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高性能改性乳化瀝青性能影響因素研究

2018-07-26 12:00:00 AM

【中國瀝青網新聞資訊】

引言

近年來,乳化瀝青因其良好的路用性能被廣泛應用於公路建設中,如用作新建道路的透層油或者粘層油,並在微表處、稀漿封層等養護工程以及冷再生瀝青混合料中取得了良好的應用效果。孫曉立等分別從微表處以及碎石封層方麵對乳化瀝青在公路工程養護中的應用進行了研究;張蘭峰等研究了乳化瀝青在冷再生混合料中的應用。隨著現代交通的發展,公路工程建設對改性乳化瀝青的性能提出了更高的要求,要求其不僅要具備良好的高低溫性能,還要有優良的耐疲勞以及抗水損害性能。為了進一步拓寬乳化瀝青的應用範圍,製備出高性能改性乳化瀝青已成為道路工作者的重點研究內容。本文研究不同影響因素對高性能改性乳化瀝青性能的影響,提出一種高性能改性乳化瀝青配方,並對其性能進行驗證。

改性乳化瀝青的製備

原材料

瀝青。選擇山東齊魯石化90#基質瀝青。

乳化劑。作為乳化瀝青中最重要的組成部分,乳化劑對乳化瀝青的製備、存儲以及施工和易性等有著重要影響。本文選擇季銨鹽類陽離子乳化劑(乳化劑A)與聚氧乙烯型非離子乳化劑(乳化劑B)製成複配乳化劑。

改性劑。改性劑的選擇不僅要兼顧改善瀝青的高低溫性能,同時也要考慮改性乳化瀝青的製備難易程度以及儲存穩定性等因素,最終選擇山東百和金博力牌SBR乳膠。

穩定劑。工程項目中多采用無機和有機2種類型的穩定劑。前者主要通過延緩瀝青微粒間的凝聚時間來提高乳化瀝青的存儲穩定性,後者則通過在乳液微粒表麵形成界麵膜,增大微粒間的聚結難度,來提高乳化瀝青的存儲穩定性。為了保證高性能乳化瀝青具有較高的瀝青含量以及較大的粘度,需將無機穩定劑和有機穩定劑複配使用。為此,本文選用的穩定劑為氯化鈣和聚乙烯醇,並按照1:1的比例複配使用。

pH值調節劑。pH值調節劑對乳化劑的最大溶解度影響很大。本文采用質量分數為35%的HCl溶液作為pH值調節劑。

改性乳化瀝青的製備

改性乳化瀝青的生產主要是通過對乳化瀝青進行改性或者對改性瀝青進行乳化這2種方式。國內通常采用前一種方式。為了提升改性乳化瀝青的性能,本文選擇二次熱混合法來製備改性乳化瀝青。

主要采用的設備是RH-5型立式膠體磨。製備前每份瀝青質量為210g,製備完成後每份成品乳化瀝青的質量為300g。

乳化瀝青性能影響因素分析

乳化劑配比的影響

采用不同複配比例的乳化劑製備的乳化瀝青,其性能也有一定差別,本文采用的乳化劑A與B的複配比例分別為0.4:0.6、0.5:0.5、0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2。在其他因素不變的前提下,測試乳化瀝青蒸發殘留物的針入度、軟化點以及延度等性能指標,研究乳化劑配比對乳化瀝青性能的影響。

可知:隨著複配乳化劑中乳化劑A的增加,針入度和延度逐漸增大,而軟化點則不斷減小;但是軟化點降低的幅度要小於針入度和延度增加的幅度;當複配比例為0.7:0.3時,針入度達到最大值,延度不再增加。說明乳化劑A加到一定比例後,瀝青乳化困難,穩定性降低,因此確定乳化劑A與B的複配比例為0.7:0.3。

乳化劑含量的影響

乳化劑是乳化瀝青生產過程中最關鍵的原材料,雖然在乳液中所占比例較小,但是由於它在一定程度上決定了乳化瀝青的分散性和穩定性,因此在製備乳化瀝青時一定要確定乳化劑的合理用量。

可知,隨著乳化劑含量的增加,乳化瀝青的針入度逐漸增加,但是軟化點、延度以及5d儲存穩定性逐漸降低,說明瀝青中添加乳化劑後各項性能呈現降低趨勢。這是因為:適量的乳化劑能提升乳化瀝青的破乳速度和破乳能力,從而能提升乳化瀝青的性能;但是劑量偏低時瀝青乳化不徹底,而過量的乳化劑則容易造成二次乳化,且不經濟。所以選擇合適的乳化劑含量對乳化瀝青來說尤為重要。

可得,乳化劑含量增加到2.5%以後,乳化瀝青各項性能變化趨勢減緩,同時結合乳化工藝以及經濟性,選擇2.5%為乳化劑的合理用量。

改性劑用量的影響

將橡膠膠乳等改性劑添加到乳化瀝青中,所製得的改性乳化瀝青,不僅擁有橡膠瀝青的特性,而且保留了乳化瀝青的優點。

可知,隨著乳化瀝青中改性劑用量增加,乳化瀝青的軟化點、延度、儲存穩定性提高,而針入度降低。這是因為,改性劑的添加能提升乳化瀝青的高溫穩定性及低溫抗裂性。綜合考慮,選擇改性劑用量為5%。

穩定劑用量的影響

穩定劑能保證乳化瀝青良好的儲存穩定性,不同穩定劑用量對乳化瀝青的性能有著不同的影響。

可得,隨著乳化瀝青中穩定劑用量的增加,乳化瀝青的針入度、延度降低,軟化點增大,而乳化瀝青的儲存穩定性呈現先降低後增加的趨勢,在穩定劑用量為0.8%時出現最小值。綜合考慮後選擇穩定劑用量為0.8%。

綜上所述,確定乳化劑A與B的複配比例為7:3、乳化劑用量為2.5%、改性劑用量為5%、穩定劑用量為0.8%來製備高性能改性乳化瀝青。

乳化瀝青混合料路用性能驗證

對比本文提出的高性能改性乳化瀝青以及普通改性乳化瀝青的各項性能。

可得,2種改性乳化瀝青均能滿足規範要求,相對於普通改性乳化瀝青,本文提出的高性能改性乳化瀝青的綜合性能更優。為了驗證改性瀝青的路用性能,采用馬歇爾擊實法製備改性乳化瀝青混合料試樣,在相同測試條件下測試2種乳化瀝青混合料各項性能。

可得,相對於普通改性乳化瀝青混合料,高性能改性乳化瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和水穩定性都有較大提升,其中穩定度、動穩定度、殘留穩定度、殘留強度比以及低溫彎曲應變分別是普通乳化瀝青混合料的1.34、1.24、1.35、1.31和1.13倍。

這是因為高性能改性乳化瀝青在油石比相同時瀝青含量更高,而且複配乳化劑有利於提升瀝青的粘附性,這都對提升乳化瀝青混合料的性能有極大幫助。

結語

(1)本文研究了乳化劑複配比例以及乳化劑、改性劑和穩定劑用量對乳化瀝青性能的影響。結果表明:乳化劑A與B的複配比例為7:3、乳化劑用量為2.5%、改性劑用量為5%、穩定劑用量為0.8%時,製備得到的改性乳化瀝青各項性能較優。

(2)本文提出的高性能改性乳化瀝青的綜合性能優於普通改性乳化瀝青,其穩定度、動穩定度、殘留穩定度、殘留強度比以及低溫彎曲應變分別是普通改性乳化瀝青的1.34、1.24、1.35、1.31和1.13倍。