（交通运输工程专业论文）改性乳化沥青及稀浆封层技术的研究与应用.pdf

摘要 本文围绕改性乳化沥青及稀浆封层技术，对改性乳化沥青的研制、改性乳化 沥青稀浆封层混合料配合比设计及性能研究、改性乳化沥青稀浆封层施工工艺研 究进行了论述，并对铺筑的改性乳化沥青稀浆封层试验路的路用性能检测情况进 行了评价，同时进行了经济效益分析。 通过对材料的选用、加工工艺的研究，提出了改性乳化沥青的配方，利用先 进的乳化沥青加工设备，研制出了性能优良的改性乳化沥青，利用常规和非常规 试验方法，对产品的各项性能指标进行了试验，参照国内外相关的检验标准进行 了评价。论述了改性乳化沥青高温稳定性、低温抗裂性、弹性、粘结性均优于普 通乳化沥青的相应性能。 通过对改性乳化沥青稀浆封层混合料进行稠度试验、湿轮磨耗试验、负荷轮 试验、粘结力等试验，得出了稀浆封层混合料的配方。利用单轴压缩试验、小梁 弯曲试验、湿轮磨耗等试验对改性乳化沥青稀浆封层混合料、改性乳化沥青加纤 维丝混合料、改性乳化沥青加纤维布混合料的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性 进行了评价。 选取改性乳化沥青稀浆封层、改性乳化沥青加纤维丝封层、改性乳化沥青加 纤维布封层等型式铺筑了试验路，进行了施工工艺研究，并对路用性能进行了检 测与评价。 通过对改性乳化沥青及稀浆封层的经济性的分析与评价，论证了其经济效益 与社会效益。 关键词：改性乳化沥青稀浆封层改性剂、配合比、施工工艺 a b s t r a c t t i l i sa r t i c l ed e s c r i b e s d e v e l o p m e n to fm o d i f i e de m u l s i f t e da s p h a l t d e s i g no f m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a lm i xa n ds t u d yf o ri t sp e r f o r m a n c e i ta l s o m a k e sa s t u d yf o rc o n s t r u c t i o np r o c e s so f m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a la n d g i v e sa r ta p p r a i s a lf o rt e s tr e s u l t so f r o a dp e r f o r m a n c eo ft h et r i a ls e c t i o np a v e db y m o d i f l e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a l ，f u r t h e r m o r em a k e sa 1 1 e c o n o m i cb e n e f i t a n a l y s i sf o rt h es e c t i o n b ym e a n so fs e l e c t i o n o fm a t e r i a l sa n ds t u d yo fp r o c e s s i n g ，af o r m u l af o r m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ti sp r o p o s e da n dm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l tp o s s e s s i n g e x c e l l e n tp e r f o r m a n c ei sd e v e l o p e db yu s i n ga d v a n c e de m u l s i f i e da s p h a l tp r o c e s s i n g e q u i p m e n t s t l l ep e r f o r m a n c ei n d e x e so ft h em a t e r i a l a l et e s t e du s i n gr e g u l a ra n d i r r e g u l a r t e s tm e t h o d sa n dt h et e s tr e s u l t sa r e a p p r a i s e db yr e l e v a n ti n s p e c t i o n s t a n d a r d sa th o m ea n da b r o a d h i 【g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t y , l o wt e m p e r a t u r ef r a c t u r e r e s i s t a n c e ，e l a s t