瀝青和瀝青混合料應(yīng)用

1、瀝青和瀝青混合料應(yīng)用第3章 改性瀝青和乳化瀝青所謂改性瀝青，也包括改性瀝青混合料，是指“摻和橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細的橡膠粉或其它填料等外摻劑（改性劑），經(jīng)過充分混熔，使之均勻分散在瀝青中，或采取對瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青結(jié)合料”。 3.1 工程高聚物材料一、高聚物材料的概念高聚物是組成單元相互多次重復(fù)連接而構(gòu)成的物質(zhì)。聚合物材料包括塑料 、橡膠 、纖維三類 。 1.高聚物的主要特征 1）具有巨大的分子量 2）復(fù)雜的鏈結(jié)構(gòu) 3）晶態(tài)與非晶態(tài)的共存 4）同一種高聚物可加工為不同性質(zhì)的材料 5）高的品質(zhì)系數(shù) 2.高聚物的命名 和分類命名：1）習(xí)慣命

2、名2）系統(tǒng)命名法3）英文縮寫分類：塑料 、橡膠 、纖維三類 。二、幾種主要高聚物材料 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、幾種主要高聚物材料2橡膠(Rubber)1）丁苯橡膠（SBR)2）氯丁橡膠（CR）3）高聚物合金（熱塑性橡膠）SBS、SIS3.2 改性瀝青的分類與技術(shù)標準一、改性瀝青的分類見圖3-1。按改性劑分：熱塑性橡膠類SBS、SIS、SE/BS橡膠類NR、SBR、CR、BR、IR、EPDM、ABR、TTR、SIR、SR、FR樹脂類EVA、PE、APP、PVC、PS、EEA、PP、NBR、E

3、P等二、改性瀝青技術(shù)性質(zhì)1.溫度敏感性評價指標：針入度指數(shù)PI、針入度粘度指數(shù)PVN和粘溫指數(shù)VTI等。PI由040的針入度變化決定，VTI由60135的粘度變化決定，PVN由25的針入度及60或135的粘度決定。2.高溫穩(wěn)定性評價指標：環(huán)球法軟化點、軟化點T800 3.低溫柔韌性當量脆點（）、低溫延度 （5，5cm/min) 4.彈性彈性恢復(fù)（15，30min，10cm，5cm/min） 5.粘韌性測力延度（10，5cm/min）二、改性瀝青技術(shù)性質(zhì)6.耐久性指標殘留針入度比（25，100g，5s）殘留針入度比越大，說明瀝青的抗老化性能越好。低溫殘留延度（10， 5cm/min）殘留彈性恢復(fù)

4、（15，30min，10cm，5cm/min） 7.貯存穩(wěn)定性 離析試驗：SBR、SBS類改性瀝青，離析時表現(xiàn)為聚合物上浮，則采用的離析試驗。（注入瀝青的管垂直放在163烘箱中，保持48h）；上下軟化點差熱儲存性試驗：EVA和PE等聚合物改性瀝青 8.低溫粘結(jié)性 板沖擊試驗 9.施工指標 閃點 10.工作度指標135 的高溫粘度三、改性瀝青的評價技術(shù)現(xiàn)行評價改性瀝青性能的方法有三大類。（1）采用瀝青性能指標的變化程度來衡量，如針入度、軟化點、延度、粘度、脆點的變化程度。變化值越大，改性效果越好。目前生產(chǎn)上最常用的方法。（2）針對改性瀝青的特點開發(fā)的試驗方法，如彈性恢復(fù)試驗、測力延度試驗、粘韌性

5、試驗、沖擊板試驗、離析試驗等等。（3）美國的SHRP瀝青膠結(jié)料評價方法，該方法在一套全新的試驗設(shè)備和觀念的基礎(chǔ)上，制定了既適用于普通瀝青又適用于改性瀝青的指標體系。四、改性瀝青的技術(shù)標準技術(shù)標準見表3-2。改性瀝青分類：熱塑性橡膠類改性瀝青 橡膠類改性瀝青 熱塑性樹脂改性瀝青 改性瀝青的選擇1）改性瀝青的選擇必須考慮地理位置、氣候條件、道路等級、路面結(jié)構(gòu)等多方面因素SBS類改性瀝青最大特點是高溫、低溫性能都好，具有良好的彈性恢復(fù)性能。顯然熱塑性橡膠類SBS改性瀝青無論炎熱地區(qū)、溫暖地區(qū)，還是寒冷地區(qū)都是適用的。橡膠類SBR改性瀝青最大特點是低溫柔軟性好，主要適宜在寒冷氣候條件下使用。EVA改性

