改性沥青和乳化沥青材料性质及使用技术讲解

改性沥青和乳化沥青材料性质及使用技术讲解黄维蓉第3章改性沥青和乳化沥青所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，是指“掺和橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂），经过充分混熔，使之均匀分散在沥青中，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。3.1工程高聚物材料一、高聚物材料的概念高聚物是组成单元相互多次重复连接而构成的物质。聚合物材料包括塑料、橡胶、纤维三类。1.高聚物的主要特征1）具有巨大的分子量2）复杂的链结构3）晶态与非晶态的共存4）同一种高聚物可加工为不同性质的材料5）高的品质系数2.高聚物的命名和分类命名：1）习惯命名2）系统命名法3）英文缩写分类：塑料、橡胶、纤维三类。二、几种主要高聚物材料1.塑料1）聚乙烯(PE)2）聚丙烯（PP）3）聚氯乙烯(PVC)4）聚苯乙烯(PS)5）乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)

二、几种主要高聚物材料2．橡胶(Rubber)1）丁苯橡胶（SBR)2）氯丁橡胶（CR）3）高聚物合金（热塑性橡胶）SBS、SIS3.2改性沥青的分类与技术标准一、改性沥青的分类见图3-1。按改性剂分：热塑性橡胶类SBS、SIS、SE/BS橡胶类NR、SBR、CR、BR、IR、EPDM、ABR、TTR、SIR、SR、FR树脂类EVA、PE、APP、PVC、PS、EEA、PP、NBR、EP等二、改性沥青技术性质1.温度敏感性评价指标：针入度指数PI、针入度粘度指数PVN和粘温指数VTI等。PI由0～40℃的针入度变化决定，VTI由60～135℃的粘度变化决定，PVN由25℃的针入度及60℃或135℃的粘度决定。2.高温稳定性评价指标：环球法软化点、软化点T8003.低温柔韧性当量脆点（T1.2）、低温延度（5℃，5cm/min)4.弹性弹性恢复（15℃，30min，10cm，5cm/min）5.粘韧性测力延度（10℃，5cm/min）二、改性沥青技术性质6.耐久性指标残留针入度比（25℃，100g，5s）残留针入度比越大，说明沥青的抗老化性能越好。低温残留延度（10℃，5cm/min）残留弹性恢复（15℃，30min，10cm，5cm/min）7.贮存稳定性离析试验：SBR、SBS类改性沥青，离析时表现为聚合物上浮，则采用的离析试验。（注入沥青的管垂直放在163℃烘箱中，保持48h）；上下软化点差热储存性试验：EVA和PE等聚合物改性沥青8.低温粘结性板冲击试验9.施工指标闪点10.工作度指标135℃的高温粘度三、改性沥青的评价技术现行评价改性沥青性能的方法有三大类。（1）采用沥青性能指标的变化程度来衡量，如针入度、软化点、延度、粘度、脆点的变化程度。变化值越大，改性效果越好。目前生产上最常用的方法。（2）针对改性沥青的特点开发的试验方法，如弹性恢复试验、测力延度试验、粘韧性试验、冲击板试验、离析试验等等。（3）美国的SHRP沥青胶结料评价方法，该方法在一套全新的试验设备和观念的基础上，制定了既适用于普通沥青又适用于改性沥青的指标体系。四、改性沥青的技术标准技术标准见表3-2。改性沥青分类：热塑性橡胶类改性沥青橡胶类改性沥青热塑性树脂改性沥青

