一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青及混合料的工艺方法
技术领域
本发明涉及道路工程技术领域，特别涉及一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青及混合料的工艺方法。
背景技术
为满足我国现代交通（车流量大、载荷大）等要求，对SBS改性沥青需求量明显增加，目前已超过400万吨/年；但传统SBS改性沥青生产工艺复杂、加工设备投资大、生产成本高，特别是SBS改性沥青在生产、储运过程和SBS改性沥青混合料的拌合、摊铺、碾压过程都需要较高温度（一般≥175℃），SBS改性沥青的高温老化、离析不稳定、SBS改性沥青混合料的高温老化、大量有害气体排放造成环境污染和对施工人员的健康影响等弊端一直没得到很好的解决。虽然目前市场上有直投式SBS沥青改性添加剂，直投SBS改性剂是固体颗粒，使用过程是先与高温石料（180~195℃）拌和，再加入热沥青（160~185℃）拌和，两步拌和法增加了拌和时间,摊铺、碾压需要在高温下进行，又很难保证SBS改性沥青混合料的质量。
降低SBS改性沥青混合料的生产、施工等过程中的温度是一种发展趋势，发泡沥青混合料温拌技术可降低沥青混合料的生产、施工等过程中的温度。
但是，目前发泡沥青混合料温拌技术，绝大部分是用基质沥青发泡生产泡沫基质沥青混合料，泡沫基质沥青温拌混合料路用性能低，不能满足现代交通车流量大、载荷大等要求。
目前也有使用SBS改性沥青发泡制备发泡SBS改性沥青混合料，但是SBS改性沥青因其内聚力强，发泡需要的温度高，发泡难度大，导致发泡SBS改性沥青混合料温拌技术仍然没有得到大量推广。
开发一种可以很好的解决上述技术缺陷的发泡SBS改性沥青的工艺方法具有显著的经济和社会效益。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青及混合料的工艺方法。
本发明的技术方案为：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法，%20SBS胶乳作为发泡剂和改性剂与热的基质沥青通过含有胶体磨的发泡系统制备泡沫SBS改性沥青。
其中所述的SBS胶乳为市售的SBS胶乳（如湖南亚橡生产的SBS胶乳）或自制的SBS胶乳。
本发明方法中，利用SBS胶乳中的表面活性剂和水作为沥青发泡剂、SBS胶乳中的微小SBS颗粒（≤20um）作为沥青改性剂，按一定比例将SBS胶乳（常温）与热沥青通过胶体磨式发泡设备瞬间充分混合均匀，得到泡沫SBS改性沥青。
作为优选方案，SBS胶乳的质量为基质沥青质量的3%~15%。一定范围内SBS胶乳含量越高，得到的泡沫SBS改性沥青性能越好。
作为优选方案，热的基质沥青的温度为130℃~170℃。
进一步地，热的基质沥青的温度为130℃~150℃。
作为优选方案，SBS胶乳的固含量为35%~60%。
作为优选方案，常温的SBS胶乳与热的基质沥青混合。
一种泡沫SBS改性沥青混合料的温拌工艺，包括步骤：
1）SBS胶乳作为发泡剂和改性剂与热的基质沥青通过含有胶体磨的发泡系统制备泡沫SBS改性沥青；
2）步骤1）制备的泡沫SBS改性沥青与加热预拌的集料拌合，得到泡沫SBS改性沥青温拌混合料。
所述泡沫SBS改性沥青混合料的类别没有特殊限制，优选为《公路沥青路面设计规范》中述及的沥青混合料、沥青碎石、沥青玛蹄脂碎石类及采用旧沥青路面铣刨料代替部分集料制备得到的厂拌热再生沥青混合料等。
作为另一种方案，步骤1）制备的泡沫SBS改性沥青与加热预拌的集料拌合后，加入矿粉进行二次拌合，得到泡沫SBS改性沥青温拌混合料。
作为优选方案，SBS胶乳的质量为基质沥青质量的3%~15%。一定范围内SBS胶乳含量越高，得到的泡沫SBS改性沥青性能越好。
作为优选方案，步骤1）中，热的基质沥青的温度为130℃~170℃。
进一步地，步骤1）中，热的基质沥青的温度为130℃~150℃。
作为优选方案，步骤1）中，SBS胶乳的固含量为35%~60%。
作为优选方案，步骤1）中，常温的SBS胶乳与热的基质沥青混合。
作为优选方案，步骤1）制备的泡沫SBS改性沥青先进入泡沫沥青暂存罐再由暂存罐泵入拌合楼与热的集料拌合或步骤1）制备的泡沫SBS改性沥青直接进入拌合楼与热的集料拌合，得到泡沫SBS改性沥青混合料。
其中，拌合楼为市售的各种规格型号的热沥青混合料拌合楼。
作为优选方案，步骤2）中，加热预拌的集料的温度为130~200℃。
进一步地，加热预拌的集料的温度为130~165℃。
作为优选方案，所述集料中包括0%~100%的旧沥青路面铣刨料。
进一步地，所述集料中包括0%~90%的旧沥青路面铣刨料。采用旧沥青路面铣刨料代替部分集料制备得到的厂拌热再生沥青混合料。
本发明的有益效果为：
1、直接利用SBS胶乳作为发泡剂和改性剂代替水通过含有胶体磨的发泡系统对基质沥青进行发泡，制备泡沫SBS改性沥青；不需要事先将基质沥青利用SBS改性制备SBS改性沥青，同时也解决了泡沫基质沥青温拌混合料路用性能低或SBS改性沥青发泡难的技术难题；节约SBS改性沥青生产成本80%以上，具有显著的经济效益和社会效益；
2、利用本发明方法生产泡沫SBS改性沥青或泡沫SBS改性沥青混合料，可省去SBS改性沥青生产设备的投资；
3、降低发泡过程中基质沥青的温度30℃以上，避免SBS改性沥青在生产、储运过程中的高温老化，且节约能源；
