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改性乳化沥青的生产与应用

发布时间:2019-3-4 15:59:27   点击:478次
沥青,包含乳化沥青在内,作为路面资料,在必定的温度范围内是以粘弹态存在。跟着温度的逐步下降,弹性也会逐步下降,脆性不断增加,硬度不断加大。当温度降至某一数值时,沥青便没有弹性,而转变为脆硬状况,称为玻璃态。跟着温度的逐步升高,沥青渐突变软,弹性逐步下降。当温度增加到某一数值时,沥青就会软化至活动状况,完全失去弹性,称为粘流态。沥青只要在粘弹态对应的温度范围内,才干发挥其正常的运用功能。而沥青在粘流态和玻璃态对应的温度范围内,其运用功能敏捷下降,若铺筑路面,路面将极易发作病害,不能满意车辆行驶的要求。鉴于沥青自身的粘弹态区间是十分小的,若把基质沥青直接铺筑路面,将很难满意现代公路的功能要求。为了扩展沥青自身的粘弹态区间,扩展有用运用范围,现代人们用的最常见最遍及的办法就是对沥青进行改性。通过改性后的沥青不光可以抗高温、抗低温,而且具有抗车辙等杰出的运用功能,因而,现代的公路建设基本全部都是运用的改性沥青。尽管改性沥青具有许多长处,但改性沥青有必要要在较高的温度下才干到达搅搅拌碾压的黏度要求(一般为160~170℃左右),对施工条件和施工周期有必定的局限性,而且对能源和资源耗费量大,而乳化沥青可以很好的补充它的缺乏。乳化沥青有许多长处,其不光可以冷施工、进步搅拌均匀性,而且可以节省近20%的沥青原资料,一起还可以扩展施工周期、减小污染等,因而已得到广泛运用。可是乳化沥青本质上只是沥青的另一种存在方式,因而沥青自身的粘弹态区间小的这一缺点并没任何改变。现代工程对乳化沥青的高温功能、低温功能、抗老化功能、抗车辙功能以及刻苦性等功能都提出了极高的要求,这也就推动了改性乳化沥青的产生和开展进程。

改性乳化沥青可以通过对高分子聚合物改性沥青进行乳化得到,也可以是以乳液状高分子聚合物对乳化沥青进行改性得到。改性乳化沥青是一种集改性沥青和乳化沥青的长处于一体的新式路面结合资料,具有十分好的高低温功能、抗老化功能、抗裂功能和耐疲惫功能等。改性乳化沥青可运用于沥青路面的裂缝管理、稀浆封层和微表处等许多方面。

改性乳化沥青的出产工艺

改性乳化沥青的出产与制备有必要通过两个工艺进程:沥青的乳化和沥青的改性。依据对沥青乳化和改性的顺序不同,其出产和制备可以分为两种办法:对乳化沥青改性(先对沥青乳化,然后对乳化后的沥青进行改性)和对改性沥青乳化(先对沥青改性,然后对改性后的沥青进行乳化)。

乳化沥青的改性

对乳化沥青改性的办法,是先将沥青进行乳化得到乳化沥青,然后以改性剂(一般为乳液

状髙分子聚合物)对乳化后的沥青进行改性,一起按需加入必定的涣散稳定剂和其他添加剂制备而成。乳液状高分子聚合物也常称为胶乳。胶乳与乳化沥青的存在状况是相同的,在必定条件下,把两者掺配并用,就能完成对乳化沥青改性的意图。制备办法一般有三种:

榜首种办法称为二次热混合法。首要将热乳化剂水溶液与改良性剂胶乳在乳化机进混合,然后将该混合液与热熔沥青再次在乳化机中进行混合乳化。在第2次混合进程中,改性剂胶乳与热熔沥青在乳化机中混兼并涣散,终究得到改性乳化沥青

第二种办法称为一次热混合法。首要将热熔沥青与热乳乳化剂水溶液经乳化机乳化得到乳化沥青,然后立即将该乳化沥青送人乳化机与改性剂胶乳进行混合,然后出产出改性乳化沥青

第三种办法称为一次冷混合法。在常温下将沥青乳液送入乳化机与改性剂胶乳进行混兼并涣散,然后得到改性乳化沥青,其工艺流程图与一次热混合法基本相同。

因为二次热混合法具有许多长处,该办法不光制备效率髙、操作方便、进程易操控,而且出产的改性乳化沥青涣散性好、存储稳定性好,具有较好的改性效果,因而在实践出产中该工艺运用比较广泛,但该工艺的缺乏之处在于工艺流程长、能耗高。在一次热混合工艺中,胶乳和沥青颗粒在乳化机中机械混合,且混合时颗粒尺度较大,一起青颗粒和胶乳中聚合物改性剂颗粒的沉降速度不同,这将对改性乳化沥青的贮存稳定性和涣散的均匀性产生较大影响,而且出产的改性乳化沥青改性效果欠安,所以该工艺一般不被选用。一次冷混合法尽管在常温下进行,不需加热,可以减少能耗,而且工艺流程相对简单可是制备的改性乳化沥青,颗粒间的吸附、浸透和涣散程度有限,涣散效果和改性效果比前两种办法也较差,因而一般不被运用。

