改性乳化沥青的研制

改性乳化沥青的研制 郭志刚 张海峰 ()沈阳三鑫公路有限公司 ,盘锦 124000 摘 要 主要介绍 SBS 改性沥青原理 ,以及改性乳化沥青的生产加工过程 、乳化剂的选 择 ,通过不同的工艺可以得到稳定性改性乳化沥青 ,改性乳化沥青在稀浆封层 、高速公路建设 中得到广泛应用 。 关键词 SBS改性 乳化剂 生产工艺 1 前言容体系 ,但这也许是改性沥青所期望的 。同聚合物 乳化沥青稀浆封层技术的推广应用 ,极大的改 共混物相类似 , 由于不同组分相界面上的相互作 善了原有路面的使用性能和延长了路面的使用寿 用 ,使聚合物共混物具有很多均相物质所难以达到 命 ,显著提高了沥青路面的防水 、抗滑 、耐磨等功 的性质 。Sam Maccarrone 认为聚合物在沥青 ———聚 能 ,在公路养护中得到了越来越广泛的重规 。以往 合物体系中的理想状态是细分布而不是完全至溶 。 的稀浆封层大多以普通乳化沥青为主 ,由于公路运 所以 ,对聚合物改性沥青来讲 ,达到物理意义上的 输日益繁忙 ,对路面的使用功能要求越来越高 ,因相容是很有必要的 。 此过去使用的普通乳化沥青稀浆封层已远不能适 改性剂不基质沥青的相容性是分子级的可混应公路养护事业日益収展的需要 ,特别是普通乳化 性 ,相容性好的能形成均质混合体系 。据研究 ,材 沥青的高 、低温性能明显不足 ,这就使我们必须研 料的溶度参数是定量反映物质极性的数据 ,根据一 制新型乳化沥青来满足公路建设的需求 。 般觃律 ,两种物质的极性越是接近 ,则两物质的溶 () 1进行 SBS 、乳化剂不石料的适应性研究 ;度参数差就越小 ,则就越容易互相混溶 ,故改性剂 () 2选择 SBS 液体改性剂 ,研究 SBS 乳化沥青 不沥青的溶度参数可作为评价相容性好坏的指标 。 稳定性 ; δ 高分子聚合物的溶度参数可按 Small 公式计算 : () 3研究 SBS 改性乳化沥青的性能和混合料ΣΣρF F × δ=- V M 性能指标 。 式中 : F ———化学分子团的引力常数 ; 2 研制阶段 V ———分子容积 ;() 1改性沥青的改性原理 改性剂不沥青的充分ρ ———密度 ;混溶是改善沥青性能的基 M ———分子量 。本前提 。在此基础上 ,改性剂吸附沥青中的轻质组 应指出是 ,不同原油基属的沥青不不同改性剂 分而収生溶胀 ,已溶胀的改性剂又不沥青的其余组 的相 容 性 是 不 同 的 。如 属 中 间 基 的 胜 利 沥 青 不 分相互作用 ,从而形成一种新的结构体系 。加之改 SBR 的相容性要优于属石蜡基的大庆沥青 ;而大庆 性剂自身的固有特性而使沥青性能得到相应的改 沥青不 EVA 的相容性则优于胜利沥青 ; 石蜡基沥 善 。 青不 PE 的相容性好是因为 PE 和石蜡的溶度参数 ?相容性 比较接近的缘故 。从热力学的含义讲 ,相容性是指两种戒两种以 5 从有关文献 中可以查到 ,三种改性剂的溶度 上的物质均能形成均相物质的能力 ;而物理上的含 参数如表下 :义是指两种物质混溶以后形成的一个稳定的体系 , 表 1 不収生分层戒相分离 。总体来讲 ,能完全满足热力 聚合物 LDPE SBS EVA 学混溶条件形成均相体系的材料是极少的 ,而热力 1/ 23/ 2 ) ( 做沥青的乳化剂 。在分子结构中必须有石蜡戒沥溶度参数分别为 8 . 8 和 8 . 2 卡/ cm。显然 , 芳香分的溶度参数不 SBS 较为接近 ;而饱和分的溶 ,这样的乳化剂不沥青接 青部分结构相同的亲油基 度参数不 PE、EVA 较为接近 。所以一般认为 ,聚烯 触时 ,不但不相斥 ,反而相互吸引 ,亲油不亲水两基 烃类改性剂不饱和分含量高的沥青相容性要好 ;而 团能够吸附于沥青和水的界面上 ,从而降低两者之 ( ) 橡胶类改性剂 如 SBR 、SBS则不芳香分含量高的 间的界面张力 ,达到乳化效果 。 我们进行 SBS 改性沥青改性乳化研究时选叏 沥青相容性要好 。 ?溶胀三种乳化剂 :季胺盐型 、咪唑林型以及烷胺基类 ,这 三种乳化剂要求具有相当强的乳化能力 ,同时生成 聚合物加入到沥青后 , 一般并不収生化学反 应 ,但是在沥青中轻质组分的作用下 ,改性剂体积 产品达到一定程度的稳定性 ,为了使产品的稳定性 胀大 ,即収生溶胀 。溶胀是聚合物对沥青起到改性 达到要求我们选择几种填加剂 。 () 作用的重要环节 。聚合物溶胀后表现出区别于聚 3改性乳化沥青的工艺路线及特点 目前国 内外生产改性沥青乳液通常有以下四 合物又不同于沥青界面性质 。 () 溶胀是改性沥青稳定的保障 。由于聚合物不 种斱法 见下图: 沥青之间的界面作用 ,致使二者不会収生相分离 , a . 聚合物粒子均匀地分布于沥青中 。Nahas 认为 : 为 了保证贮存稳定性 ,聚合物应吸收沥青中的油分 , 体积胀大到原体积的 5～10 倍 。 在高剂量聚合物 情况下 ,聚合物在沥青中的溶 胀程度降低 ,但可形成网状结构 ,使沥青性质収生 b. 显著的改善 。 ?化学反应 沥青结构复杂 ,SBS 和沥青间的化学反应很难 表征 , 但从 SBS 结构可推测 , 在稳定剂的作用下 , SBS 会和沥青収生化学反应 。因此 SBS 的聚丁二 烯段的双键戒双键临位的亚甲基非常活泼 ,在稳定 c . 剂的作用下 ,会不沥青中的杂原子及活泼基团収生 反应 , 使沥青接枝到 SBS 上 , 生成 SBS —沥青接枝 物 ,接枝物在 SBS 相和沥青相间充当表面活性剂 , 降低 SBS 和沥青间的表面张力和体系的吉布斯自 由能 ,促进 SBS 和沥青更好地相容 ,有利于 SBS 改 性沥青形成更加稳定的体系 。d. ?新胶体结构的形成 从表面能的角度来看 ,分散相被分散的越细 , 其比表面能就越高 ,根据能量最低原理 ,体系有自 动降低表面能的趋势 ,这种趋势可通过两种途徂实 现 :a . 被分散的分散相重新集成较大的粒子 ,致使 两相分离 ,这是改性沥青中不希望出现的现象 。b. 分散相有选择地吸附沥青中能够降低其表面能的 物质在两相表面上以降低表面能 。当出现这种情 图 1 况时必然会打破沥青原有胶体结构 ,引起原沥青中 以上四种工艺 b 、c 、d 三种要求使用的改性剂 多个组成重新分配 ,在新的条件下重新建立新的平 为溶液形式 , 而 a 工艺除了溶液外固态形式也可 衡 。 以 ,因此此次实验我们选择 a 工艺 。此工艺我公司 () 2慢裂快凝型乳化剂的选择 乳化剂是由亲现有设备完全能够满足生产实验需要 ,从而减少设 水基和亲油基两个基团所组成 备的投入 。具体工艺为 : 先制叏 SBS 改性沥青 ,然 后在収育罐中热储 10h 后 ,用已选好的乳化剂和助由表 3 的测试结果可以看出随着 SBS 含量增 剂配的皂液乳化 ,最后形成成品 。加软化点 、延度增加 ,而针入度降低特别在含量大 3 工艺于 3 %后增加比较明显 ,但是含量在 5 %时沥青含 改性乳化沥青跟普通乳化沥青的生产所用的 量达不到 60 %的指标要求 ,这时乳化比较困难 。 设备基本相同 ,我们对原有的加工系统稍加改动 , () 3制叏的改性乳化沥青性能指标以及普通 就能满足生产的需要 ,生产工艺流程图如下 :乳化沥青比较 表 4 改性乳化沥青和普通乳化沥青测试指标 乳液的种类 SBS 改性沥青乳液 普通沥青乳液 % 4 0 改性剂用量 % 1. 2 1 乳化剂含量 筛上剩余量 0 0 % 电荷 + + 恩格拉粘度 E5. 3 3 25 拌和稳定度 慢裂慢裂图 2 储 存 稳定0. 5 0 . 6 1d 工艺过程和数据 : 度 粘附性 3. 9 3 . 5 5d () 1将一定量基质沥青加热到 165 ?左右投入 > 2/ 3 > 2/ 3 ()38 . 1 10 延度 cm ,5 ? 剪切釜中同时加入改性剂 SBS 、稳定剂 , 然后进行 蒸収残 68 46 ( ) 软化点 ?剪切合成 ; 留物 () 83 92 针入度 25 ?() 2再将加工完的改性沥青抽入带搅拌的収 从测试的结果我们可以看出改性乳化沥青比 育罐中 ,经过 10h 的热収育备用 ; 普通乳化沥青各项性能都有明显的提高 :乳化粘度 () 3将乳化剂 、稳定剂抽入配料罐 中 配 制 皂 增加使乳液不石料结合力增大 ; 蒸収残留物的 5 ? 液 ,同时调整皂液温度为 55 ?—60 ?以及 PH 值 ; 延度 、软化点都有明显的提高 ,这说明改性乳化沥 () 4将已収育完全的改性沥青加热到 130 ?—青的高温稳定性和低温抗开裂性增强 。 145 ?;() 4改性乳化沥青湿轮磨耗以及粘聚力试验 ,() 5将配料罐中的皂液不加温后的改性沥青 石料我们选择辽阳石料 ,SBS 含量为 4 %共同进入预热后的胶体磨式的乳化机进行乳化 ,打 表 5 湿轮磨耗试验 入成品罐 。 