6、瀝青除寒冷地區(qū)不宜使用外，炎熱地區(qū)和一般溫暖地區(qū)都可使用。PE改性瀝青由于只是高溫性能比較好，故主要適宜與炎熱地區(qū)，寒冷地區(qū)肯定是不適用的，而一般溫暖地區(qū)由于四季分明，夏季雖熱，但冬季往往也很冷，所以一般來說也不宜采用PE改性瀝青。而在西歐、北美地區(qū)以及日本PE的應(yīng)用日趨減少，基本被淘汰。我國聚合物改性瀝青適用地區(qū)：類是SBS熱塑性橡膠類聚合物改性瀝青：-A型及-B型適用于寒冷地區(qū)，-C型用于較熱地區(qū)，-D型用于炎熱地區(qū)及重交通路段。類是SBR橡膠類聚合物改性瀝青：-A型用于寒冷地區(qū)，-B和-C適用于較熱地區(qū)。類是樹脂類聚合物改性瀝青：如乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)改性瀝青，適用

7、于較熱和炎熱地區(qū)。通常要求軟化點溫度比最高月使用溫度的最大日空氣溫度要高20左右。改性瀝青的選擇2）根據(jù)瀝青改性的目的和要求選擇改性劑為提高抗永久變形能力，宜使用熱塑性橡膠類、熱塑性樹脂類改性劑；為提高抗低溫變形能力，宜使用熱塑性橡膠類、橡膠類改性劑；為提高抗疲勞開裂能力，宜使用熱塑性橡膠類、橡膠類、熱塑性樹脂類改性劑；為提高抗水損壞能力，宜使用各類抗剝落劑等外摻劑。3）改性瀝青的選擇還與制備的條件有關(guān)由于SBR改性瀝青需要特殊的設(shè)備才能制備，所以一般使用單位都只能采購橡膠母體，使用時再將它摻入熱瀝青中。這樣就給使用單位提供了一種加工改性瀝青的方法，尤其是養(yǎng)路部門感到有了提高瀝青路面性能的辦法

8、。SBS、PE改性瀝青的制備必須使用專門的加工設(shè)備，故一般只有大型工程才有條件采用。EVA與瀝青有較好的相容性，在瀝青中只要用對流式攪拌器或者簡單的高剪切混溶機就能使EVA分散開來，因而制備比較方便，一般單位都可選用。用廢舊輪胎磨細的橡膠粉制備改性瀝青，設(shè)備簡單，尤其適合道路養(yǎng)護部門使用。標準的使用問題具體對一個工程，使用改性瀝青時，可參照以下步驟：（1）根據(jù)當?shù)氐臍夂驐l件和交通條件，選擇適當?shù)幕|(zhì)瀝青。希望提高高溫性能的路段，基質(zhì)瀝青的標號宜為當?shù)赝惞肥褂玫臑r青標號；希望提高低溫性能的路段，基質(zhì)瀝青的標號宜為針入度大一個等級（軟一些）的瀝青。（2）根據(jù)改性目的和經(jīng)濟條件，在改性劑的合理使

9、用范圍內(nèi)，選擇一個初試劑量。各類改性瀝青的合理范圍，除特殊情況外，宜在下列范圍內(nèi)選擇：對SBS改性瀝青，SBS的劑量宜為3%6%；對SBR改性瀝青，SBR的劑量宜為3%5%；對EVA或PE改性瀝青，EVA或PE的劑量宜為4%6%。（3）按改性瀝青的加工工藝，采用適宜的方法制作改性瀝青樣品，測定改性瀝青的15、25、30針入度，計算針入度指數(shù)PI，再根據(jù)25針入度確定屬于哪一個等級。例如針入度88的基質(zhì)瀝青采用4%SBS改性后，針入度為66，則屬于I-C級。（4）按照各類改性瀝青的關(guān)鍵性技術(shù)指標，試驗各項性質(zhì)，對照相應(yīng)的指標，評定其是否合格。（5）如果達不到要求的指標，或指標過高，可以適當調(diào)整改

10、性劑劑量，以符合標準的要求。也可以一開始就試驗幾個不同劑量的改性瀝青，從中選擇一個適宜的劑量。（6）試驗技術(shù)要求規(guī)定的其它指標，檢驗其是否合乎各自技術(shù)要求。3.3 改性瀝青的生產(chǎn)技術(shù)一、改性瀝青的相容性 改性瀝青的相容性是指瀝青和改性劑在組成和性質(zhì)上存在差別的組分，在一定的條件下能夠相互兼容，并存并配伍，形成熱力學(xué)相對穩(wěn)定的具有混溶性的體系的能力。 聚合物分子量 ：當聚合物的分子量接近或大于瀝青質(zhì)的分子量時，就會破壞瀝青相位的平衡。飽和分8%12%，芳香分與樹脂85%89%，瀝青質(zhì)1%5%，與聚合物相容性好。 聚合物分子結(jié)構(gòu) 聚合物的分散度 溶解度參數(shù) ：溶解度參數(shù)差異愈小，分子結(jié)構(gòu)愈相近則相