因为一种胶乳改性乳化沥青往往不能到达抱负的改性效果,因而,往往选用两种或多种胶乳复合改性的办法出产复合式改性乳化沥青,以满意更高的质量要求。复合改性乳化沥青的出产工艺要比一般改性乳化沥青的出产工艺复杂,它需求考虑许多的影响因素,如两种或多种改性剂胶乳和沥青乳化剂微粒离子彼此之间的电荷相一致和相匹配问题。

改性沥青的乳化

对改性沥青乳化的办法,是先以橡胶、热塑性弹性、热塑性树脂等高分子聚合物为改性剂,通过溶剂溶解或机械剪切效果,使其以细小打微粒均匀分布在沥青中,制得改性沥青,然后以出产出的改性沥青成品为基料,对其进行乳化而出产出改性乳化沥青。对改性沥青进打乳化的一般出产工艺流程。

在改性乳化沥青的出产进程中,因为改性沥青中聚合物改性剂以各种方式构成网状结构,黏度相对较大,乳化难度加大,因而在乳化进程中,需求乳化功能极优的乳化剂和剪切力足够大的乳化机。

在技能方面,改性沥青的乳化存在许多难题,详细如下:(1)在改性沥青中,聚合物改性剂呈网状结构,黏度较大,需求剪切力足够大的胶体磨才干将其乳化。胶体磨强度大又会破坏聚合物的网状结构,使改性效果变差。(2)因为对改性沥青乳化难度大,因而对乳化剂的乳化效果要求极高。(3)改性后的沥青黏度增大,需求在较高的温度下(一般16℃以上)贮存,较高温度的改性沥青直接与皂液(60~70℃)混合,将使皂液敏捷欢腾汽化,致使乳化困难。假如改性沥青的混合温度太低,则沥青黏度太大,也很难乳化。(4)经乳化后得到的改性乳化沥青的温度(100 ℃以上)仍然很高,乳液很简单破乳,稳定性很差。(5)沥青通过改性后,密度增大,致使乳化后的改性乳化沥青中颗粒简单聚沉、离析,贮存稳定性差。

沥青改性剂和沥青乳化剂

在出产和制备改性乳化沥青的进程中,沥青改性剂和沥青乳化剂起到十分重要的效果,也是把改性沥青和乳化沥青的优异功能充分发挥的要害因素。

沥青改性剂

沥青改性剂首要指掺加的橡胶、塑料等高分子聚合物,聚合物改性剂也是运用最广泛、研讨最深化的一大类改性剂。依照聚合物的性质,可以分为两大类:橡胶及热塑性弹性体类、塑料与合成树脂类。

橡胶及热塑性弹性体类改性剂。

1)天然橡胶:天然橡胶(Natural Rubber),具有高伸长率、高弹性、耐低温和高机械强度等长处,是一种功能优良的天然可再生资源,广泛地运用于飞机轮胎、沥青混合料等领域,在我国国民经济建设中占有十分重要的地位。NR首要是由顺1,4-聚异戊二烯构成的天然高分子化合物,分子量分布在10~180万之间。NR通常形状为片状固体,弹性模量约为2~4MPA,在常温和低温条件下具有较好的弹性,随温度的升高,逐步变粘软,弹性变差,至200℃时开端降解。NR的耐碱性较好,但不耐强酸。NR对错极性橡胶,在非极性溶剂(如四氯化碳、三氯甲烷等)中都能溶胀。因为天然橡胶中含有不饱和的双键,因而其抗老化功能较差,这使NR在某些特别的运用场合有必定的局限性。通过天然橡胶改性的乳化沥青可有用增强弹性,明显改善低温抗裂性和脆性。

