改性瀝青生產(chǎn)過程及成品的質(zhì)量控制策略分析

王 妍

四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1 引言

改性瀝青是現(xiàn)代道路建設(shè)中道路路面的主流材料之一，其能夠在極大程度上提升道路路面的性能，延長道路使用期限。但同時，改性瀝青自身的生產(chǎn)制備過程與質(zhì)量控制都是較為復(fù)雜的，這就需要我們對其進行深入研究，尤其要掌握好改性瀝青生產(chǎn)的工藝程序及其中的要點，并了解其性能指標以便對其成品質(zhì)量加以有效控制。此處就圍繞改性瀝青生產(chǎn)過程與成品質(zhì)量控制展開相關(guān)探討。

2 改性瀝青及其改性原理

改性瀝青是一種瀝青混合料，屬于聚合物范疇。改性瀝青實際上就是在瀝青中添加橡膠、樹脂、高分子聚合物、橡膠粉以及其他填料的改性劑從而使瀝青的性能得到改良。經(jīng)過改良后的瀝青就變成了一種瀝青混合料，擁有了更強的質(zhì)量性能?？梢哉f，改性瀝青制作最主要的就是改性劑的添加。目前，改性瀝青中所使用的改性劑根據(jù)其制備和成分不同可分成天然材料、人工材料、有機材料以及無機材料等。而在改性劑的添加技術(shù)上，則又有直接添加改性劑、添加摻加抗剝離劑以及添加抗老化劑等。各種混合技術(shù)都可以針對性的提升瀝青的某一方面性能。而隨著改性瀝青技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代改性瀝青制備工藝也在不斷完善與優(yōu)化中，這就需要對此展開一定的研究。

從改性瀝青的改性應(yīng)原理進行分析，瀝青材料性能的變化主要是依靠改性劑本身的特性以及改性劑與瀝青材料混合后對瀝青結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的改變來達到改性目的。例如在橡膠樹脂類改性瀝青中，其主要成分為SBS。這是一種苯乙烯—丁二烯—苯嵌段式聚合物。其本身的分子結(jié)構(gòu)使得該材料具有較高強韌度與較高強度，同時在高溫度下又會形成流體狀態(tài)，這就使得該分子材料運用到瀝青改性中能夠使瀝青材料在高溫時的穩(wěn)定性以及在低溫時的抗裂性都得到明顯提升。進一步從分子狀態(tài)角度去分析SBS改性原理則可以發(fā)現(xiàn)SBS聚合物是以微米級粒子存在于瀝青之中，同時很少一部分分子與分子鏈會溶解并分散在瀝青內(nèi)，而另外相當一部分大分子則以一種彼此纏繞、聯(lián)結(jié)的溶脹狀態(tài)分散在瀝青材料中，從而使得這些不同的存在狀態(tài)在轉(zhuǎn)化過程中能夠產(chǎn)生不同流變學(xué)規(guī)律與改性效果，而這就會進一步影響到瀝青材料的性能。

3 改性瀝青生產(chǎn)過程分析

改性瀝青的生產(chǎn)實質(zhì)上就是要解決好改性劑的使用問題，并依據(jù)改性劑特性優(yōu)化生產(chǎn)工藝。此處就結(jié)合SBS改性瀝青的生產(chǎn)對其生產(chǎn)過程進行分析。

3.1 改性瀝青生產(chǎn)的基本配置要求

改性瀝青的生產(chǎn)需要有相應(yīng)地設(shè)備支撐。其中所涉及的設(shè)備包含SBS 與穩(wěn)定劑稱重系統(tǒng)、SBS 料倉、控制電腦、高溫瀝青泵以及設(shè)備控制系統(tǒng)。SBS與穩(wěn)定劑稱重系統(tǒng)需要確保具備自動計量功能，用以對瀝青進行配伍。SBS料倉需要依據(jù)瀝青瞬時流速、總量進行輸送速度與加入量控制?？刂齐娔X需要能夠顯示與記錄瞬時和累計流量并進行打印輸出。高溫瀝青泵需要包含變頻控制功能，以便對瀝青流量與總量、生產(chǎn)速度等進行調(diào)控，從而可依據(jù)不同批次生產(chǎn)需求對總量進行設(shè)計。同時，改性過程中的助溶劑計量與泵送也需要由變頻控制器進行控制，如此方能對其泵送流量與總量加以有效調(diào)控?，F(xiàn)代自動化技術(shù)的發(fā)展也是的改性生產(chǎn)設(shè)備的自動化水平不斷提升，因此在選擇設(shè)備控制系統(tǒng)時要盡可能確保其具有良好的自動化控制性能，以便能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的生產(chǎn)速度、瀝青與助溶劑流量與總量、改性劑與穩(wěn)定劑重量與累積量、溫度、壓力、液位等進行自動化控制。