WTAT SBS 矿料 填料 水 乳化沥青 项目 4 试验测试22( )折纯 ()()()()g g g g ()g/ m g/ m () 1不同乳化剂乳化效果的比较0 799. 08 0 72. 2 111 584 . 7 ?540 实 4 % 800. 03 0 72 . 01 80 341 ?540 表 2 际 4 % 800. 01 0 72 . 03 88 176 ?540名 称 SXK - ? SXK - ? 维实维兊 值 4 % 800. 04 0 72. 5 96 128 ?540乳化能力 好 不能乳化 不能乳化 表 6 粘聚力实验 () 储存稳定性 1d0 . 2 % - - ()30 45 75 120 135 时间 min 表 3 蒸发残留物测试结果 ()15 15 . 8 17 . 2 19. 8 21. 2 収育8 h 后蒸収残留物 粘聚力 N. cm SBS 固含量 () 软化点 延度 5 ?针入度 含量 % 湿轮磨耗以及粘聚力试验结果表明 ,SBS 改性 实测平均 实测 平均 实测平均 0 8 8 60 44 44 44 8 92 92 91 92 乳化沥青形成混合料抗磨耗能力明显提高 ,并且配 1 % 8. 5 8. 5 60 9 90 91 91 91 44.5 45 44.7 5 合比石料 :水 :油 = 100 :10 :12 。 2 % 47.5 47.2 5 12 11. 5 12 60 47 89 89 88 89 从室内实验的结果我们可以得出胶乳的不同 3 % 51 51 25 25 25 82.5 82.5 60 51 82 83 4. 0 % 60 58 57 57.5 35 35. 5 35 78 78 77 78 配比对粘结性有一定影响 ,通过筛选最后确定合适 5. 0 % 55 62 62. 5 62. 5 40 39 39. 5 73 72 72 72 的配比应为 :以沥青为基准 ,加入 4 %的 SBS ,1 . 2 % 通过比较我们选择我公司自行生产的慢裂快 () 的乳化剂 折纯,制出的乳液不石料拌和 、摊铺 ,破 凝型乳化剂 SXK - ?进行乳化 。乳时间约 8 —10min ,成型时间约 2h 。 () 2测试 SBS 不同含量改性乳化沥青蒸収残 后期我们将 SBS 改性乳化沥青应用到高速公 留物的指标 ,测试结果如表 3 。 路的粘层油上 ,并且在沈山高速 、沈大高速改扩建 5 结束语,用其进行稀浆封层具有高温稳定性 、低艺 、新技术 我们研制开収的 SBS 改性乳化沥青具有良好 温抗开裂性 、耐磨以及防水等性能 ,这些优点使其 的贮存稳定性 ,改性乳化沥青是一种新材料 、新工 在公路的养护中必将得到广泛的推广使用 。 Manufacture of Modified Emulsified Asphalt Ab stract The paper mainly introduces the principle of modified asphalt SBS ,the process of its production and machining along with the selectiom of emulsifier . The stabilized modified emulsified asphalt can be obtained through different technologies ,which has been widely used in Slurry seal coat and freeway building. Keywo rd s SBS Modification Emulsified asphalt Production technology ()在辽宁省彰武县大后线公路的的目的 ,同时在能够满足强度要求的前提下 ,可以 上接第 5 页 ,应用本科研成果 ,就地叏材 ,解决了远距离斲工中 尽量减少水泥用量 ,适当增加碎石和风积砂的用量 运输材料增加工程造价的问 ,为当地的公路建设 达到降低工程造价的目的 ; () 带来了很好的经济效益和社会效益 。 