11、容性愈好?；|(zhì)瀝青與聚合物改性劑基本上遵循化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)相似相容的原則。 二、改性瀝青制備方法1母體法母體法的原理是先采用一種適當?shù)姆椒?，制備加工成高劑量聚合物改性瀝青母體，再在現(xiàn)場把改性瀝青母體與基質(zhì)瀝青摻配調(diào)稀成要求劑量的改性瀝青使用，所以又稱為二次摻配法。母體法可以采用溶劑法和混煉法制備改性瀝青母體。對與瀝青相容性不好的SBR、SBS、PE等聚合物改性劑，都可以采用高速剪切等工藝生產(chǎn)高濃度的改性瀝青母體?！叭蹌┓ā鄙a(chǎn)SBR橡膠瀝青2. 直接投入法直接投入法是直接將改性劑投入瀝青混合料拌和鍋與礦料、瀝青拌和制作改性瀝青混合料的工藝。SBR聚合物改性瀝青常采用此方法制作。室內(nèi)試驗的結(jié)果表明

12、，采用直接投入法拌和的要比預(yù)混法的改性效果稍差些。3機械攪拌法聚合物改性劑與基質(zhì)瀝青通過機械拌制得到改性瀝青。SBS、PE等相容性較差的改性劑，不適用于機械攪拌法加工，而對EVA以及某些相容性較好的聚合物，可以采用攪拌法加工。 二、改性瀝青制備方法4.膠體磨法和高速剪切法 采用膠體磨或高速剪切設(shè)備，在高溫高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下將聚合物研磨成很細的顆粒以增加瀝青與聚合物的接觸面積，使改性劑充分分散到基質(zhì)瀝青中，一般需要經(jīng)過聚合物的溶脹、分散磨細、繼續(xù)發(fā)育三個過程。改性瀝青制造設(shè)備加工流程示意圖M-膠體磨；A、B-攪拌罐；C-成品罐；L1、L2、L3-兩通閥門；F1、F2、F3、F4-三通閥門；B1、B2

13、-瀝青泵；S-瀝青流量計；J-減速器二、改性瀝青制備方法5.橡膠粉改性瀝青的生產(chǎn) 1）濕法濕法橡膠粉改性瀝青常用于填縫料、封層(應(yīng)力吸收膜)，也可用于熱拌瀝青混合料。2）干法干法橡膠粉改性瀝青僅用于熱拌瀝青混合料。 技術(shù)關(guān)鍵：廢橡膠粉的制造工藝，橡膠粉有兩種制造方法：一是將精煉過的橡膠用乙氮冷凍，使之脆化，再用球磨機磨成粉末；二是將預(yù)先制備的膠乳霧化，使它吸附在硅藻土上，經(jīng)熱風干燥除去水分而成粉末。通過廢橡膠粉改性的瀝青混合料的成本一般將增加20%100%的費用。3.4 乳化瀝青乳化瀝青是粘稠瀝青經(jīng)熱融和機械作用以微滴狀態(tài)分散于含有乳化劑-穩(wěn)定劑的水中，形成水包油(O/W)型的瀝青乳液。乳化瀝

14、青可用于鋪筑表面處治、貫入式、瀝青碎石、乳化瀝青混凝土等各種結(jié)構(gòu)形式路面的面層及基層，也可用作透層油、粘層油以及用于各種穩(wěn)定基層的養(yǎng)護，還可用于舊瀝青路面的冷再生，防塵處理。 乳化瀝青的優(yōu)越性主要有以下幾點：（1）可冷態(tài)施工，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染；（2）常溫下具有較好的流動性，能保證灑布的均勻性，可提高路面修筑質(zhì)量；（3）采用乳化瀝青，擴展了瀝青路面的類型，如稀漿封層等；（4）乳化瀝青與礦料表面具有良好的工作性和粘附性，可節(jié)約瀝青并保證施工質(zhì)量；（5）可延長施工季節(jié)，乳化瀝青施工低溫多雨季節(jié)影響較少。一、乳化瀝青的組成材料乳化瀝青主要由瀝青、乳化劑、穩(wěn)定劑和水等組分所組成。瀝青：易乳化性。針