3.2 整機生產(chǎn)過程分析

在整機生產(chǎn)過程中，主要涉及生產(chǎn)前準備工作、連續(xù)生產(chǎn)過程控制以及自動化生產(chǎn)過程控制三方面內(nèi)容。

3.2.1 生產(chǎn)前準備工作

在改性瀝青生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)前的準備是必不可少的一環(huán)。首先，生產(chǎn)之前需要對各種設(shè)備進行預(yù)熱，保證設(shè)備能夠處于最佳生產(chǎn)狀態(tài)，避免預(yù)熱不足而在生產(chǎn)過程中對設(shè)備零部件造成損傷。其次，要對控制系統(tǒng)、瀝青泵、攪拌器、膠體磨、液位儀、溫度儀表、壓力儀、電流表等進行嚴格檢查，確保所有設(shè)備都能夠處于正常狀態(tài)。再次，根據(jù)所生產(chǎn)的改性瀝青類型進行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如生產(chǎn)總量、生產(chǎn)速度、液位、各種添加劑的配比、溫度、壓力、液位、攪拌時間等。最后，要對各種管線進行提前設(shè)定，保證其科學(xué)合理性。

3.2.2 連續(xù)生產(chǎn)過程

連續(xù)生產(chǎn)過程主要是依靠已經(jīng)設(shè)定好的生產(chǎn)量、生產(chǎn)速度、配比及相關(guān)工藝參數(shù)在自動化設(shè)備的控制下進行連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)。其實際生產(chǎn)工藝流程為以下幾點。

（1）升溫操作。主要是將基質(zhì)瀝青在升溫罐與換熱器中提升到生產(chǎn)所需溫度。

（2）改性材料的混合。該過程主要是利用混合罐、發(fā)育罐進行瀝青、改性劑、助溶劑、穩(wěn)定劑等按照劑量進行混合。其具體操作流程為：先利用自動開啟閥門與瀝青泵進行瀝青的泵送，然后再通過瀝青流量計量對瀝青泵的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)使之逐漸達到預(yù)定的生產(chǎn)速度。在其液位快達到混合罐一半液位時依次開始啟動攪拌電機、星形喂料器電機上料器電機等，并同時向混合罐中添加改性劑與穩(wěn)定劑。隨后利用電子秤進行相關(guān)助劑重量的計量并對星形喂料器轉(zhuǎn)速加以調(diào)節(jié)。

（3）進行膠體磨研磨操作。該過程主要是通過開啟膠體磨與瀝青泵來使材料進入發(fā)育罐，然后再通過調(diào)節(jié)瀝青泵轉(zhuǎn)速以及混料罐液位來穩(wěn)定液位以保證符合連續(xù)生產(chǎn)要求。在液位達到罐體三分之一時會進一步打開攪拌電機，隨后在液位逐漸達到最大設(shè)定值時再依次將上述打開的各種設(shè)備關(guān)閉掉。

（4）進行改性材料發(fā)育。在該生產(chǎn)過程中，需要選擇好發(fā)育罐與瀝青管路，然后在液位上升到一定高度后就可以進行發(fā)育攪拌。當發(fā)育罐生產(chǎn)量達到預(yù)定要求時，就需要對攪拌時間進行計算，在到達攪拌時間并發(fā)出報警后關(guān)閉相關(guān)設(shè)備。在該階段，發(fā)育罐中的溫度是十分關(guān)鍵的，這需要通過智能儀表設(shè)備對其溫度進行嚴格控制。通常情況下發(fā)育罐內(nèi)溫度需要維持在170℃以上，并保證發(fā)育不少于2 小時。最后在檢驗合格之后就可以利用瀝青泵將改性瀝青成品泵出。

3.2.3 自動化生產(chǎn)過程分析

采用重復(fù)測量方差分析法，對兩組被試在不同時間點(前測、后測、追蹤)的IAS得分進行比較.采用Mauchly球形檢驗，滿足協(xié)方差矩陣球?qū)ΨQ(P>0.05).從表3可知，IAS的時間效應(yīng)和交互效應(yīng)均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05).經(jīng)簡單效應(yīng)分析可知，與干預(yù)前相比，兩組被試的IAS得分都有所下降，但與對照組相比，實驗組IAS得分呈現(xiàn)顯著降低，其中后測和追蹤測試結(jié)果顯著低于前測(P<0.05).

