加入這些成分。
2 聚合物改性瀝青的儲(chǔ)存和運(yùn)輸
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