i c i t y a n db o n dp r o p e r t yo fm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ta r ep r o v e d b e t t e rm a l lr e l e v a n tp e r f o r m a n c eo f c o m m o ne m u l s i f i e da s p h a l t af o r m u l ao f s l u r r ys e a lm i x i sm a d ea f t e rp e r f o r m i n gc o n s i s t e n c yt e s t ，w e tw h e e l w e a l t e s t 1 0 a dw h e e lt e s ta n dc o h e s i v ef o r c et e s tf o rm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l t s l u r r ys e a lm i x a na p p r a i s a li sm a d e f o rh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t y , l o wt e m p e r a t u r e f r a c t u r er e s i s t a n c ea n dd u r a b i l i t yo fm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a lm i x ， m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l tm i xw i t hf i b r et h r e a da n dm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l t m i xw i t hf i b r ec l o t hb yu s i n gs i n g l e - a x i sc o m p r e s s i o nt e s t s m a l lb e a mb e l l dt e s ta n d w e tw h e e lw e a rt e s t m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a l ，m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a l 、i t hf i b r et h r e a da n dm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ts l u r r ys e a lw i t hf i b r ec l o ma r e s e l e c t e d t o p a v e t r i a ls e c t i o n s t h e nt h ec o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g i e s a n dr o a d p e r f o r m a n c e f o rt h em a t e r i a l sa r es t u d i e d ，t e s t e da n d a p p r a i s e d t h ee c o n o m i cb e n e f i t sa u ds o c i a lb e n e f i t sa r e e x p o u n d e da n dp r o v e db y a n a l y z i n ga n da p p r a i s i n gt h ee c o n o m i cc h a r a c t e r i s t i c so f m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l t a n ds l u r r ys e a l k e y w o r d s ：m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ls l u r r ys e a l ，m o d i f i e r , m i x t u r e r a t i o c o n s t r u c t i o np r o c e s s 学位论文独创- 胜声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：直盟绎日期：坐_ 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名： 导师签名：季至：壁! f 日期： j 了。