4、降低泡沫SBS改性沥青混合料的拌合、摊铺、压实等生产施工过程中的温度（30℃以上），避免SBS改性沥青混合料的高温老化，延长使用寿命20%以上，且节约能源，绿色低碳环保；
5、集料的种类和级配均不受限制，利用本发明方法可以制备各种泡沫SBS改性沥青混合料。
6、本发明获得的泡沫SBS改性沥青混合料，路用性能达到或优于传统热拌SBS改性沥青混合料的性能。
具体实施方式
一、泡沫SBS改性沥青的制备
实施例1：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（135℃），并与30%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
实施例2：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（140℃），并与50%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
实施例3：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（135℃），并与80%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
实施例4：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（140℃），并与100%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
实施例5：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（140℃），并与120%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
实施例6：
一种SBS胶乳制备泡沫SBS改性沥青的工艺方法：
将1000%20g基质沥青加热至熔融状态（140℃），并与150%20g固含量为40%的常温SBS胶乳同时注入含有胶体磨的发泡系统，SBS胶乳中的表面活性剂和水作为发泡剂、其中的SBS作为改性剂，在含有胶体磨的发泡系统的作用下得到泡沫SBS改性沥青。
在本实施例中以上各实施例中所说的“含有胶体磨的发泡系统”包含基质沥青储罐、沥青泵及流量计、胶乳储罐、胶乳泵及流量计、胶体磨、泡沫沥青储存系统、相关管线及阀门、控制系统等。其中，泡沫沥青储存系统，即，泡沫沥青暂存罐具有加热系统、恒压控制系统、搅拌装置、进出口以及泡沫沥青进出计量系统。
现阶段，沥青发泡效果指标一般为最大膨胀率及半衰期(s)，最大膨胀率是指沥青发泡时的最大体积与沥青原体积的比值，沥青的膨胀比越大，施工和易性越好；半衰期是指沥青发泡达到最大体积时刻到泡沫消散到最大体积一半所需的时间，半衰期越长，沥青泡沫衰落速率越低，则施工中能提供的有效拌和时间越长。泡沫沥青一般要求最大膨胀率大于6倍，半衰期大于10%20s。
实施例1-6所制备的泡沫SBS改性沥青的发泡性能见表1。
表1%20实施例1-6所制备的泡沫SBS改性沥青的发泡性能
由表1可见，本发明制备的泡沫SBS改性沥青的半衰期、膨胀率均远超泡沫沥青的一般要求。
本发明制备的泡沫SBS改性沥青与基质沥青、I-D级改性沥青的指标对比如表2所示。
表2 本发明制备的泡沫SBS改性沥青与基质沥青、I-D级改性沥青的指标对比
由表2可知，随着SBS胶乳量的增加，泡沫SBS改性沥青的性能越来越好，SBS胶乳直投添加量2%即可达到I-D改性沥青的指标要求。因此，根据最终泡沫SBS改性沥青的性能要求，SBS胶乳直投改性剂的量可随时调整。
二、泡沫SBS改性沥青混合料的制备及性能
实施例7
一种泡沫SBS改性沥青混合料温拌工艺，包括步骤：
1）实施例1制备的泡沫SBS改性沥青与130~165℃的预拌的集料拌合；
2）加入矿粉进行二次拌合，得到泡沫SBS改性沥青温拌混合料。泡沫SBS改性沥青温拌混合料的出料温度为120~150℃。
泡沫SBS改性沥青混合料的类别没有特殊限制，优选为《公路沥青路面设计规范》中述及的沥青混合料、沥青碎石、沥青玛蹄脂碎石类及采用旧沥青路面铣刨料代替部分集料制备得到的厂拌热再生沥青混合料等。
以AC-13级配改性沥青混合料为例进行对比：
集料为10～15mm和5～10mm的玄武岩以及0～5mm机制砂，矿粉为石灰岩矿粉，集料各项指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)的要求。
矿料合成级配如下表3所示。为对比需要，所采用的沥青油石比均为4.8，其中泡沫沥青根据固含量折算出的纯沥青用量进行油石比计算
表3 集料合成级配
采用普通的I-D级SBS改性沥青与实施例4、实施例5制备的泡沫SBS改性沥青与上述合成级配的集料拌合，并进行击实成型。温度条件对比如表4所示，所得混合料击实成型后性能如表5所示。
表4 施工温度对比表
表5 混合料性能对比
由表4、表5可知，SBS胶乳直投改性泡沫沥青混合料的性能达到甚至超过I-D级SBS改性沥青混合料的性能，且材料加热温度，拌和温度等都明显降低，具有显著的节能降耗效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