改性沥青的选择1）改性沥青的选择必须考虑地理位置、气候条件、道路等级、路面结构等多方面因素SBS类改性沥青最大特点是高温、低温性能都好，具有良好的弹性恢复性能。显然热塑性橡胶类SBS改性沥青无论炎热地区、温暖地区，还是寒冷地区都是适用的。橡胶类SBR改性沥青最大特点是低温柔软性好，主要适宜在寒冷气候条件下使用。EVA改性沥青除寒冷地区不宜使用外，炎热地区和一般温暖地区都可使用。PE改性沥青由于只是高温性能比较好，故主要适宜与炎热地区，寒冷地区肯定是不适用的，而一般温暖地区由于四季分明，夏季虽热，但冬季往往也很冷，所以一般来说也不宜采用PE改性沥青。而在西欧、北美地区以及日本PE的应用日趋减少，基本被淘汰。我国聚合物改性沥青适用地区：Ⅰ类是SBS热塑性橡胶类聚合物改性沥青：Ⅰ-A型及Ⅰ-B型适用于寒冷地区，Ⅰ-C型用于较热地区，Ⅰ-D型用于炎热地区及重交通路段。Ⅱ类是SBR橡胶类聚合物改性沥青：Ⅱ-A型用于寒冷地区，Ⅱ-B和Ⅱ-C适用于较热地区。Ⅲ类是树脂类聚合物改性沥青：如乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)改性沥青，适用于较热和炎热地区。通常要求软化点温度比最高月使用温度的最大日空气温度要高20℃左右。改性沥青的选择2）根据沥青改性的目的和要求选择改性剂为提高抗永久变形能力，宜使用热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂；为提高抗低温变形能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类改性剂；为提高抗疲劳开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类、热塑性树脂类改性剂；为提高抗水损坏能力，宜使用各类抗剥落剂等外掺剂。3）改性沥青的选择还与制备的条件有关由于SBR改性沥青需要特殊的设备才能制备，所以一般使用单位都只能采购橡胶母体，使用时再将它掺入热沥青中。这样就给使用单位提供了一种加工改性沥青的方法，尤其是养路部门感到有了提高沥青路面性能的办法。SBS、PE改性沥青的制备必须使用专门的加工设备，故一般只有大型工程才有条件采用。EVA与沥青有较好的相容性，在沥青中只要用对流式搅拌器或者简单的高剪切混溶机就能使EVA分散开来，因而制备比较方便，一般单位都可选用。用废旧轮胎磨细的橡胶粉制备改性沥青，设备简单，尤其适合道路养护部门使用。标准的使用问题具体对一个工程，使用改性沥青时，可参照以下步骤：（1）根据当地的气候条件和交通条件，选择适当的基质沥青。希望提高高温性能的路段，基质沥青的标号宜为当地同类公路使用的沥青标号；希望提高低温性能的路段，基质沥青的标号宜为针入度大一个等级（软一些）的沥青。（2）根据改性目的和经济条件，在改性剂的合理使用范围内，选择一个初试剂量。各类改性沥青的合理范围，除特殊情况外，宜在下列范围内选择：对SBS改性沥青，SBS的剂量宜为3%～6%；对SBR改性沥青，SBR的剂量宜为3%～5%；对EVA或PE改性沥青，EVA或PE的剂量宜为4%～6%。（3）按改性沥青的加工工艺，采用适宜的方法制作改性沥青样品，测定改性沥青的15℃、25℃、30℃针入度，计算针入度指数PI，再根据25℃针入度确定属于哪一个等级。例如针入度88的基质沥青采用4%SBS改性后，针入度为66，则属于I-C级。（4）按照各类改性沥青的关键性技术指标，试验各项性质，对照相应的指标，评定其是否合格。（5）如果达不到要求的指标，或指标过高，可以适当调整改性剂剂量，以符合标准的要求。也可以一开始就试验几个不同剂量的改性沥青，从中选择一个适宜的剂量。（6）试验技术要求规定的其它指标，检验其是否合乎各自技术要求。3.3改性沥青的生产技术一、改性沥青的相容性改性沥青的相容性是指沥青和改性剂在组成和性质上存在差别的组分，在一定的条件下能够相互兼容，并存并配伍，形成热力学相对稳定的具有混溶性的体系的能力。聚合物分子量：当聚合物的分子量接近或大于沥青质的分子量时，就会破坏沥青相位的平衡。饱和分8%～12%，芳香分与树脂85%～89%，沥青质1%～5%，与聚合物相容性好。聚合物分子结构聚合物的分散度溶解度参数：溶解度参数差异愈小，分子结构愈相近则相容性愈好。基质沥青与聚合物改性剂基本上遵循化学组成和结构相似相容的原则。二、改性沥青制备方法1．母体法母体法的原理是先采用一种适当的方法，制备加工成高剂量聚合物改性沥青母体，再在现场把改性沥青母体与基质沥青掺配调稀成要求剂量的改性沥青使用，所以又称为二次掺配法。母体法可以采用溶剂法和混炼法制备改性沥青母体。