l 呼 东南大学工程硕士学位论文 第一章概述 第一章概述 1 1 研究的目的意义 天津以其优越的地理位置，目前高速公路网密度居全国之首。京津塘高速 公路、京沈高速、津沪高速、唐津高速、津蓟高速相继建成：以高等级公路、次 高级公路、普通公路多层次组成的公路网络不断完善。伴随交通流量迅速增长， 社会对公路通行质量的要求也越来越高，沥青路面维修工程量迅速增加。 据统计，2 0 0 1 年天津市国道、省道公路干线已达1 7 7 4 公里，其中高速公路 和一级公路6 4 0 公里、二级公路1 1 3 4 公里，是全市公路交通的主要载体。经交 通调查分析：近几年全市主干线不但交通量迅速增长，如津围公路、京福公路、 津沽公路、外环线、京津塘高速公路等，尤其是运输车辆更趋大型化，超载严重， 轴载超标，渠道行驶等种种不利因素，促使已建成的公路沥青混凝土路面提早出 现病害，缩短了维修周期，增加了养护工程量，对路面的早期养护质量提出了更 高要求。据统计全市国道路龄在3 6 年共2 5 9 公里，：省道路龄在3 1 6 年共6 2 9 公里。 在高等级公路沥青路面的维修养护方面，采用传统的维修养护方法，或者不 断地修补，或者重新加铺罩面层，存在难以克服的路面反射裂缝、路表水渗入等 功能缺陷，且手段比较落后，施工过程中通常中断交通，这些已不适应新形势的 需要。研究寻找既节约成本，又可加快维修养护速度，提高工作效率，完善道路 使用功能的新技术、新材料、新工艺、新设备势在必行。 此外，人们在积极应对日益增长的沥青路面早期破坏问题的同时，对道路进 行预防性养护的意识在不断提高。采用合适的预防性养护措施，可以大大延缓由 于交通和环境等因素而引起的路面性能恶化，起到延长沥青路面使用寿命的作 用。这一技术的研究与应用不仅能有效提高整个路网的道路完好率，还有利于控 制养护成本，从而实现公路养护的良性循环。 在国外，改性乳化沥青及稀浆封层在高速公路的养护维修工作中使用越来越 东南大学工程硕士学位论文第一章概述 普遍。许多国家已把稀浆封层用于高速公路的预防性养护和填补高速公路的车 辙。稀浆封层可以使磨损、老化、裂缝、光滑、松散等病害迅速得到修复，起到 防水、防滑、平整、耐磨的作用“1 。而改性乳化沥青稀浆封层技术，以其养护 时间大大缩短，性能更优越，使道路功能更完善，能够适应高等级公路车流量大， 可夜间养护施工等特点，具有更广阔的市场前景。国外对于预防性养护技术的研 究与应用也给予了高度的重视，并取得了一些成功的经验。 面对日益扩大的高等级公路养护市场，吸收和借鉴国内外成功的经验和成熟 的方法，积极开展改性乳化沥青及其稀浆封层技术以及相关技术研究，对于改善 高等级公路养护维修质量，提高养护维修水平，完善养护维修技术无疑具有重要 意义。 1 2 国内外研究概况 自德国建成世界上第一条高速公路起，至今已有6 0 多年的历史。第二次世 界大战后，国外高速公路发展很快，大部分发达国家的高速公路网早已建成，全 面进入维修养护期。高速公路的养护维修和新建一样，需要一整套先进的科学技 术，近年来尤其得到了令人瞩目的发展和进步。欧美发达国家在道路养护维修方 面的技术主要有：以路面管理系统为基础，包括沥青路面使用性能水平的测试与 评定、残余寿命的测算、预防性养护措施的研究、路面补强设计、维修养护方法 的确定、维修养护安全作业、大交通量路段不影响正常通车的夜间施工技术、以 及针对各种不同破坏类型的养护维修措施等等。尽管国外已经拥有一批成熟的技 术，但对研究工作仍然非常重视，并不断取得许多有重大价值的成果。其中，改 性乳化沥青及其稀浆封层技术是国外近年来研究的重点。 在国外，随着乳化沥青的普遍应用，聚合物改性乳化沥青应用技术也在迅猛 地发展。道路工作者们从常规的乳化沥青稀浆混合料配方着手，加入特殊的高分 子聚合物和添加剂，制成聚合物改性乳化沥青稀浆封层混合料，摊铺厚度较大的 封层用以修复路面上的车辙。封层的固化时间加快与原路面粘附得十分牢固“1 。 与普通稀浆封层相比，聚合物改性乳化沥青稀浆封层混合料，由于采用高分子聚 2 东南大学工程硕士学位论文第一章概述 合物对乳化沥青进行改性，从而使其高温热稳定性，低温抗裂性、耐久性以及与 石料粘附性等路用性能均得到大幅度提高，它已成为欧美等发达国家在城市干 道、高等级公路和机场道路上最主要的养护方法。 时至今日，聚合物改性乳化沥青稀浆封层已被认为是修复道路车辙及其他多 种路面病害最有效、最经济的手段之一。它在欧美和澳大利亚已得到普及，并且 正在向世界其他地区推广。因此，国际稀浆封层协会也将其英文名字由 i n t e r n a t i o n a l s l u r r y s e a la s s o e i a t i o n 改为i n t e r n a t i o n a l s l u r r y s u r f a c i n ga s s o c i a t i o n ，仍然简称i s s a 。i s s a 将s l u r r ys u r f a c i n g 分成s l u r r y s e a l 和m i c r o s u r f a c i n g 。s l u r r ys e a l 翻译为稀浆封层，m i c r o s u r f a c i n g 翻译 为微表处，其技术要求和使用性能均有较大的区别。