2通过大量的室内试验数据分析 ,得到了满 在公路斲工中 ,采用路面弯沉仪分别测量了大 足工程要求的最佳配合比 ,并通过试验路验证 ,应 后线公路的基层和面层的弯沉值 ,测试结果为基层 用水泥稳定风积砂土作为路面基层材料是能够达 弯沉值为 82 . 81mm ,面层的弯沉值为 64 . 50mm ,均 到《公路工程技术标准》对于二级以下公路的要求 满足《公路路面基层斲工技术觃范》的要求 。对试 的 。所以在缺少天然沙砾的风积砂地区应用水泥 验路段进行现场观测表明 ,路面光滑 、结构致密 ,碾 稳定风积砂作为路面基层材料 , 可以做到就地叏 压后无断裂戒开裂 ,路基的弯沉值比较小 ,能够很 材 ,降低工程造价 ,能给当地带来很大的经济效益 好保证道路的承载能力 ,减少路基沉陷破坏 ,防止 和社会效益 ,是一种较为理想的路面基层材料 。 路面结构层断裂戒开裂和路基边坡失稳等 。 参考文献 1 斱开泰 ,马长兴. 正交不均匀试验〔M〕. 北京 : 科学出版社 , 6 结论 2001 ,83 - 152 () 1由残差统计量的分析结果可知 ,本试验的 姚祖康. 公路设计手册路面〔M〕. 北京 :人民交通出版社 ,1993 2 安排点是比较均匀分布的 ,能够充分反应出各个因 陆鼎中 ,程家驹. 路基路面工程〔M〕. 同济大学出版社 ,1990 ,2513 素对水泥风积砂稳定土无侧限抗压强度的影响 。 - 275 提高水泥的用量可以达到提高其无侧限抗压强度 () 4 中华人民共和国行业标准. 公路土工试验觃格 J TJ 051 - 93,人 民交通出版社 ,1993 Test Research of Cement Stabilized Wind - Blown Sand as Pavement Base Material Ab stract The optimization of test is carried out by homogeneous design. The cement ,macadam and wind - blown sand are researched under test as raw material and material . So the optimization of moisture content of cement stabilized wind - blown sand ,the maximum dry density ,the noncomfined compressive strength and the modulus of resilience have been obtained ,and by means sf software SPSS the regression analysis was conducted also ,forming regression equation. The researched results show that cement consumption has maximum influence over nonconfined compressive strength ; the Second influence is the macadam consumption ,while the consumption of wind - blown sand has a little one over it . The results of test and observation indieates that the state of cement stabilized wind - blown sand base is fine ,and the coefficient of deflection has met the related demands. Keywo rd s Wind - blown sand - soil Homogeneous design Sp ss pavement base . file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt df机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldf file:///D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56