高性能改性乳化沥青性能影响因素研究
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引言

近年来,乳化沥青因其良好的路用性能被广泛应用于公路建设中,如用作新建道路的透层油或者粘层油,并在微表处、稀浆封层等养护工程以及冷再生沥青混合料中取得了良好的应用效果。孙晓立等分别从微表处以及碎石封层方面对乳化沥青在公路工程养护中的应用进行了研究;张兰峰等研究了乳化沥青在冷再生混合料中的应用。随着现代交通的发展,公路工程建设对改性乳化沥青的性能提出了更高的要求,要求其不仅要具备良好的高低温性能,还要有优良的耐疲劳以及抗水损害性能。为了进一步拓宽乳化沥青的应用范围,制备出高性能改性乳化沥青已成为道路工作者的重点研究内容。本文研究不同影响因素对高性能改性乳化沥青性能的影响,提出一种高性能改性乳化沥青配方,并对其性能进行验证。

改性乳化沥青的制备

原材料

沥青。选择山东齐鲁石化90#基质沥青。

乳化剂。作为乳化沥青中最重要的组成部分,乳化剂对乳化沥青的制备、存储以及施工和易性等有着重要影响。本文选择季铵盐类阳离子乳化剂(乳化剂A)与聚氧乙烯型非离子乳化剂(乳化剂B)制成复配乳化剂。

改性剂。改性剂的选择不仅要兼顾改善沥青的高低温性能,同时也要考虑改性乳化沥青的制备难易程度以及储存稳定性等因素,最终选择山东百和金博力牌SBR乳胶。

稳定剂。工程项目中多采用无机和有机2种类型的稳定剂。前者主要通过延缓沥青微粒间的凝聚时间来提高乳化沥青的存储稳定性,后者则通过在乳液微粒表面形成界面膜,增大微粒间的聚结难度,来提高乳化沥青的存储稳定性。为了保证高性能乳化沥青具有较高的沥青含量以及较大的粘度,需将无机稳定剂和有机稳定剂复配使用。为此,本文选用的稳定剂为氯化钙和聚乙烯醇,并按照1:1的比例复配使用。

pH值调节剂。pH值调节剂对乳化剂的最大溶解度影响很大。本文采用质量分数为35%HCl溶液作为pH值调节剂。

改性乳化沥青的制备

改性乳化沥青的生产主要是通过对乳化沥青进行改性或者对改性沥青进行乳化这2种方式。国内通常采用前一种方式。为了提升改性乳化沥青的性能,本文选择二次热混合法来制备改性乳化沥青。

主要采用的设备是RH-5型立式胶体磨。制备前每份沥青质量为210g,制备完成后每份成品乳化沥青的质量为300g

乳化沥青性能影响因素分析

乳化剂配比的影响

采用不同复配比例的乳化剂制备的乳化沥青,其性能也有一定差别,本文采用的乳化剂AB的复配比例分别为0.4:0.6、0.5:0.50.:0.40.7:0.30.8:0.2。在其他因素不变的前提下,测试乳化沥青蒸发残留物的针入度、软化点以及延度等性能指标,研究乳化剂配比对乳化沥青性能的影响。

可知:随着复配乳化剂中乳化剂A的增加,针入度和延度逐渐增大,而软化点则不断减小;但是软化点降低的幅度要小于针入度和延度增加的幅度;当复配比例为0.7:0.3时,针入度达到最大值,延度不再增加。说明乳化剂A加到一定比例后,沥青乳化困难,稳定性降低,因此确定乳化剂AB的复配比例为0.7:0.3

乳化剂含量的影响

乳化剂是乳化沥青生产过程中最关键的原材料,虽然在乳液中所占比例较小,但是由于它在一定程度上决定了乳化沥青的分散性和稳定性,因此在制备乳化沥青时一定要确定乳化剂的合理用量。

可知,随着乳化剂含量的增加,乳化沥青的针入度逐渐增加,但是软化点、延度以及5d储存稳定性逐渐降低,说明沥青中添加乳化剂后各项性能呈现降低趋势。这是因为:适量的乳化剂能提升乳化沥青的破乳速度和破乳能力,从而能提升乳化沥青的性能;但是剂量偏低时沥青乳化不彻底,而过量的乳化剂则容易造成二次乳化,且不经济。所以选择合适的乳化剂含量对乳化沥青来说尤为重要。

可得,乳化剂含量增加到2.5%以后,乳化沥青各项性能变化趋势减缓,同时结合乳化工艺以及经济性,选择2.5%为乳化剂的合理用量。

改性剂用量的影响

将橡胶胶乳等改性剂添加到乳化沥青中,所制得的改性乳化沥青,不仅拥有橡胶沥青的特性,而且保留了乳化沥青的优点。

可知,随着乳化沥青中改性剂用量增加,乳化沥青的软化点、延度、储存稳定性提高,而针入度降低。这是因为,改性剂的添加能提升乳化沥青的高温稳定性及低温抗裂性。综合考虑,选择改性剂用量为5%

稳定剂用量的影响

稳定剂能保证乳化沥青良好的储存稳定性,不同稳定剂用量对乳化沥青的性能有着不同的影响。

可得,随着乳化沥青中稳定剂用量的增加,乳化沥青的针入度、延度降低,软化点增大,而乳化沥青的储存稳定性呈现先降低后增加的趋势,在稳定剂用量为0.8%时出现最小值。综合考虑后选择稳定剂用量为0.8%

综上所述,确定乳化剂AB的复配比例为7:3、乳化剂用量为2.5%、改性剂用量为5%、稳定剂用量为0.8%来制备高性能改性乳化沥青。

乳化沥青混合料路用性能验证

对比本文提出的高性能改性乳化沥青以及普通改性乳化沥青的各项性能。

可得,2种改性乳化沥青均能满足规范要求,相对于普通改性乳化沥青,本文提出的高性能改性乳化沥青的综合性能更优。为了验证改性沥青的路用性能,采用马歇尔击实法制备改性乳化沥青混合料试样,在相同测试条件下测试2种乳化沥青混合料各项性能。

可得,相对于普通改性乳化沥青混合料,高性能改性乳化沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳定性都有较大提升,其中稳定度、动稳定度、残留稳定度、残留强度比以及低温弯曲应变分别是普通乳化沥青混合料的1.341.241.351.311.13倍。

这是因为高性能改性乳化沥青在油石比相同时沥青含量更高,而且复配乳化剂有利于提升沥青的粘附性,这都对提升乳化沥青混合料的性能有极大帮助。

结语

(1)本文研究了乳化剂复配比例以及乳化剂、改性剂和稳定剂用量对乳化沥青性能的影响。结果表明:乳化剂AB的复配比例为7:3、乳化剂用量为2.5%、改性剂用量为5%、稳定剂用量为0.8%时,制备得到的改性乳化沥青各项性能较优。

(2)本文提出的高性能改性乳化沥青的综合性能优于普通改性乳化沥青,其稳定度、动稳定度、残留稳定度、残留强度比以及低温弯曲应变分别是普通改性乳化沥青的1.341.241.351.311.13倍。中国沥青网

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