微表处可用于超薄抗滑表层 ( p s m ) 和车辙填补( p s r ) 。i s s a 在原来的稀浆封层实施细则i s s a a l 4 3 - 9 1 的基 础上，修订成为i s s a a l 4 3 2 0 0 0 ，对微表处的设计、试验、质量控制、测试等作 出规定，使微表处在全世界范围内有了很大的发展。美国沥青协会制订了稀浆封 层施工手册，a s t m 制订了d 3 9 1 0 稀浆填充层混合料试验和检验标准，日本乳化 沥青协会制定了橡胶沥青乳液标准“1 。 在我国，随着改性沥青技术的迅速发展，改性乳化沥青稀浆封层技术的研究 也已起步，浙江、河南、福建、河北等省都进行了试验路铺筑，取得了良好效果， 交通部也积极致力于组织各省市开展这方面的研究，总结实践经验，制定相关试 验规程和技术规范。 针对天津日益扩大的高等级公路养护市场，面向国际高等级公路养护技术的 发展趋势，天津市公路主管部门也组织力量开展了从材料的研制、混合料的配合 比设计及生产、施工工艺等改性乳化沥青稀浆封层系列技术研究，根据路况调查 结果，选取津汉公路、京福公路等典型路段铺筑了试验路，希望从中总结经验， 积累数据资料，为在高速公路上使用稀浆封层技术进行预防性养护与日常维护奠 定良好的基础。 东南大学工程硕士学位论文第一章概述 1 3 本文研究的主要内容 本文针对改性乳化沥青及其稀浆封层技术开展了以下技术研究，具体内容包 括： 1 改性乳化沥青的研制，包括材料的选用、配比选择及加工工艺研究。 2 改性乳化沥青稀浆封层配合比设计及性能研究。 3 改性乳化沥青稀浆封层施工工艺研究。 4 铺筑改性乳化沥青稀浆封层试验路。 5 经济效益分析 目前，对改性乳化沥青及稀浆封层技术的要求，国家有关部门还没有颁布相 关的标准，希望通过本文的研究，对相关的试验方法和检验指标与国内外现有的 标准进行对比分析，积累资料、数据。 4 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 第二章改性乳化沥青的研制与生产 2 1 改性乳化沥青加工工艺研究 2 1 1 材料的选择 改性乳化沥青是稀浆封层混合料的粘结材料，其质量的好坏对封层质量的影 响最直接，最明显。而乳化剂、改性剂、沥青材料的选择和相互匹配是决定改性 乳化沥青材料路用性能的关键因素。 l 、改性剂的选择 根据改性方法，确定改性剂应为乳液类或溶剂类。溶济类改性剂造价昂贵， 因此选定乳液类改性剂。我国市场上可选取的乳液类改性剂主要有：天然胶乳、 丁苯胶乳、氯丁胶乳、e v a 胶乳等。其中丁苯胶乳是被研究最多，使用最广的一 种改性剂，丁苯胶乳即s b r 胶乳，它是由丁苯橡胶乳化制得，丁苯橡胶是目前世 界上橡胶产量最大的一种橡胶。丁苯橡胶是通过苯乙烯与丁二烯聚合而成。其链 节结构式为： 乇c i f _ c h c h c h t 。七h2 c h 去 ! 、 v 尽管其结构中有侧基，但由于侧基数量极少，所以丁苯橡胶的分子链是相 当柔顺的。分子示意图如图2 1 所示。由于丁苯橡胶的化学结构特性，使它具有 高的温度稳定性、高的弹性、高的机械强度、高的粘附陛等特殊的物理力学性能。 图2 1s b r 分子示意图 鉴于s b r 优良的特性，本课题选用s b r 胶乳作为改性剂，经过比选，我们选 奎壹銮兰三堡塑主堂笙笙苎 篁三童墼丝! ! 些塑壹塑里型皇生兰 择了美德维实维克公司生产的p c 1 4 6 8 阳离子丁苯聚合胶乳，有关性能见表 2 1 。 性质 指标 【物理形态，2 54 c 乳白色液体 密度( 加仑磅) ，2 5 。c7 8 闪点1 4 9 p h ，1 5 ( w v ) 水溶液，2 5 4 3 固体含量，6 5 6 7 i比重，2 5 o 9 4 p c 一1 4 6 8 阳离子丁苯聚合胶乳在非冰冻的阴凉条件下可储存1 年，在其它储 存条件下或与铝、锢、铁和锌等多价离子接触会缩短储存时间。 2 、乳化剂的选择 乳化剂的选择相当重要，它会直接影响到“改性乳化沥青”的分散性和稳定 性。经过比选，我们选择了美德维实维克公司生产的i n d v l i nq t s 乳化剂( 妥 尔油眯唑啉乳化剂) ，属慢裂快凝型乳化剂，该乳化剂不仅纯度高用量小，而且 乳化效果好，稀浆混合料的可拌合时间长，易于旋工。摊铺后固化成型块，正常 气温下4 0 m i n 至6 0 m i n 粘结力可达2 0 2 5 n m ，缩短了养生和开放交通时间， 特别适用于高速公路等交通量大的路段进行稀浆封层旌工。有关性质见表2 2 。 表2 2 性质指标 l物理形态，2 5 乳白色液体 【密度( 加仑磅) ，2 5 。c 7 9 闪点， 2 2 5 jp h ，1 5 ( w v ) 水溶液，2 5 。c l l _ 5 i沸点，2 5 2 6 0 3 、沥青 沥青采用国产盘锦重交9 0 # 道路沥青，有关技术指标见表2 3 。 盘锦重交9 0 # 道路沥青性能指标表2 3 检测项目结果 l 针八度l o o g ，2 5 ，0 i m m 8 7 l 软化点( ) 4 6 l 延度( 1 5 。