自動化生產(chǎn)過程是將整個連續(xù)的改性瀝青生產(chǎn)過程以一種自動化程序來完成，從而在最大程度上提升生產(chǎn)效率，減少人工生產(chǎn)的巨大人力投入。自動化生產(chǎn)主要包含以下程序。

（1）對基質(zhì)瀝青進行升溫。在自動化生產(chǎn)程序啟動后，第一部工作就是啟動升溫罐內(nèi)的瀝青泵對輸送的瀝青進行升溫。這個過程中瀝青泵送會由升溫罐根據(jù)瀝青液位進行自動控制。罐內(nèi)通過設(shè)置浮球來對其液位高限進行控制。同時升溫過程會根據(jù)提前設(shè)定好的溫度上、中、下限對瀝青溫度進行自動檢測，并依據(jù)溫度情況自動調(diào)節(jié)火力大小，從而使瀝青溫度能夠維持在生產(chǎn)要求溫度。

（2）進行混料配比與攪拌。該過程與連續(xù)生產(chǎn)過程中的相關(guān)環(huán)節(jié)類似，只是其生產(chǎn)以一種自動化狀態(tài)進行操作。首先開啟混料罐瀝青泵并通過變頻調(diào)節(jié)來控制瀝青流速。在混料罐液位達到一定程度后就會自動進行攪拌，在此過程中還會根據(jù)液位不斷添加SBS材料。此外，該過程中設(shè)備會根據(jù)基質(zhì)瀝青流速與事先設(shè)定好的配比來自行調(diào)節(jié)喂料速度，從而配比的良好恒定性。

（3）進行過磨生產(chǎn)。該過程主要是膠體磨研磨的自動化操作。在攪拌液位達到設(shè)定液位時，膠體磨研磨系統(tǒng)就會開啟并對混合材料進行過磨操作。在此過程中生產(chǎn)泵始終保持自動化調(diào)節(jié)，從而使混料罐內(nèi)的液位能夠始終保持在最佳狀態(tài)以確保過磨操作的穩(wěn)定性。由于自動化系統(tǒng)具有自動監(jiān)測功能，因此能夠?qū)^磨程序進行嚴格監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常則會進行報警，如此可以最大程度上確保該過程生產(chǎn)的安全性。

（4）自動化下料操作。在自動化生產(chǎn)中，SBS下料的操作也是自動化進行的，其主要通過兩料倉交替稱重來實現(xiàn)自動化下料，期間會對改性添加進行自動計算，然后根據(jù)SBS配比來對喂料進行實時變頻調(diào)節(jié)，從而確保其各種添加劑的配比能夠始終滿足生產(chǎn)工藝要求。

（5）自動化結(jié)束生產(chǎn)。在上述各生產(chǎn)程序完成之后且質(zhì)量達到要求，其混料罐基質(zhì)泵就會自行停止工作。同時由于生產(chǎn)過程停止之前已經(jīng)將添加料完成，所以預(yù)留的瀝青可以對管線進行沖洗。同時混料罐將所有瀝青都泵送完成后就會自動將相關(guān)設(shè)備關(guān)閉掉，從而完成上述一系列自動化生產(chǎn)過程。

（6）自動化發(fā)育攪拌操作。在上述一系列程序完成后，就可以開始下一步的自動化發(fā)育攪拌過程。該過程中發(fā)育攪拌會根據(jù)罐內(nèi)液位情況自動啟動攪拌，同時發(fā)育攪拌的過程利用液位變送器與浮球液位計進行同時控制，能夠最大化的保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)溢罐問題。除自動化啟停外，發(fā)育攪拌過程還必須能夠依靠人工進行啟停干預(yù)，如此在遇到故障問題時則可以人工對發(fā)育攪拌過程進行中斷。

4 改性瀝青成品質(zhì)量控制策略

由于改性瀝青生產(chǎn)過程復(fù)雜，且不同場景下使用的改性瀝青其性能要求也各不相同，這就需要在生產(chǎn)過程中對改性瀝青成品進行必要的質(zhì)量控制。具體而言，改性瀝青成品質(zhì)量控制可以采取以下幾方面策略。

4.1 明確改性瀝青的性能指標

改性瀝青成品質(zhì)量控制的指標主要涉及改性劑劑量與相關(guān)關(guān)鍵性控制指標。對于改性瀝青而言，其性能本身與基質(zhì)瀝青就存在較大差異，所以針對其質(zhì)量實施評價的指標也必然有所不同。其中改性劑劑量就會在一定程度上影響改性瀝青的性能，不同的劑量其最終改變的瀝青性能也是存在差異的。對此，在生產(chǎn)過程中就需要根據(jù)實際需求科學(xué)確定改性劑劑量，然后再根據(jù)改性劑使用劑量來進一步確定改性瀝青的軟化點、黏度、延度等關(guān)鍵性指標。而這些關(guān)鍵性指標恰恰就是成品質(zhì)量控制中需要予以高度關(guān)注的。一般而言，生產(chǎn)過程需要嚴格按照改性瀝青軟化點衰減、5°延度以及135°黏度指標來對瀝青成本質(zhì)量進行控制，同時對生產(chǎn)過程中改性劑的劑量、各項操作都按照規(guī)定進行控制，如此方能最大限度的保證改性瀝青性能。