2)嵌段共聚物SBS:SBS是苯乙烯-丁二稀-苯乙烯的嵌段共聚物。在出产改性沥青的聚合物资料中,SBS是目前世界上运用最为广泛的沥青改性剂。SBS是一种热塑性弹性体,依据其结构特色的不同,可以分为线型结构和星型结构。在SBS高分子链中,聚丁二烯链段的结尾都与聚苯乙烯链段相连,聚丁二烯链段(PB)间的彼此偶联则会构成SBS的星型结构或线型结构。在SBS的嵌段结构中,两端的聚苯乙烯链段(PS)彼此交联,构成硬段,叫做微区;而聚丁二烯链段彼此交联,构成软段,具有很高的弹性。硬段与软段是互不相容的,因而SBS具有两相结构。坐落端部的硬段(PS)分子彼此交联缔合,且这种缔合比较稳定,它可以与中间的软段(PB)进行化学结合,这就是SBS的微观两相别离结构。SBS的微观两相别离结构使其表现出热塑性弹性体的特性,即高温下具有塑料的活动性,常温下具有橡胶的弹性。沥青通过SBS改性后,具有更高的高温稳定性,有利于进步沥青路面的抗车辙功能;一起具有更好的低温功能、抗水危害功能、抗老化功能和抗蠕变功能等。

3)丁苯橡胶(SBR):丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚得到,它是世界上出产量最高、消费量最大的通用合成橡胶品种。在SBR分子中含有柔性链段,易被拉伸,且稳定性好,归纳性质优良,其许多功能挨近天然橡胶,因而在许多情况下可以替代天然橡胶运用。丁苯橡胶改性沥青的低温抗裂性和耐久性都很好,可是其高温功能较差。因为丁苯橡胶的惯例形态对错硫态化的,因而常温状况下贮存很简单凝结成团,所以在SBR改性沥青出产时,前期预处理相对比较费事,且存在能耗高的问题。

除此之外,氯丁橡胶、顺丁橡胶、废橡胶和再生橡胶、乙丙橡胶(EPM)、丁腈橡胶等也是可以用于沥青改性的橡胶及热塑性弹性体类的改性剂。

塑料与合成树脂类改性剂。

乙烯-乙酸乙烯酯聚合物(EVA)是一种常用的典型合成树脂,EVA树脂是以乙烯和乙酸乙烯醋为单体共聚得到的。经EVA改性制得的改性沥青,其低温功能和耐热功能都得到很好的改善。因为EVA改性沥青的黏度比较基质沥青不会增大许多,因而可以下降改性沥青的拌合和施工温度。EVA改性沥青的功能首要取决于乙酸乙烯的含量,乙酸乙烯的含量越高,改性沥青溶体越简单活动,柔軔性增加。EVA与沥青的相容性比较好,是十分好的沥青改性资料,可是EVA的价格较高,使EVA改性沥青的运用和推行遭到必定的约束。

除此之外,聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、A-烯烃类无规聚合物、环氧树脂等也是可以用于沥青改性的塑料与合成树脂类改性剂。

沥青乳化剂

乳化剂也是改性乳化沥青出产的要害原资料之一,尽管用量不大,可是起着十分重要的效果。在改性乳化沥青中,沥青之所以可以以微小的颗粒涣散在水中,这首要是因为乳化剂可以下降沥青-水体系的外表张力,这也是沥青乳化剂的最基本效果。沥青乳化剂分子既有亲水基团,又含有亲油基团,依据分子中亲水基团在水中的电离情况,可将乳化剂分为非离子型和离子型两大类。若依据离子型乳化剂电离出来的官能团电性,又衍生为阳离子型、阴离子型和两性离子型三类。

阴离子型乳化剂类型首要有羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯盐类、磷酸酯盐类,常用的是硬脂酸钠。羧酸盐类乳化剂外表活性高,可是不耐硬水。硫酸酯盐类乳化剂,乳化才能很强,并具有杰出的浸透性。磺酸盐类乳化剂首要有烷基苯磺酸盐、烧基磺酸盐、烷基萘磺酸盐,其水溶性好,外表活性高,且耐硬水。

阳离子型乳化剂的品种许多,首要有季铵盐类、烷基胺类、酿胺类、咪哇啉类和胺化木质素类。依据乳化沥青的破乳速度,阳离子型乳化剂可分为慢裂、中裂和快裂三种。与阴离子型沥青乳化剂比较,阳离子型沥青乳化剂具有乳化才能强、运用剂量小等长处。与阴离子型沥青乳化剂制备的沥青乳液比较,阳离子型沥青乳化剂制备的沥青乳液也表现出许多长处,其不光贮存稳定性好,而且与集料通过嵌入粘附的物理-化学效果,粘附效果十分好,且对酸碱骨料都能适用。因为阳离子型沥青乳化剂具有如此许多长处,因而,在沥青乳化剂中,它现已占主导地位。

两性离子型沥青乳化剂在水中可发作电离,而且乳化剂分子中的亲水基团,一起带有正负电荷。依据两性离子型乳化剂的分子结构和功能特色,可将其划分为三种:咪唑啉型、氨基酸型和甜菜碱型。

非离子型沥青乳化剂在水中不能发作电离,它是靠分子中的弱亲水基(如羟基、醚基)而溶于水中。依据非离子型乳化剂的分子结构和特色,可将其分为两大类:聚乙二醇型和多元醇型。