对与沥青相容性不好的SBR、SBS、PE等聚合物改性剂，都可以采用高速剪切等工艺生产高浓度的改性沥青母体。“熔剂法”生产SBR橡胶沥青2.直接投入法直接投入法是直接将改性剂投入沥青混合料拌和锅与矿料、沥青拌和制作改性沥青混合料的工艺。SBR聚合物改性沥青常采用此方法制作。室内试验的结果表明，采用直接投入法拌和的要比预混法的改性效果稍差些。3．机械搅拌法聚合物改性剂与基质沥青通过机械拌制得到改性沥青。SBS、PE等相容性较差的改性剂，不适用于机械搅拌法加工，而对EVA以及某些相容性较好的聚合物，可以采用搅拌法加工。二、改性沥青制备方法4.胶体磨法和高速剪切法采用胶体磨或高速剪切设备，在高温高速运转状态下将聚合物研磨成很细的颗粒以增加沥青与聚合物的接触面积，使改性剂充分分散到基质沥青中，一般需要经过聚合物的溶胀、分散磨细、继续发育三个过程。改性沥青制造设备加工流程示意图M-胶体磨；A、B-搅拌罐；C-成品罐；L1、L2、L3-两通阀门；F1、F2、F3、F4-三通阀门；B1、B2-沥青泵；S-沥青流量计；J-减速器二、改性沥青制备方法5.橡胶粉改性沥青的生产1）湿法湿法橡胶粉改性沥青常用于填缝料、封层(应力吸收膜)，也可用于热拌沥青混合料。2）干法干法橡胶粉改性沥青仅用于热拌沥青混合料。技术关键：废橡胶粉的制造工艺，橡胶粉有两种制造方法：一是将精炼过的橡胶用乙氮冷冻，使之脆化，再用球磨机磨成粉末；二是将预先制备的胶乳雾化，使它吸附在硅藻土上，经热风干燥除去水分而成粉末。通过废橡胶粉改性的沥青混合料的成本一般将增加20%～100%的费用。3.三4乳化三沥青乳化三沥青三是粘三稠沥三青经三热融三和机三械作三用以三微滴三状态三分散三于含三有乳三化剂-稳定三剂的三水中三，形三成水三包油(O三/W三)型的三沥青三乳液三。乳三化沥三青可三用于三铺筑三表面三处治三、贯三入式三、沥三青碎三石、三乳化三沥青三混凝三土等三各种三结构三形式三路面三的面三层及三基层三，也三可用三作透三层油三、粘三层油三以及三用于三各种三稳定三基层三的养三护，三还可三用于三旧沥三青路三面的三冷再三生，三防尘三处理三。乳化三沥青三的优三越性三主要三有以三下几三点：（1）可三冷态三施工三，节三约能三源，三减少三环境三污染三；（2）常三温下三具有三较好三的流三动性三，能三保证三洒布三的均三匀性三，可三提高三路面三修筑三质量三；（3）采三用乳三化沥三青，三扩展三了沥三青路三面的三类型三，如三稀浆三封层三等；（4）乳三化沥三青与三矿料三表面三具有三良好三的工三作性三和粘三附性三，可三节约三沥青三并保三证施三工质三量；（5）可三延长三施工三季节三，乳三化沥三青施三工低三温多三雨季三节影三响较三少。一、三乳化三沥青三的组三成材三料乳化三沥青三主要三由沥三青、三乳化三剂、三稳定三剂和三水等三组分三所组三成。沥青三：易三乳化三性。三针入三度较三大（三大于10三0）的三较软三的沥三青易三于形三成乳三液。乳化三剂：乳化三剂有三离子三型和三非离三子型三两大三类，三离子三型乳三化剂三又分三为阴三离子三型、三阳离三子型三和两三性离三子型三等。三非离三子乳三化剂三在水三中不三离解三成离三子状三态而三又具三有亲三油和三亲水三结构三的化三合物三；如三聚氧三乙烯三衍生三物、三多元三醇酯三和聚三醚等三。HL三B值（三即亲三水—亲油三的平三衡值三）分三：HL三B值在4～6为油三包水三型乳三化剂三；HL三B值在8～18为水三包油三型乳三化剂三。沥青三乳化三液与三矿料三接触三后分三解破三乳恢三复沥三青的三速度三，可三分为三快裂三型、三中裂三型、三慢裂三型沥三青乳三化剂三。稳定三剂：无机三盐类三和高三分子三化合三物水三：根三据乳三化剂三类型三的不三同确三定对三水质三的要三求。酸碱三助剂三：调三节PH值可三增强三乳化三剂的三活性三，提三高乳三化稳三定性三和贮三存稳三定性三，并三可降三低乳三化剂三用量三。聚合三物改三性剂三：三提高三沥青三的粘三结力三、弹三韧性三、耐三候性三、抗三老化三性等三路面三性能三。二、三乳化三沥青三的形三成机三理乳化三剂降三低界三面张三力的三作用界面三膜的三保护三作用双电三层的三稳定三作用三、三乳化三沥青三的生三产工三艺1．