15、入度較大（大于100）的較軟的瀝青易于形成乳液。乳化劑：乳化劑有離子型和非離子型兩大類，離子型乳化劑又分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型等。非離子乳化劑在水中不離解成離子狀態(tài)而又具有親油和親水結(jié)構(gòu)的化合物；如聚氧乙烯衍生物、多元醇酯和聚醚等。HLB值（即親水親油的平衡值）分：HLB值在46為油包水型乳化劑；HLB值在818為水包油型乳化劑。瀝青乳化液與礦料接觸后分解破乳恢復(fù)瀝青的速度，可分為快裂型、中裂型、慢裂型瀝青乳化劑。穩(wěn)定劑：無機鹽類和高分子化合物水 ：根據(jù)乳化劑類型的不同確定對水質(zhì)的要求。 酸堿助劑：調(diào)節(jié)PH值可增強乳化劑的活性，提高乳化穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定性，并可降低乳化劑用量。 聚合物

16、改性劑 ：提高瀝青的粘結(jié)力、彈韌性、耐候性、抗老化性等路面性能 。二、乳化瀝青的形成機理 乳化劑降低界面張力的作用 界面膜的保護作用 雙電層的穩(wěn)定作用 三、乳化瀝青的生產(chǎn)工藝 1原材料的品種和劑量的確定2乳化工藝的主要流程（1）乳化劑水溶液的調(diào)制 在水中加入需要數(shù)量的乳化劑和穩(wěn)定劑，使其在水中充分溶解，水溫一般控制在6080C；（2）瀝青加熱 瀝青加熱溫度根據(jù)其品種、牌號、施工季節(jié)和地區(qū)而定。一般溫度為120150C；（3）瀝青與水比例控制 瀝青與乳液通過流量計，嚴格控制加入比例。（4）乳化常用設(shè)備 膠體磨或其它同類設(shè)備。（5）瀝青乳液貯存 貯運過程注意瀝青乳液穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生破乳。用胺類乳化

17、劑進行乳化的工藝圖 乳化設(shè)備 乳化機結(jié)構(gòu)示意圖a）攪拌式乳化機；b）高壓均化器（1-出口；2-錐形座；3-閥頭；4-進口）；c）膠體磨的結(jié)構(gòu)原理（1-轉(zhuǎn)子；2-定子） 乳化設(shè)備 連續(xù)式乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備流程圖 四、乳化瀝青的分裂機理 為發(fā)揮乳化瀝青粘結(jié)的功能，瀝青液滴必須從乳化液中分裂出來，聚集在集料的表面而形成連續(xù)的瀝青薄膜，這一過程稱為“分裂”。1水的蒸發(fā)作用 乳液中的水分蒸發(fā)，破壞乳液的穩(wěn)定性造成分裂、破乳。2集料的吸附作用 由于多孔、粗糙、干燥的集料易吸收乳液水分，破壞乳液的平衡，加速破乳。 3電荷的吸附作用瀝青乳液與集料接觸后，乳液中瀝青微粒所帶電荷與集料表面所帶電荷的相互吸附作用，是

18、乳液破乳的主要原因。4酸堿中和作用陽離子瀝青乳液有一定的游離酸，pH值小，游離酸與堿性集料起作用，生成了氯化鈣和帶負電荷的碳酸離子，它與裹覆在瀝青微粒周圍的陽離子中和，因此瀝青微粒能與集料表面緊密相連，形成牢固的瀝青膜，乳液中的水分很快分離出來。5機械的激波作用 在施工過程中壓路機的碾壓和開放交通后汽車的行駛，各種機械力對路面的振顫而產(chǎn)生激波作用，也能促使乳化瀝青穩(wěn)定性的破壞和瀝青薄膜結(jié)構(gòu)的形成。 五、乳化瀝青的技術(shù)性質(zhì)與技術(shù)標準 1篩上剩余量：篩2蒸發(fā)殘留物含量及殘留物性質(zhì)乳液加熱（不超過160）脫水后，求出其蒸發(fā)殘留物占乳液的百分比；蒸發(fā)殘留物的性質(zhì)以針入度、延度和軟化點表征，比較瀝青乳化后與原瀝青相比在技術(shù)性能上有何變化。3粘度標準粘度計或恩氏粘度計測定乳液的粘度。測試條件為：溫度60，流孔直徑3mm。4粘附性觀察乳液與石料表面的粘附情況。5儲存穩(wěn)定性將乳液在容器中置放規(guī)定的儲存時間后，檢測容器上下乳液的濃度變化。一般采用5d的貯存穩(wěn)定性，也可用1d的穩(wěn)定性。6低溫儲存穩(wěn)定性 7微粒離子電荷性8破乳速度9水泥拌和試驗與礦料拌和試驗技術(shù)標準P-噴灑型乳化瀝青，主要用于透層、粘層、表面處治或貫入式瀝青碎石路面；B-拌和型乳化瀝青，主要用于瀝青碎石或瀝青混合料路面。C-陽離子型乳化瀝青，A-陰離子型乳