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。3.4乳化沥青乳化沥青是粘稠沥青经热融和机械作用以微滴状态分散于含有乳化剂-稳定剂的水中，形成水包油(O/W)型的沥青乳液。乳化沥青可用于铺筑表面处治、贯入式、沥青碎石、乳化沥青混凝土等各种结构形式路面的面层及基层，也可用作透层油、粘层油以及用于各种稳定基层的养护，还可用于旧沥青路面的冷再生，防尘处理。乳化沥青的优越性主要有以下几点：（1）可冷态施工，节约能源，减少环境污染；（2）常温下具有较好的流动性，能保证洒布的均匀性，可提高路面修筑质量；（3）采用乳化沥青，扩展了沥青路面的类型，如稀浆封层等；（4）乳化沥青与矿料表面具有良好的工作性和粘附性，可节约沥青并保证施工质量；（5）可延长施工季节，乳化沥青施工低温多雨季节影响较少。一、乳化沥青的组成材料乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。沥青：易乳化性。针入度较大（大于100）的较软的沥青易于形成乳液。乳化剂：乳化剂有离子型和非离子型两大类，离子型乳化剂又分为阴离子型、阳离子型和两性离子型等。非离子乳化剂在水中不离解成离子状态而又具有亲油和亲水结构的化合物；如聚氧乙烯衍生物、多元醇酯和聚醚等。HLB值（即亲水—亲油的平衡值）分：HLB值在4～6为油包水型乳化剂；HLB值在8～18为水包油型乳化剂。沥青乳化液与矿料接触后分解破乳恢复沥青的速度，可分为快裂型、中裂型、慢裂型沥青乳化剂。稳定剂：无机盐类和高分子化合物水：根据乳化剂类型的不同确定对水质的要求。酸碱助剂：调节PH值可增强乳化剂的活性，提高乳化稳定性和贮存稳定性，并可降低乳化剂用量。聚合物改性剂：提高沥青的粘结力、弹韧性、耐候性、抗老化性等路面性能。二、乳素化沥青率的形成醉机理乳化某剂降距低界佣面张筋力的槐作用界面带膜的势保护野作用双电层坏的稳定盏作用三、乳病化沥青围的生产倘工艺1．原废材料宅的品肺种和念剂量幻玉的确吃定2．乳化腔工艺的采主要流娘程（1）乳障化剂型水溶振液的射调制球在水捞中加亭入需陕要数患量的拥乳化砖剂和金稳定罢剂，姨使其蝇在水妻中充柳分溶丧解，怨水温粉一般兽控制诉在60骆~8惊0°句C；（2）沥青崭加热载沥青嚷加热温爽度根据看其品种狗、牌号初、施工茧季节和幻玉地区而详定。一脸般温度负为12决0~棍15然0°靠C；（3）沥青乱与水比睛例控制锡沥桨青与乳滔液通过批流量计乎，严格录控制加庆入比例锅。（4）乳幅化常挎用设针备遮胶虹体磨才或其熊它同龙类设盈备。（5）沥青爆乳液贮筋存闻贮运过奋程注意截沥青乳劣液稳定亲性，避泼免产生俩破乳。用胺承类乳弟化剂伪进行用乳化廊的工怎艺图乳化设艘备乳化机缝结构示嫌意图a）搅处拌式恨乳化盆机；b）高压丛均化器砌（1-出口；2-锥形座彻；3-阀头；4-进口）陪；c）胶朽体磨撒的结浅构原剧理（1-转子删；2-定子）乳化设只备连续井式乳惰化沥徒青生牢产设膊备流瞧程图四、文乳化粱沥青安的分欠裂机危理为发挥亦乳化沥鹅青粘结传的功能躬，沥青赤液滴必摔须从乳什化液中穷分裂出岩来，聚皆集在集壶料的表研面而形泉成连续振的沥青洋薄膜，潜这一过竭程称为奏“分裂助”。1．水暴的蒸晶发作汽用乳液币中的近水分赖蒸发右，破流坏乳咸液的议稳定拿性造脚成分鄙裂、版破乳门。2．集料待的吸附腔作用由于航多孔队、粗晚糙、然干燥碌的集某料易挖吸收批乳液咱水分蚊，破穗坏乳敲液的而平衡颠，加妙速破右乳。3．电荷降的吸附站作用沥青我乳液呀与集誉料接质触后疤，乳厅液中固沥青胡微粒猜所带梯电荷识与集慌料表遵面所财带电惭荷的资相互年吸附绳作用亡，是悼乳液丸破乳字的主绘要原糊因。4．酸咽碱中撕和作伴用阳离笑子沥黄青乳喜液有宣一定骂的游芳离酸讯，pH值小猜，游免离酸攀与碱股性集易料起堡作用攀，生鸟成了或氯化捏钙和节带负邮电荷假的碳铜酸离旁子，恐它与例裹覆胶在沥辟青微馆粒周誓围的原阳离边子中晒和，岗因此耕沥青夕微粒断能与除集料蝇表面清紧密豪相连帝，形鸣成牢鹅固的抚沥青杨膜，停乳液蝴中的津水分受很快黄分离扑出来残。5．机浆械的壤激波期作用在施孕工过录程中纪压路邀机的效碾压皇和开芦放交爸通后逃汽车巧的行盆驶，离各种抛机械叶力对愚路面夕的振泪颤而子产生饮激波愉作用抹，也浪能促铜使乳庄化沥宿青稳嚷定性哥的破书坏和窃沥青欣薄膜偏结构尼的形废成。五、辆乳化胀沥青修的技医术性赢质与臣技术饱标准1．筛背上剩办余量弊：1.1铸8mm筛2．蒸共发残姐留物蒸含量谣及残羞留物俘性质乳液加调热（不马超过16却0℃）脱秋水后筋，求雕出其毯蒸发泰残留挂物占颜乳液痒的百暑分比熊；蒸缝发残志留物扮的性灶质以嫁针入莫度、体延度贪和软查化点泊表征烫，比凝较沥烧青乳陵化后鸽与原狱沥青拉相比丽在技秃术性棕能上责有何浪变化呢。3．粘度标准粘冰度计或郊恩氏粘贪度计测业定乳液场的粘度动。测试拆条件为翼：温度60峰℃，流榜孔直恐径3mm。4．粘就附性观察乳崇液与石眨料表面扎的粘附诉情况。5．储存强稳定性将乳科液在辨容器思中置蜡放规厘定的端储存暴时间误后，她检测异容器等上下玻乳液迫的浓缸度变熟化。姜一般粉采用5d的贮少存稳堆定性诊，也刘可用1d的稳榜定性蚁。6．低温披储存稳享定性7．微粒亮离子电秩荷性8．破乳贞速度9．水泥宰拌和试膨验与矿旗料拌和收试验技术百标准P-喷洒型南乳化沥沉青，主判要用于蒙透层、规粘层、浆表面处当治或贯江入式沥黎青碎石哑路面；B-拌和抚型乳诊化沥钳青，锈主要临用于采沥青垫碎石低或沥牙青混保合料扒路面啄。C-阳离子佛型乳化绞沥青，A-阴离块子型牌乳化滔沥青辫，N-非离子蠢乳化沥淹青；1~抹3表示昏不同摸用途峰。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－3、BC－3拌制稳定土及稀浆封层用种类品种及代号试验项目PC－1PC－2PC－3BC－1BC－2BC－3

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