改性瀝青和乳化瀝青材料性質(zhì)及使用技術(shù)講解

改性瀝青和乳化瀝青材料性質(zhì)及使用技術(shù)講解黃維蓉第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(xì)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(duì)瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或?yàn)r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(biāo)準(zhǔn)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、EP等二、改性瀝青技術(shù)性質(zhì)1.溫度敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)：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0～40℃的針入度變化決定，VTI由60～135℃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(píng)價(jià)指標(biāo)：環(huán)球法軟化點(diǎn)、軟化點(diǎn)T8003.低溫柔韌性當(dāng)量脆點(diǎn)（T1.2）、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(cè)力延度（10℃，5cm/min）二、改性瀝青技術(shù)性質(zhì)6.耐久性指標(biāo)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)（15℃，30min，10cm，5cm/min）7.貯存穩(wěn)定性離析試驗(yàn)：SBR、SBS類改性瀝青，離析時(shí)表現(xiàn)為聚合物上浮，則采用的離析試驗(yàn)。（注入瀝青的管垂直放在163℃烘箱中，保持48h）；上下軟化點(diǎn)差熱儲(chǔ)存性試驗(yàn)：EVA和PE等聚合物改性瀝青8.低溫粘結(jié)性板沖擊試驗(yàn)9.施工指標(biāo)閃點(diǎn)10.工作度指標(biāo)135℃的高溫粘度三、改性瀝青的評(píng)價(jià)技術(shù)現(xiàn)行評(píng)價(jià)改性瀝青性能的方法有三大類。（1）采用瀝青性能指標(biāo)的變化程度來(lái)衡量，如針入度、軟化點(diǎn)、延度、粘度、脆點(diǎn)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(duì)改性瀝青的特點(diǎn)開發(fā)的試驗(yàn)方法，如彈性恢復(fù)試驗(yàn)、測(cè)力延度試驗(yàn)、粘韌性試驗(yàn)、沖擊板試驗(yàn)、離析試驗(yàn)等等。（3）美國(guó)的SHRP瀝青膠結(jié)料評(píng)價(jià)方法，該方法在一套全新的試驗(yàn)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(biāo)體系。四、改性瀝青的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jí)、路面結(jié)構(gòu)等多方面因素SBS類改性瀝青最大特點(diǎn)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(wú)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(diǎn)是低溫柔軟性好，主要適宜在寒冷氣候條件下使用。EVA改性瀝青除寒冷地區(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(lái)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(guó)聚合物改性瀝青適用地區(qū)：Ⅰ類是SBS熱塑性橡膠類聚合物改性瀝青：Ⅰ-A型及Ⅰ-B型適用于寒冷地區(qū)，Ⅰ-C型用于較熱地區(qū)，Ⅰ-D型用于炎熱地區(qū)及重交通路段。Ⅱ類是SBR橡膠類聚合物改性瀝青：Ⅱ-A型用于寒冷地區(qū)，Ⅱ-B和Ⅱ-C適用于較熱地區(qū)。Ⅲ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，適用于較熱和炎熱地區(qū)。通常要求軟化點(diǎn)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(gòu)橡膠母體，使用時(shí)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。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(duì)流式攪拌器或者簡(jiǎn)單的高剪切混溶機(jī)就能使EVA分散開來(lái)，因而制備比較方便，一般單位都可選用。用廢舊輪胎磨細(xì)的橡膠粉制備改性瀝青，設(shè)備簡(jiǎn)單，尤其適合道路養(yǎng)護(hù)部門使用。標(biāo)準(zhǔn)的使用問題具體對(duì)一個(gè)工程，使用改性瀝青時(shí)，可參照以下步驟：（1）根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和交通條件，選擇適當(dāng)?shù)幕|(zhì)瀝青。希望提高高溫性能的路段，基質(zhì)瀝青的標(biāo)號(hào)宜為當(dāng)?shù)赝惞肥褂玫臑r青標(biāo)號(hào)；希望提高低溫性能的路段，基質(zhì)瀝青的標(biāo)號(hào)宜為針入度大一個(gè)等級(jí)（軟一些）的瀝青。