c ) ，c m 1 0 0 6 羔壁堑三矍堡圭鲨笙苎 茎三兰鏊壁兰! 垡塑童塑堡型兰圭1 2 1 2 改性乳化沥青加工工艺选择 对乳化沥青进行改性主要有以下四种方法： a 法：将改性材料加到高温溶融的沥青中，使橡胶粒子分散，再将含胶乳的 沥青进行乳化。 b 法：将改性材料掺入乳化剂水溶液中，而后与沥青进入乳化机进行乳化。 c 法：该工艺首先将沥青避行乳化，制出乳化沥青，然后掺配胶乳，混合来 制备改性乳化沥青。 d 法：先制出乳化沥青，然后在拌和摊铺的混合料中掺入改性剂形成改性乳 化沥青混合料。 h 匦 玉习 垂画 圆+ 匦囹 d 以上四种方法的工艺过程不同，每种方法存在各自的优势与不足，列表比较如下 目标方法abc d 说明 均匀性 1234 路用效果l 234 l 一表示最好 难易程度 4l1l2 ，3 一次之 4 一最差 造价41l l 从以上分析及自己所具备条件，我们选择b 法作为实施方案，它也是目前 7 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 国内外最常用的一种乳化沥青改性方法。 2 2 改性乳化沥青性能试验方法及试验结果分析 2 2 1 试验方法 改性乳化沥青作为路面的一种新材料，在国外八十年代己开始应用。九十年 代中期，国内不少单位也开展了这一工作。人们在研究中发现乳化沥青的常规试 验并不能很好地反映改性乳化沥青的性能。由于我国改性乳化沥青仍属研究阶 段，至今尚无统一的试验方法和评价标准。鉴于这一情形，本课题在研究过程中， 除了采用乳化沥青材料的常规试验方法外，还对改性乳化沥青进行了韧度、热稳 流动度、动力粘度等非常规试验。希望通过这些试验能够较可靠、合理地对改性 效果作出评价。 1 、韧度试验 韧度试验可用于测定材料的粘韧性，即抗裂性。材料的韧性是指某一试件 在断裂时单位面积所需要的能量。理论上为拉伸试验中应力一应变曲线下所围的 面积，此面积越大，材料抗拉强度高；断裂伸长大，抗冲击强度高。 本试验是在改装过的延度仪上进行，采用拉力器记录拉伸过程中的荷载， 试件用如图2 2 所示的模具成型，拉伸速度为5 c m m i m ，试验温度为2 5 c 图2 2 韧度试验试件模具 试验所得的荷载一位移曲线示意图如图2 3 所示，图中曲线a b c d 所包围的 面积即为韧度值，单位n i l l ，其中，曲线a b c e 下的面积表示握裹力，曲线e c d 下的面积表示粘结力。韧度越大，特别是粘结力越大改性乳化沥青的抗裂性能越 好，以此来表征乳化沥青及改性乳化沥青的抗裂性能无疑比延度更确切a 8 奎堕大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 z y 址 袁 a 图2 3 韧度示意图 2 、粘度试验 本试验的目的在于检验高温下改性后乳化沥青粘度是否比改性前提高，借 以评价其高温稳定性。 根据流变学原理：t = n u ( 2 1 ) 其中：t 一剪应力( p a ) u 一剪变率( s 1 ) r i 一粘度( p a s ) 由公式2 1 可知，n 表征了材料抵抗剪切变形的能力。过去许多国家对沥 青的粘性、感温性只采用针入度和软化点去控制，其主要由于针入度、软化点试 验方法简便。但人们在研究中发现沥青6 0 c 左右的粘度能更好的反映沥青的路 用性能，所以越来越多的国家开始采用这一指标。 沥青粘度的测定方法可分为两类，一类为“绝对粘度”法，另一类为“相 对粘度”法。本次试验采用旋转圆筒粘度计测定绝对粘度。旋转圆筒粘度计 ( r o t a t h g c y m d e r r i x o m e t e r ) 即同轴圆筒粘度计。其外简固定，半径为r ，内筒 绕轴旋转，半径为r ，长度为1 ，旋转角速度为。，内筒旋转力矩为 i 则 剪应力t = m 2 r 2 1 ( 2 2 ) 剪应变u = ( i ) r 2 ( r 2 一r 2 ) ( 2 3 ) 由式( 2 2 ) 和( 2 3 ) 得 n = t u = m ( r 2 一r 2 ) 2 尢r 2 r 2 l ( 2 4 ) 式( 2 4 ) 中r 、r 、1 均为仪器构造常数，试验时按选定的速率，则角速度 u 为已知；沥青粘度不同，在仪器上可获得与旋转力矩m 相应的电讯号，即可按 9 东南大学工程硕士学位论文 第二章改性乳化沥青的研制与生产 式( 2 4 ) 求得沥青的绝对粘度。 3 、热稳流动试验 沥青及改性乳化沥青的热稳定性，也可采用热稳流动值来评价。热稳流动 值大，表明热稳性能差，对温度反应敏感，反之，则表示热稳性能好，对温度反 应迟钝。 该试验所用试模为6 0 x 4 0 x3 2 m m 的矩形无底钢模。试验时先在模子内框 壁涂隔离剂，然后平放在4 0 0 x 4 0 0 x 8 m m 的光滑钢板上，内浇乳化沥青或改性乳 化沥青蒸发残留物试样，在常温下冷却3 0 分钟，刮平试样，取下钢模，将钢板 及试样倾斜至与水平面成7 5 。，在5 5 士l 的烘箱内静置1 5 小时后取出，量 测沥青或改性沥青的流淌长度。 这一试验方法简单，试验结果直观、明了，尤其适合于对比观察改性乳化 沥青的改性效果。 