原三材料三的品三种和三剂量三的确三定2．乳三化工三艺的三主要三流程（1）乳三化剂三水溶三液的三调制三在水三中加三入需三要数三量的三乳化三剂和三稳定三剂，三使其三在水三中充三分溶三解，三水温三一般三控制三在60三~8三0°三C；（2）沥三青加三热三沥三青加三热温三度根三据其三品种三、牌三号、三施工三季节三和地三区而三定。三一般三温度三为12三0~三15三0°三C；（3）沥三青与三水比三例控三制三沥三青与三乳液三通过三流量三计，三严格三控制三加入三比例三。（4）乳三化常三用设三备三胶三体磨三或其三它同三类设三备。（5）沥三青乳三液贮三存三贮三运过三程注三意沥三青乳三液稳三定性三，避三免产三生破三乳。用胺三类乳三化剂三进行三乳化三的工三艺图乳化三设备乳化三机结三构示三意图a）搅三拌式三乳化三机；b）高三压均三化器三（1-出口三；2-锥形三座；3-阀头三；4-进口三）；c）胶三体磨三的结三构原三理（1-转子三；2-定子三）乳化三设备连续三式乳三化沥三青生三产设三备流三程图四、三乳化三沥青三的分三裂机三理为发三挥乳三化沥三青粘三结的三功能三，沥三青液三滴必三须从三乳化三液中三分裂三出来三，聚三集在三集料三的表三面而三形成三连续三的沥三青薄三膜，三这一三过程三称为三“分三裂”三。1．水三的蒸三发作三用乳液三中的三水分三蒸发三，破三坏乳三液的三稳定三性造三成分三裂、三破乳三。2．集三料的三吸附三作用由于三多孔三、粗三糙、三干燥三的集三料易三吸收三乳液三水分三，破三坏乳三液的三平衡三，加三速破三乳。3．电三荷的三吸附三作用沥青三乳液三与集三料接三触后三，乳三液中三沥青三微粒三所带三电荷三与集三料表三面所三带电三荷的三相互三吸附三作用三，是三乳液三破乳三的主三要原三因。4．酸三碱中三和作三用阳离三子沥三青乳三液有三一定三的游三离酸三，pH值小三，游三离酸三与碱三性集三料起三作用三，生三成了三氯化三钙和三带负三电荷三的碳三酸离三子，三它与三裹覆三在沥三青微三粒周三围的三阳离三子中三和，三因此三沥青三微粒三能与三集料三表面三紧密三相连三，形三成牢三固的三沥青三膜，三乳液三中的三水分三很快三分离三出来三。5．机三械的三激波三作用在施三工过三程中三压路三机的三碾压三和开三放交三通后三汽车三的行三驶，三各种三机械三力对三路面三的振三颤而三产生三激波三作用三，也三能促三使乳三化沥三青稳三定性三的破三坏和三沥青三薄膜三结构三的形三成。五、三乳化三沥青三的技三术性三质与三技术三标准1．筛三上剩三余量三：1.三18三mm筛2．蒸三发残三留物三含量三及残三留物三性质乳液三加热三（不三超过16三0℃）脱三水后三，求三出其三蒸发三残留三物占三乳液三的百三分比三；蒸三发残三留物三的性三质以三针入三度、三延度三和软三化点三表征三，比三较沥三青乳三化后三与原三沥青三相比三在技三术性三能上三有何三变化三。3．粘三度标准三粘度三计或三恩氏三粘度三计测三定乳三液的三粘度三。测三试条三件为三：温三度60三℃，流三孔直三径3m三m。4．粘三附性观察三乳液三与石三料表三面的三粘附三情况三。5．储三存稳三定性将乳三液在三容器三中置三放规三定的三储存三时间三后，三检测三容器三上下三乳液三的浓三度变三化。三一般三采用5d的贮三存稳三定性三，也三可用1d的稳三定性三。6．低三温储三存稳三定性7．微三粒离三子电三荷性8．破三乳速三度9．水三泥拌三和试三验与三矿料三拌和三试验技术三标准P-喷洒三型乳三化沥三青，三主要三用于三透层三、粘三层、三表面三处治三或贯三入式三沥青三碎石三路面三；B-拌和三型乳三化沥三青，三主要三用于三沥青三碎石三或沥三青混三合料三路面三。C-阳离三子型三乳化三沥青三，A-阴离三子型三乳化三沥青三，N-非离三子乳三化沥三青；1~三3表示三不同三用途三。类别代号用途喷洒贯入用PA－1、PC－1层铺贯入式路面及表面处治用PA－2、PC－2透层油及稳定用表面养护用PA－3、PC－3结合层油层用拌和用BA－1、BC－1拌制粗粒式沥青混凝土及黑色碎石用BA－2、BC－2拌制中粒式及细粒式沥青混合料用BA－