后两种乳化剂很少独自运用,一般和阴离子或者阳离子复配运用。乳化剂复配技能就是在一种乳化剂中加入另一种或者几种乳化剂或者添加剂,所构成的新溶液性质会发作明显改变,新溶液表现出来的性质并不是各组分性质的简单叠加,许多性质都是原组分所不具备的,即表现出一加一大于二的特性。复配后的乳化剂具有:乳化力强、乳液稳定性高、改善稀浆封层混合料的和易性、下降成本等长处。黄小胜等通过对比试验发现,单一的阳离子乳化剂对SBS的乳化效果欠安,而假如把某阳离子型乳化剂、非离子型乳化剂和阴离子型乳化剂依照3:1:1的比例复配后,则乳化效果明显进步。

改性乳化沥青的运用

改性乳化沥青可在公路工程中广泛运用,可以通过喷洒、贯人和搅拌摊铺的方法,运用于稀浆封层和微表处以及结构路面的底层和面层,也可以运用于沥青路面粘层油和透层油。运用改性乳化沥青铺路时,在常温下即可施工,不需将沥青和矿料加热,不光简化了操作工序,而且节约能源,一起对已损坏的沥青路面进行及时维护和修理具有重要效果。

改性乳化沥青在稀浆封层和微表处上的运用

所谓稀浆封层,就是将规定级配的细石料、水泥和乳化沥青搅拌成的混合料铺于路面,然后通过乳化沥青混合料的破乳、析水、蒸发和固化进程,而构成厚度为3~10mm的封层。若以改性乳化沥青取代乳化沥青进行稀浆封层,则称为微表处。微表处和稀浆封层在运用功能和技能要求上的不同较大,例如微表处对原资料有十分严厉的要求。

20世纪70年代,德国首要对聚合物改性乳化沥青稀浆封层的技能进行研讨,并逐步构成精密外表处治技能,该技能以“可对深度较大的车辙进行修正”的明显长处而被敏捷推行和运用,1980年该技能引人美国。现在微表处现已成为许多国家和地区高等级公路的首要维护手法之一,其不仅可以修正路面车辙,而且对路面呈现的各种裂缝、松懈、老化等病害也能进行修补。我国早期建设的高速公路路面,因为违章施工和长期超载运用等原因,现已呈现车辙、松懈和开裂等多种病害,改性乳化沥青稀浆封层技能可以有用缓解和处理该问题,因而该技能遭到越来越多的人们的重视。为了加速对稀浆封层和微表处技能的研讨和运用进程,在京石、杭甬等高速公路和北京、上海的维护工程试验路段也都选用了该项技能。

改性乳化沥青沥青路面透层油和粘层油上的运用

我国高等级公路沥青路面的底底层和底层遍及选用半刚性结构方式,以水泥碎石作为底层,遍选用半刚性结构方式,以水泥碎石作为底层,面层则选用沥青混凝土的方式。为了使底层和面层之间有用过渡而构成接连状况,一般要在底层上要喷洒透层油,透层油对沥青路面可以起到固结、稳定、防水等效果,可有用避免沥青路面的早期破坏。改性乳化沥青可以作为一种十分好的透层油资料,洒布在底层后,可以浸透到底层的水泥碎石中-定深度(约为5~10mm),在该深度内,水泥碎石间的空地由沥青填充,所以构成了特别的偶合层;这种具有特别结构的偶合层可以与柔性面层很好的粘结,而偶合层又属于半刚性结构的底层,所以水泥稳定碎石的半刚性底层与沥青混凝土的柔性面层的粘结问题将得到很好的处理。

改性乳化沥青也是一种十分好的粘层油资料,可进步沥青路面两结构层之间的粘结效果。在高等级公路建设中,改性乳化沥青已作为粘层油运用于京秦高速公路,并表现出很好的功能,与未改性的乳化沥青比较,运用聚合物改性的乳化沥青更可以进步沥青路面的抗变形和抗剪切才能以及结构层之间粘结性,改善沥青路面的运用功能,延伸路面维护与修理周期。

总结

改性乳化沥青以其优异的运用功能,现已成为当时公路建设研讨的重点。尽管我国对改性乳化沥青的研讨现已取得了一些成果,而且在某些地区现已得到了初步的运用,可是因为我国对其研讨起步较晚,与国外的技能水平还有必定差距。在改性沥青的乳化技能、乳化剂复配技能、新式改性剂和乳化剂的开发、改性乳化沥青出产工艺的改善与创新等方面的研讨都将成为改性乳化沥青的研讨重点,也将为改性乳化沥青在公路建设中的运用带来新的突破。
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