4 、杜邦扭转回弹试验 本试验用以测试乳化沥青及改性乳化沥青在常温下的弹性性能，试验采用 杜邦扭转回弹仪，如图2 4 所示。 蓼 久。 自由 图2 4 杜邦扭转回弹仪结构示意图 在2 5 c 时，扭转1 8 0 c ，读记1 8 0 s 后其自由回弹的角度，并通过公式( 2 5 ) 计算其回弹率。 回弹率= 回弹角度1 8 0 。1 0 0 ( 2 5 ) 1 0 0 肖酗 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 5 、皿式脆点试验 本试验测乳化沥青及改性乳化沥青的低温收缩开裂性能。试验采用薄膜烘 箱试验的圆盘。首先往洁净、烘干的圆盘中注入5 0 士0 5 9 的乳化沥青或改性乳 化沥青的蒸发残留物试样，并形成厚度均匀的薄膜，放入干燥器中冷却至室温， 然后将盛样皿放入冷浴中冷却，冷却1 5 分钟后，观察是否开裂，如未开裂，继 续降温，每降1 次，保持1 5 分钟后观察，直到开裂为止，然后记录开裂温度和 开裂情况，示意图如图2 5 所示。 图2 5 皿式脆点试验后沥青开裂情况示意图 本次试验选用了冷浴的起始温度为o 。c ，然后按以下温度进行降温： 一5 ，- 1 5 ，一2 0 ，一2 2 ，2 4 ，一2 6 ，一2 8 ，一3 0 在以上每一温度下保持1 5 分钟后观察，直到开裂。 本试验的特点是试验方法简单，结果直观明了。 2 2 2 试验结果分析 为考核改性剂对乳化沥青性能的影响，我们对不掺改性剂的乳化沥青与掺 不同剂量改性剂的改性乳化沥青进行了常规试验与韧度、粘度、热稳流动度等非 常规试验检测，具体过程如下： 1 、制各不含改性剂的乳化沥青和改性剂掺量为1 5 ( 纯胶) 、3 ( 纯胶) 改性乳化沥青。 2 、对制备好的乳化沥青及改性孚l 化沥青用常规试验方法进行性能测试。 3 、对制备好的乳化沥青及改性乳化沥青放入烘箱中，在1 0 5 。c 条件下烘干。 4 、对烘干后的乳化沥青及改性乳化沥青残留物进行了韧度、粘度、热稳流 动度等非常规试验，其结果见表2 4 。 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 乳化沥青及改性乳化沥青性能试验结果表2 4 改性剂含量( ) 检测项目 01 53 筛上剩余量( i 1 8 r a m ) o o0 oo o 离子电荷 + 乳液标准粘度( c 2 5 3 ) 1 52 l2 5 破乳速度慢裂慢裂慢裂 粘附性 2 3 2 3 2 3 蒸针入度2 5 c ，l o o g ，5 s 9 18 78 2 发软化点( ) 4 85 4 56 5 残延度1 5 ，c n l i 0 0 1 0 0 1 0 0 留 韧度2 5 ，n m m 2 1 9 52 2 0 52 8 7 7 5 物 粘结力2 5 ，n f i r m 4 7 2 56 8 ，7 59 7 5 扭转回弹率2 5 。c ， 2 2 24 4 47 7 8 热稳流动值c m 2 01 5 81 1 5 皿式脆点 - 2 4 一2 6 一2 7 绝对粘度6 0 。c ，p a s 2 0 55 1 l8 2 3 备注韧度与粘结力计算图表见附录i 由软化点，绝对粘度、热稳流动值试验数据可知，随s b r 胶乳掺量的增加， 软化点与绝对粘度值增高，热稳流动值减小，这说明s b r 胶乳可改善乳化沥青的 高温性能。因为丁苯橡胶无一定的熔点，加热能慢慢软化，到1 3 0 。c 1 4 0 。c ， 则完全软化到熔融状态。 由常温韧度、粘结力、皿式脆点试验结果可知，随s 3 r 胶乳掺量的增加，韧 度、粘结力增大，脆点温度降低，这说明s b r 胶乳可改善乳化沥青的低温性能。 橡胶的抗张强度比沥青要高得多。沥青在0 1 5 。c 时抗张强度约1 m p a ，而橡胶达 4 m p a 。由于组成丁苯橡胶结构的高分子具有线型结构的特点，链较柔顺，链节 间又有许多支链，这样被粘附物接触点多，而本身又相互绞结在一起，因此有很 好的粘附性。因为s b r 胶乳在常温下稍带塑性，湿度降低则逐渐变硬，冷却到一6 0 则变成脆性物质。因此在路面工作温度( 4 0 7 06 c ) 范围内，变形性能较稳定， 特别是低温时具有较大的塑性。 由常温回弹试验结果可知，随s b r 胶乳掺量增加，扭转回弹率增大，说明 s b r 胶乳可改善乳化沥青的弹性性能。这是因为丁苯橡胶本身有很好的弹性。由 于其具有缅长的、不规则的卷曲的线型结构所形成的。其分子的伸长度比分子链 的末端距要大i 0 0 i 0 0 0 倍，其链节之间的接触点很多，且又相互绞结在一起， 当橡胶分子被拉伸时，能顺着外力的方向舒展开来，而当外力消除后，便回复到 蜜南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 卷曲状态，这样就形成了橡胶的高弹性。在o 1 0 0 c 范围内，其回弹率可达6 0 7 0 。当温度低于一6 0 。c 才丧失弹性变为硬脆性质。 由拌和稳定性试验结果可知，s b r 胶乳掺入不影响其施工和易性。 