（2）根據(jù)改性目的和經(jīng)濟(jì)條件，在改性劑的合理使用范圍內(nèi)，選擇一個(gè)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(duì)SBS改性瀝青，SBS的劑量宜為3%～6%；對(duì)SBR改性瀝青，SBR的劑量宜為3%～5%；對(duì)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(cè)定改性瀝青的15℃、25℃、30℃針入度，計(jì)算針入度指數(shù)PI，再根據(jù)25℃針入度確定屬于哪一個(gè)等級(jí)。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(jí)。（4）按照各類改性瀝青的關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，試驗(yàn)各項(xiàng)性質(zhì)，對(duì)照相應(yīng)的指標(biāo)，評(píng)定其是否合格。（5）如果達(dá)不到要求的指標(biāo)，或指標(biāo)過高，可以適當(dāng)調(diào)整改性劑劑量，以符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。也可以一開始就試驗(yàn)幾個(gè)不同劑量的改性瀝青，從中選擇一個(gè)適宜的劑量。（6）試驗(yàn)技術(shù)要求規(guī)定的其它指標(biāo)，檢驗(yàn)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(duì)穩(wěn)定的具有混溶性的體系的能力。聚合物分子量：當(dāng)聚合物的分子量接近或大于瀝青質(zhì)的分子量時(shí)，就會(huì)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(dāng)?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(chǎng)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(duì)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(yàn)的結(jié)果表明，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(jī)械攪拌法聚合物改性劑與基質(zhì)瀝青通過機(jī)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(jī)械攪拌法加工，而對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下將聚合物研磨成很細(xì)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(xì)、繼續(xù)發(fā)育三個(gè)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-瀝青泵；S-瀝青流量計(jì)；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(jī)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(fēng)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(fèi)用。3.三4乳化三瀝青乳化三瀝青三是粘三稠瀝三青經(jīng)三熱融三和機(jī)三械作三用以三微滴三狀態(tài)三分散三于含三有乳三化劑-穩(wěn)定三劑的三水中三，形三成水三包油(O三/W三)型的三瀝青三乳液三。乳三化瀝三青可三用于三鋪筑三表面三處治三、貫三入式三、瀝三青碎三石、三乳化三瀝青三混凝三土等三各種三結(jié)構(gòu)三形式三路面三的面三層及三基層三，也三可用三作透三層油三、粘三層油三以及三用于三各種三穩(wěn)定三基層三的養(yǎng)三護(hù)，三還可三用于三舊瀝三青路三面的三冷再三生，三防塵三處理三。乳化三瀝青三的優(yōu)三越性三主要三有以三下幾三點(diǎn)：（1）可三冷態(tài)三施工三，節(jié)三約能三源，三減少三環(huán)境三污染三；（2）常三溫下三具有三較好三的流三動(dòng)性三，能三保證三灑布三的均三勻性三，可三提高三路面三修筑三質(zhì)量三；（3）采三用乳三化瀝三青，三擴(kuò)展三了瀝三青路三面的三類型三，如三稀漿三封層三等；（4）乳三化瀝三青與三礦料三表面三具有三良好三的工三作性三和粘三附性三，可三節(jié)約三瀝青三并保三證施三工質(zhì)三量；（5）可三延長(zhǎng)三施工三季節(jié)三，乳三化瀝三青施三工低三溫多三雨季三節(jié)影三響較三少。一、三乳化三瀝青三的組三成材三料乳化三瀝青三主要三由瀝三青、三乳化三劑、三穩(wěn)定三劑和三水等三組分三所組三成。瀝青三：易三乳化三性。三針入三度較三大（三大于10三0）的三較軟三的瀝三青易三于形三成乳三液。乳化三劑：乳化三劑有三離子三型和三非離三子型三兩大三類，三離子三型乳三化劑三又分三為陰三離子三型、三陽(yáng)離三子型三和兩三性離三子型三等。三非離三子乳三化劑三在水三中不三離解三成離三子狀三態(tài)而三又具三有親三油和三親水三結(jié)構(gòu)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（三即親三水—親油三的平三衡值三）分三：HL三B值在4～6為油三包水三型乳三化劑三；HL三B值在8～18為水三包油三型乳三化劑三。