4.2 實施動態(tài)性、過程性質(zhì)量管控

改性瀝青成品的質(zhì)量控制是一項系統(tǒng)性工作，其需要將質(zhì)量控制全面滲透到改性瀝青生產(chǎn)的全過程中，如此就形成了對瀝青質(zhì)量的動態(tài)化、過程性管控。這種管控思路有助于從源頭起就對各個環(huán)節(jié)進行嚴格把控，確保材料質(zhì)量與生產(chǎn)過程中各項操作的規(guī)范性。同時，改性瀝青本身的檢驗周期較長，所以其最終結(jié)果出來時可能已經(jīng)進行了大量生產(chǎn)，如果成品檢測質(zhì)量存在問題，則意味著之前的生產(chǎn)都將失去意義。所以，過程性、動態(tài)化的控制也有利于及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中存在的問題，從而減少返工和材料浪費問題。具體而言，改性瀝青的動態(tài)性、過程性質(zhì)量控制需要做好以下幾方面工作。

一是要嚴格把控改性瀝青的生產(chǎn)中材料配比的試配工作。配比試配是影響最終改性瀝青成品質(zhì)量的關(guān)鍵，也在一定程度上影響整個生產(chǎn)流程的設(shè)計。因此在前期準備工作階段就需要對此項工作進行嚴格把關(guān)。具體而言，生產(chǎn)之前要科學(xué)確定出生產(chǎn)中的穩(wěn)定劑及其摻量，然后進行嚴格的技術(shù)檢驗并在此過程中找到穩(wěn)定劑及其摻量間的關(guān)系，從而為后續(xù)瀝青成品質(zhì)量檢測提供依據(jù)。

二是要對生產(chǎn)過程中研磨的充分行性進行把關(guān)。這是因為研磨過程會對其產(chǎn)品成品的最終質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，所以這也是質(zhì)量控制的重要內(nèi)容之一。一般情況下，SBS類型的改性瀝青其生產(chǎn)中的研磨時間應(yīng)保持在30min以上。同時由于研磨過程會受到研磨設(shè)備的影響，所以還需要對膠體磨的性能進行把控，保證其能夠承受高溫、高壓下運轉(zhuǎn)的壓力。此外，研磨過程中物料的均混粒度與膠溶效果也是影響研磨的關(guān)鍵，所以質(zhì)量控制中也必須對此項工作進行嚴格控制。最后，則需要對研磨之后的繼續(xù)發(fā)育攪拌時常進行控制，如SBS 類型改性瀝青的發(fā)育時間一般不能少于30min。

三是進行改性劑檢查。該檢查內(nèi)容主要針對的是改性劑的分布狀態(tài)與細度。這是因為改性劑狀態(tài)也會影響改性瀝青最終成品質(zhì)量。實際檢測中需要利用熒光顯微鏡作為檢測設(shè)備，并按照標準對改性劑在瀝青中的分散情況進行檢查。一般情況下改性劑分布狀態(tài)應(yīng)以均勻、穩(wěn)定分散為基本要求，且在瀝青中不存在結(jié)團或呈現(xiàn)絮狀的問題。

四是要嚴格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范對改性瀝青的各項關(guān)鍵指標進行嚴格檢查。這期間以試驗檢測為主。該方法能夠?qū)ιa(chǎn)過程的質(zhì)量情況進行初步判斷，從而為保證后續(xù)大規(guī)模生產(chǎn)的質(zhì)量起到促進作用。

5 結(jié)束語

綜上所述，改性瀝青在現(xiàn)代公路建設(shè)中的廣泛使用使得其成品的質(zhì)量控制工作越來越重要。而為保證改性瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量，一方面要明確好改性瀝青的相關(guān)關(guān)鍵指標如改性劑劑量、延度、軟化點等，另一方面則需要對整個生產(chǎn)過程對照相關(guān)技術(shù)標準與規(guī)范進行嚴格把關(guān)，實施動態(tài)化、過程性的質(zhì)量控制，如此方能最大程度上保證改性瀝青生產(chǎn)質(zhì)量與性能，從而使該材料能夠?qū)ΜF(xiàn)代城市建設(shè)發(fā)揮更大作用。