2 3 改性乳化沥青的生产及试验 2 3 1 改性乳化沥青生产设备 l 、结构组成 乳化沥青及改性乳化沥青生产设备由丹麦e n h 工程公司制造，为台连续 式、小时产量5 吨的乳化沥青及改性乳化沥青工作站，工作站主要由以下几部分 组成。 1 ) 胶体磨系统：e n h 公司的胶体磨以不锈钢( s s 3 1 6 ) 为材质，保证生产能 力5 吨小时。胶体磨为双层密封，研磨细度2 - - 5 微米。水及沥青相从胶体磨的 后面进入，从而方便维护和清洗。 2 ) 沥青系统：为连续式沥青进料系统，所有设备电加热，沥青泵的速度可 变频控制。 3 ) 溶剂系统：为将溶剂连续计量加沥青或水相的溶剂系统，溶剂泵的速度 变频控制。 4 ) 水系统：为连续式水系统。 5 ) 水加热系统 6 ) 化学品储罐组 独立的化学品储罐组被安装在靠近乳化车间的钢架上，每种化学品都由一个独立 的p v c 储罐存放，所有罐的容积为9 0 0 升 7 ) 化学品添加装置 所有连接到化学品储罐的管线为p v c 材质，均装有阀门和进料过滤器。 泵和流量计分别由抗化学品的材料制成。 8 ) 过程控制系统( p c s ) 半自动乳化工作站乳液的生产由过程控制系统控制。乳化工作站完全可由一 人操作。 9 ) 乳液冷却系统 2 、5 吨小时连续式沥青乳化工作站技术数据 胶体磨 生产能力 出料压力 5 吨小肘 4 帕 查堕堑三堡亟主堂垡堡塞第二章改性乳化沥青的研制与生产 沥青泵 沥青流量计 溶剂泵 溶剂流量计 胶乳泵 胶乳流量计 水泵 水流量计 酸泵 p h 传感计 乳化剂1 # 泵 电机功率 能力 出料压力 电机功率 范围 型号 测量精度 能力 出料压力 电机功率 范围 型号 测量精度 能力 出料压力 电机功率 范围 型号 测量精度 能力 出料压力 电机功率 范围 型号 测量精度 能力 出料压力 电机功率 范围 精度 能力 出料压力 电机功率 z o k 阿 1 0 0 0 4 0 0 0 升小时 4 帕 4 k w 1 0 0 0 4 0 0 0 升小时 容积式 + 卜0 2 5 1 0 1 0 0 0 升小时 4 帕 0 7 5 k w 1 0 1 0 0 0 升小时 容积式 + - 0 2 5 1 0 2 0 0 升小时 4 帕 0 3 7 k w 1 0 2 0 0 升小时 磁感，容积式 + f _ 0 1 5 1 0 0 4 0 0 0 升小时 4 帕 1 5 k w 1 0 0 4 0 0 0 升小时 磁感，容积式 + - o 1 5 1 0 1 5 0 升小时 3 帕 0 3 7 k w 0 一一1 4 0 1 1 0 1 5 0 升小时 3 帕 0 3 7 k w 乳化剂1 # 泵流量计能力1 0 1 5 0 升4 , 时 3 、工艺流程 天津市公路局沥青油库改性乳化工艺采用边改性边乳化工艺，设备为连续生 产，水溶液系统、沥青系统、改性剂添加系统，分别将水溶液、沥青、改性剂同 时加入到胶体磨中，进行乳化，制备改性乳化沥青。 1 ) 溶液系统：水通过泵送到胶体磨，在这个过程中，水要经过三次改变， 一是将成品的热量交换给水，然后通过锅炉的热交换器，补充水温不足，再将水 加热到使用温度：二是通过小型静态混合器时，将乳化剂、酸加入，进行初步混 1 4 塑盔塑程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 合；三是通过中型静态混合器，进一步将水溶液充分混合，进入胶体磨。 此系统中，有酸值检测装置、流量检测控制装置。 2 ) 沥青系统：先将沥青加热到使用温度，然后通过泵送、计量，进入胶体 磨，此系统还可将其他溶剂计量添加到沥青中。 3 ) 改性荆添加系统：将改性剂从罐中通过泵抽出、计量，进入胶体磨。 2 3 2 改性乳化沥青生产配方设计 经过反复调试，最终确定的改性乳化沥青的配方见表2 5 改性乳化沥青生产配方表2 5 沥青盘锦9 0 # 6 0 温度1 4 0 乳化剂i n d v l i nq t s 1 2 实物、占乳液时 丁苯胶乳s b r 3 折纯、占沥青量 水加至i 0 0 j 水相( 皂液)p h 值2 5用h c l 调整温度5 0 i 改性乳化沥青产出温度8 0 9 0 2 3 3 改性乳化沥青质量检验 目前，我国仅有乳化沥青技术标准，还没有制订改性乳化沥青的技术标准， 国内近几年开展改性乳化沥青及稀浆封层的研究和应用，主要参照美国和日本有 关标准，尽管各国的检验标准与分类方法不统一，但检验的内容与实质几乎是相 似的血3 。表2 6 为美国改性乳化沥青技术标准，表2 7 为日本改性乳化沥青技术 标准。 