瀝青三乳化三液與三礦料三接觸三后分三解破三乳恢三復(fù)瀝三青的三速度三，可三分為三快裂三型、三中裂三型、三慢裂三型瀝三青乳三化劑三。穩(wěn)定三劑：無(wú)機(jī)三鹽類三和高三分子三化合三物水三：根三據(jù)乳三化劑三類型三的不三同確三定對(duì)三水質(zhì)三的要三求。酸堿三助劑三：調(diào)三節(jié)PH值可三增強(qiáng)三乳化三劑的三活性三，提三高乳三化穩(wěn)三定性三和貯三存穩(wěn)三定性三，并三可降三低乳三化劑三用量三。聚合三物改三性劑三：三提高三瀝青三的粘三結(jié)力三、彈三韌性三、耐三候性三、抗三老化三性等三路面三性能三。二、三乳化三瀝青三的形三成機(jī)三理乳化三劑降三低界三面張三力的三作用界面三膜的三保護(hù)三作用雙電三層的三穩(wěn)定三作用三、三乳化三瀝青三的生三產(chǎn)工三藝1．原三材料三的品三種和三劑量三的確三定2．乳三化工三藝的三主要三流程（1）乳三化劑三水溶三液的三調(diào)制三在水三中加三入需三要數(shù)三量的三乳化三劑和三穩(wěn)定三劑，三使其三在水三中充三分溶三解，三水溫三一般三控制三在60三~8三0°三C；（2）瀝三青加三熱三瀝三青加三熱溫三度根三據(jù)其三品種三、牌三號(hào)、三施工三季節(jié)三和地三區(qū)而三定。三一般三溫度三為12三0~三15三0°三C；（3）瀝三青與三水比三例控三制三瀝三青與三乳液三通過三流量三計(jì)，三嚴(yán)格三控制三加入三比例三。（4）乳三化常三用設(shè)三備三膠三體磨三或其三它同三類設(shè)三備。（5）瀝三青乳三液貯三存三貯三運(yùn)過三程注三意瀝三青乳三液穩(wěn)三定性三，避三免產(chǎn)三生破三乳。用胺三類乳三化劑三進(jìn)行三乳化三的工三藝圖乳化三設(shè)備乳化三機(jī)結(jié)三構(gòu)示三意圖a）攪三拌式三乳化三機(jī)；b）高三壓均三化器三（1-出口三；2-錐形三座；3-閥頭三；4-進(jìn)口三）；c）膠三體磨三的結(jié)三構(gòu)原三理（1-轉(zhuǎn)子三；2-定子三）乳化三設(shè)備連續(xù)三式乳三化瀝三青生三產(chǎn)設(shè)三備流三程圖四、三乳化三瀝青三的分三裂機(jī)三理為發(fā)三揮乳三化瀝三青粘三結(jié)的三功能三，瀝三青液三滴必三須從三乳化三液中三分裂三出來(lái)三，聚三集在三集料三的表三面而三形成三連續(xù)三的瀝三青薄三膜，三這一三過程三稱為三“分三裂”三。1．水三的蒸三發(fā)作三用乳液三中的三水分三蒸發(fā)三，破三壞乳三液的三穩(wěn)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，破三壞乳三液的三平衡三，加三速破三乳。3．電三荷的三吸附三作用瀝青三乳液三與集三料接三觸后三，乳三液中三瀝青三微粒三所帶三電荷三與集三料表三面所三帶電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．酸三堿中三和作三用陽(yáng)離三子瀝三青乳三液有三一定三的游三離酸三，pH值小三，游三離酸三與堿三性集三料起三作用三，生三成了三氯化三鈣和三帶負(fù)三電荷三的碳三酸離三子，三它與三裹覆三在瀝三青微三粒周三圍的三陽(yáng)離三子中三和，三因此三瀝青三微粒三能與三集料三表面三緊密三相連三，形三成牢三固的三瀝青三膜，三乳液三中的三水分三很快三分離三出來(lái)三。5．機(jī)三械的三激波三作用在施三工過三程中三壓路三機(jī)的三碾壓三和開三放交三通后三汽車三的行三駛，三各種三機(jī)械三力對(duì)三路面三的振三顫而三產(chǎn)生三激波三作用三，也三能促三使乳三化瀝三青穩(wěn)三定性三的破三壞和三瀝青三薄膜三結(jié)構(gòu)三的形三成。五、三乳化三瀝青三的技三術(shù)性三質(zhì)與三技術(shù)三標(biāo)準(zhǔn)1．篩三上剩三余量三：1.三18三mm篩2．蒸三發(fā)殘三留物三含量三及殘三留物三性質(zhì)乳液三加熱三（不三超過16三0℃）脫三水后三，求三出其三蒸發(fā)三殘留三物占三乳液三的百三分比三；蒸三發(fā)殘三留物三的性三質(zhì)以三針入三度、三延度三和軟三化點(diǎn)三表征三，比三較瀝三青乳三化后三與原三瀝青三相比三在技三術(shù)性三能上三有何三變化三。3．粘三度標(biāo)準(zhǔn)三粘度三計(jì)或三恩氏三粘度三計(jì)測(cè)三定乳三液的三粘度三。測(cè)三試條三件為三：溫三度60三℃，流三孔直三徑3m三m。4．粘三附性觀察三乳液三與石三料表三面的三粘附三情況三。5．儲(chǔ)三存穩(wěn)三定性將乳三液在三容器三中置三放規(guī)三定的三儲(chǔ)存三時(shí)間三后，三檢測(cè)三容器三上下三乳液三的濃三度變?nèi)?。三一般三采?d的貯三存穩(wěn)三定性三，也三可用1d的穩(wěn)三定性三。6．低三溫儲(chǔ)三存穩(wěn)三定性7．微三粒離三子電三荷性8．破三乳速三度9．水三泥拌三和試三驗(yàn)與三礦料三拌和三試驗(yàn)技術(shù)三標(biāo)準(zhǔn)P-噴灑三型乳三化瀝三青，三主要三用于三透層三、粘三層、三表面三處治三或貫三入式三瀝青三碎石三路面三；B-拌和三型乳三化瀝三青，三主要三用于三瀝青三碎石三或?yàn)r三青混三合料三路面三。C-陽(yáng)離三子型三乳化三瀝青三，A-陰離三子型三乳化三瀝青三，N-非離三子乳三化瀝三青；1~三3表示三不同三用途三。類別代號(hào)用途噴灑貫入用PA－1、PC－1層鋪貫入式路面及表面處治用PA－2、PC－2透層油及穩(wěn)定用表面養(yǎng)護(hù)用PA－3、PC－3結(jié)合層油層用拌和用BA－1、BC－1拌制粗粒式瀝青混凝土及黑色碎石用BA－2、BC－2拌制中粒式及細(xì)粒式瀝青混合料用BA－