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沥青相关知识

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       沥青,包括乳化沥青在内,作为路面材料,在一定的温度范围内是以粘弹态存在。随着温度的逐渐降低,弹性也会逐渐下降,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,而转变为脆硬状态,称为玻璃态。随着温度的逐渐升高,沥青慢慢变软,弹性逐渐降低。当温度增加到某一数值时,沥青就会软化至流动状态,完全失去弹性,称为粘流态。

沥青只有在粘弹态对应的温度范围内,才能发挥其正常的使用性能。而沥青在粘流态和玻璃态对应的温度范围内,其使用性能迅速降低,若铺筑路面,路面将极易发生病害,不能满足车辆行驶的要求。鉴于沥青本身的粘弹态区间是非常小的,若把基质沥青直接铺筑路面,将很难满足现代公路的性能要求。为了扩大沥青本身的粘弹态区间,扩大有效使用范围,现代人们用的最常见最普遍的方法便是对沥青进行改性。经过改性后的沥青不但能够抗高温、抗低温,而且具有抗车辙等良好的使用性能,因此,现代的公路建设基本全部都是使用的改性沥青。

       虽然改性沥青具有诸多优点,但改性沥青必须要在较高的温度下才能达到拌和和碾压的黏度要求(一般为160~170℃左右),对施工条件和施工周期有一定的局限性,并且对能源和资源消耗量大,而乳化沥青可以很好的补充它的不足。

乳化沥青具有诸多优点,其不但可以冷施工、提高拌和均匀性,而且可以节省近20%的沥青原材料,同时还可以扩大施工周期、减小污染等,因此已得到广泛应用。但是乳化沥青本质上只是沥青的另一种存在形式,因此沥青自身的粘弹态区间小的这一弱点并没任何改变。现代工程对乳化沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能、抗车辙性能以及耐劳性等性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发展进程。

       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优点于一体的新型路面结合材料,具有非常好的高低温性能、抗老化性能、抗裂性能和耐疲劳性能等。改性乳化沥青可应用于沥青路面的裂缝治理、稀浆封层和微表处等许多方面。

1、改性乳化沥青的生产工艺

      改性乳化沥青的生产与制备必须经过两个工艺过程:沥青的乳化和沥青的改性。根据对沥青乳化和改性的顺序不同,其生产和制备可以分为两种方法: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)。

1.1 乳化沥青的改性

对乳化沥青改性的方法,是先将沥青进行乳化得到乳化沥青,然后以改性剂(一般为乳液状高分子聚合物)对乳化后的沥青进行改性,同时按需加入一定的分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态是相同的,在一定条件下,把两者掺配并用,就能实现对乳化沥青改性的目的。制备方法一般有三种:

      第一种方法称为二次热混合法。首先将热乳化剂水溶液与改性剂胶乳在乳化机中进行混合,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。在第二次混合过程中,改性剂胶乳与热熔沥青在乳化机中混合并分散,最终得到改性乳化沥青,其制备工艺流程如图1所示。

      第二种方法称为一次热混合法。首先将热熔沥青与热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入乳化机与改性剂胶乳进行混合,从而生产出改性乳化沥青,其制备工艺流程如图2所示。

      第三种方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合并分散,从而得到改性乳化沥青,其工艺流程图与一次热混合法基本相同。

 由于二次热混合法具有很多优点,该方法不但制备效率高、操作方便、过程易控制,而且生产的改性乳化沥青分散性好、存储稳定性好,具有较好的改性效果,因此在实际生产中该  工艺应用比较广泛,但该工艺的不足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,同时沥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储存稳定性和分散的均匀性产生较大影响,而且生产的改性乳化沥青改性效果不佳,所以该工艺一般不被采用。一次冷混合法虽然在常温下进行,不需加热,可以减小能耗,而且工艺流程相对简单,但是制备的改性乳化沥青,颗粒间的吸附、渗透和分散程度有限,分散效果和改性效果比前两种方法也较差,因此一般不被使用。

      由于一种胶乳改性 往往不能达到理想的改性效果,因此,往往采用两种或多种胶乳复合改性的方法生产复合式改性乳化沥青,以满足更高的质量要求。复合改性乳化沥青的生产工艺要比普通改性乳化沥青的生产工艺复杂,它需要考虑诸多的影响因素,如两种或多种改性剂胶乳和沥青乳化剂微粒离子相互之间的电荷相一致和相匹配问题 

1.2 改性沥青的乳化

       对改性沥青乳化的方法,是先以橡胶、热塑性弹性体、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作用,使其以细小的微粒均匀分布在沥青中,制得改性沥青,然后以生产出的改性沥青成品为基料,对其进行乳化而生产出改性乳化沥青。对改性沥青进行乳化的一般生产工艺流程如图3所示。

      在改性乳化沥青的生产过程中,由于改性沥青中聚合物改性剂以各种形式形成网状结构,黏度相对较大,乳化难度加大,因此在乳化过程中,需要乳化性能极优的乳化剂和剪切力足够大的乳化机。

在技术方面,改性沥青的乳化存在许多难题,具体如下:

        1)在改性沥青中,聚合物改性剂呈网状结构,黏度较大,需要剪切力足够大的胶体磨才能将其乳化。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)由于对改性沥青乳化难度大,因此对乳化剂的乳化效果要求极高。

        3)改性后的沥青黏度增大,需要在较高的温度下(一般165 ℃以上)贮存,较高温度的改性沥青直接与皂液(60~70 ℃)混合,将使皂液迅速沸腾汽化,致使乳化困难。

             如果 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,乳液很容易破乳,稳定性很差。

        5)沥青经过改性后,密度增大,致使乳化后的改性乳化沥青中颗粒容易聚沉、离析,贮存稳定性差。

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