美国微表处用改性乳化沥青技术标准表2 , 6 州名 阿拉巴马伊利诺斯堪萨斯饿克拉荷马宾西法尼亚维吉尼亚怀俄明 筛上剩余盘( ) o 0 1 o 1 0o 50 1o 10 1 贮存稳 1 丝! 0 1 0 1 111 定性( ) i5 d 6 2 5 7 6 2 6 2 6 2 6 2 蒸馏方法 1 7 7 1 7 7 2 0 4 1 7 7 1 5 r a i n2 0 r a i nt 5 m i n1 5 r a i n 蒸馏物延度( c m ) 4 0 5 0 8 0 7 0 4 0 ( 1 5 5 4 0 4 0 、 溶解度( ) 9 7 5 9 7 5 9 7 5 9 7 9 6 9 7 5 9 7 5 针入度( o t m m ) 6 0 1 l o4 0 - 8 05 0 1 0 04 0 9 04 0 9 04 0 - 9 04 0 9 0 软化点( ) 6 0 5 7 6 0 6 0 5 7 聚合物用量 3 6 0 c 动力粘度( p a s 8 0 0 8 0 0 8 0 0 测力延度比率 o 5 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 日本掺聚合物改 生沥青乳液标准( j e a a s )表2 7 指标单位p k r t 型 1 2 恩格拉度( 2 5 。c )l l o 筛上残留物含量( 1 1 8 r a m ) 0 3 以下 粘附性2 ，3 以上 电荷阳( + ) 蒸发残留物含量 5 0 以上 针入度( 2 5 ) 0 1 m m5 0 1 0 01 0 0 1 5 0 蒸延度 7 c m 1 0 0 以上 发5 c m 1 0 0 以上 残 软化点 4 8 以上 留4 2 以上 物 粘韧性 2 5 n m3 以上 1 5 n m4 以上 韧性 2 5 n m1 5 以上 1 5 n m2 以上 灰分 1 以下 贮存稳定性( 2 4 h ) 1 以下 冰冻稳定性( - 5 ) 美国地域辽阔，气候差异很大，使用范围广，各个地区采用的技术标准也 不一样。 参照国外改性乳化沥青试验方法、技术标准以及我们现有的试验条件，本课 题对加工的乳化沥青及改性乳化沥青( 改性剂掺量为3 ) 进行了试验，结果见 表2 8 。 乳化沥青及改性乳化沥青检测结果表2 8 检测项目实测结果 改性( 3 )未改性 l粘度c 2 5 3 ( s ) 2 51 5 筛上剩余量( 1 2 m m ) 0o 可拌合时间( m i n ) 2 5 2 微电荷 + 矿料裹覆性 2 3 2 3 蒸发残留物含量( ) 6 0 ，56 0 贮存稳定性 l do0 5 d0 3o 1 低温贮存稳定性 5 无无 蒸发残留物性质针入度2 5 c ，5 s ，1 0 0 9 8 29 1 延 1 5 c ( s c m m i n ) 1 0 0l o o 伸 7 。c ( 5 c m m i n ) 1 0 82 2 度 软化点( ) 6 54 8 东南大学工程硕士学位论文第二章改性乳化沥青的研制与生产 由表2 6 、表2 7 、表2 8 对比可知：生产的改性乳化沥青各项性能指标均 达到美国、日本聚合物橡胶改性乳化沥青检验标准，可用于改性稀浆封层施工。 改性乳化沥青比未加入改性剂的乳化沥青粘度增大，软化点提高，针入度有 所降低，低温延度增加，因此具有更好的高、低温性能和更强的粘附能力。 1 7 东南大学工程硕士学位论文 第三章改性乳化沥青稀浆封层混合料性能分析 第三章改性乳化沥青稀浆封层混合料性能分析 3 1 改性乳化沥青稀浆封层混合料配合比设计 3 1 1 材料 改性乳化沥青混合料般由五种原材料组成：骨料、填料、改性乳化沥青、 水和添加剂等。 i 、骨料 不同的乳化沥青稀浆封层混合料，主要区别在矿料的级配尺寸。矿料的级配 尺寸分为中、粗、细三种。其中e s l 型细粒式乳化沥青稀浆封层，最大用处是 填补裂缝：e s 一2 型中粒式乳化沥青稀浆封层，在可以起到填补裂缝的同时，又 有较粗的集料可承担荷载作用，因此应用范围较宽。e s - - 3 型粗粒式乳化沥青稀 浆封层可用于重交通道路的上封层，适用于温度变化大的地区n 3 。根据天津地区 的具体情况，本课题选用e s 一3 型级配。 骨料的材质要求 选用强度高、硬度大、耐磨性好的石料，且矿料的棱角较多，石质表面粗糙， 以提高稀浆封层的抗磨耗及抗滑性能。本课题选用骨料为玄武岩。 矿料级配 矿料级配标准及检测结果见表3 i 。矿料级配曲线图见图3 i 。 矿料级配标准及检测结果 表3 ，1 通过百分通过下列筛孔的百分率 率( ) 9 54 7 52 3 6 1 1 8o 60 3o 1 50 0 7 5 标准级配 1 0 07 0 9 0 4 5 7 02 8 5 01 9 3 41 2 2 57 1 85 1 5 实测结果 1 0 08 2 3 86 1 2 5 4 2 72 8 82 1 6 81 5 4 28 9 壅! ! ! 登工程硕士学位论文1 i = - 章改性乳化沥青稀浆封层混合料性能分析 通 过 瓣 孔 的 质 量 百 分 率 表示标准允许 的上下线曲线 表示实测结果 级配曲线 筛分尺寸f i l l o ，0 7 501 50 30 61 1 b2 3 64 7 59 5 图3 1 矿料级配曲线图 2 、填料 加入填料的目的是调整矿料级配，弥补石料中小于0 0 7 5 n 矿粉含量的不足、 改善稀浆和易性、提高稀浆混合料的稳定性、加快固化成型等，填料应用干燥、 松散、不含泥土杂质、没有结块的小于0 0 7 5 r a m 的石粉、粉煤灰、水泥等，本 课题加入水泥作填料。 3 、外加水 稀浆混合料中的水包括矿料中的水、乳液中的水和拌和时的外加水。严格 控制