[分享]使用SBR改性乳化沥青微表处施工影响因素研究

发表于2018-05-29     681人浏览     1人跟帖     总热度:232  

使用SBR改性乳化沥青微表处施工影响因素研究_1

改性乳化沥青的研制与生产

 

乳化沥青的起源

 

若要提高乳化沥青-集料界面粘附,使沥青微粒裹覆到骨料表面,必须待乳液中水分蒸发完全。者在有水膜的情况下,难以相互结合。这种沥青乳液与骨料的裹覆只是单纯的粘附。沥青与骨料之间的粘附力低,若在施工中遇上阴湿或低温季节,乳液中的水分蒸发缓慢,沥青裹覆骨料的时间延长,影响路面的早期成型,延迟开放交通时间。

 

随着近代界面化学与胶体化学的发展,近年来,阳离子乳化沥青发展速度很快。这种沥青乳液是使沥青的微粒上带有阳离子电荷,当与骨料表面接触时,异性相引的作用,使沥青微粒吸附在骨料的表面上。乳液沥青微粒带正电荷,湿骨料表面带负电荷,2者在有水膜的情况下,仍可以吸附结合。因而,即使在阴湿或低温季节(5℃以上),阳离子沥青乳液仍可照常施工。由于阳离子乳化沥青可以增强与骨料表面粘附力,提高路面的早期强度,因而铺后可以尽早通车。筑路的实践证明:阳离子乳化沥青发挥了阴离子乳化沥青的优点,同时又弥补了它的缺点。这样,就使乳化沥青的发展进入了一个新的历史阶段。

 

乳化沥青的应用现状

 

目前,世界上有许多国家,在低交通量支线和大交通量的干线上,均大量应用阳离子乳化沥青铺筑道路的面层和基层。尤其在旧沥青路面的维修与养护中,由于施工简便,现场不需加热,用量节省,效果显著,深受养护施工者的欢迎,从而使阳离子乳化沥青的产量成倍的增长。

 

改性乳化沥青的生产

 

所谓乳化沥青是将沥青热融至流动状态(不同标号的沥青加热温度不同),再经剪切、研磨等机械作用,使沥青以细小的微粒分散于乳化剂水溶液中,形成水包油状的常温可流动的多项分散体系,也称为沥青乳液。国内常见的分散设备有胶体磨、剪切机、装有桨叶的搅拌器、带喷嘴的齿轮泵等。

 

先乳化后改性

 

将热沥青与乳化液以一定的流量一起通过胶体磨生产普通乳化沥青,再加入胶乳改性剂,通过机械搅拌的作用使胶乳与乳化沥青分散均匀,制作改性乳化沥青。该方法的优点是对设备要求不高,操作简单,缺点是改性剂选择单一,只适合水性胶乳、乳液。再者简单的机械搅拌难以使胶乳与乳化沥青均匀分散,影响储存稳定性及使用。

 

边乳化边改性

 

将胶乳改性剂与乳化剂同时添加到皂液罐,生产改性乳化沥青的方法是目前常用的一种工艺。其优点是生产工艺与普通乳化沥青一致,不用做设备改动;其缺点是改性剂的添加量受到限制,必须考虑改性剂的耐酸碱性。

 

先改性后乳化

 

将改性沥青加热到一定温度,与乳化液一起通过胶体磨生产改性乳化沥青,该方法通常需将改性沥青加热至160℃以上,增加能耗,且乳化沥青出料温度过高,需要改造设备装置冷却系统;其优点是乳化后的微粒均匀分布,储存稳定性较好。

 

改性乳化沥青与集料的拌和影响因素

 

集料与级配选择

 

微表处用矿料要求

 

微表处用矿料可采用不同规格粗细集料、矿粉等掺配组合而成,也可以使用大粒径的卵石、片石经多级破碎加工后而成。

 

微表处用矿料级配范围

 

国际稀浆封层协会(ISSA)的微表处级配范围基本符合我国国情,可以直接采用。因为ISSA的级配范围是经过多年的经验总结得出的。微表处应用最广泛的美国欧洲都采用ISSA的级配范围。欧洲微表处应用最多的西班牙其级配范围也与ISSA的基本一致。而我国的微表处技术刚刚起步在没有充分理由的情况下不宜对配范围进行调整。ISSA的微表处级配范围是很宽的在这一范围内可以灵活地调整级配的粗细。如果级配超出了这一级配范围往往很难达到好的使用效果。微表处用于交通量大重载车多的高速公路一级公路时宜采用MS型级配交通量特别大及用于填补车辙时应选用MS型级配且设计级配曲线宜在MS型级配范围中值与下限之间微表处用于其他道路时可以考虑采用MS型级配。

 

集料的砂当量对微表处可拌和时间的影响

 

集料的砂当量指标间接反映集料中黏土的含量。砂当量值越高,黏土含量越低,反之亦然。黏土含量直接影响微表处拌和时间及破乳时间。黏土表面带负电荷,与带正电荷的阳离子乳化沥青结合后改变了离子电荷,缩短了可拌合时间;其次黏土比表面积大,有很强的吸水性,可使浆液变稠,亦使可拌和时间缩短。

 

微表处用添加剂类型

 

微表处配方可以添加各种助剂以改善其性能,常用的有无机添加剂和有机添加剂。无机类添加剂包括水泥、矿粉、石灰、硅胶灰、膨润土、分子筛等,其共同特点是都有大的比表面积,本身具有强的吸水性。不同之处在于水泥、石灰类属于反应性吸水与物理吸附共同作用,其他属于物理吸附型吸水,都改变可拌合时间,一般用量不大于总量的3%

 

有机类添加剂一般选择与乳化沥青沥青有较好相溶性的SBR、SBSSISCR等热塑性弹性体胶乳以及EVA乳液等热固性树脂乳液,一般阳离子乳化沥青选用阳离子胶乳、乳液,阴离子乳化沥青选用阴离子胶乳、乳液。为了提高微表处路用性能,还可以添加纤维类以增强材料韧性。

 

路用阳离子乳化剂的类型及对拌和的影响

 

较常用的路用阳离子乳化沥青类型:快裂快凝型一用于现有路面的修补及沥青贯人式路面;慢裂慢凝型一用于冷态施工,用作透层油、下封层;慢裂中凝型一用于拌制粗粒式沥青混凝土;慢裂快凝型用于稀浆封层。

 

稀浆封层与微表处用乳化沥青为慢裂快凝型,研究表明乳化剂用量越大,在沥青微粒表面聚集的乳化剂分子越多,从而形成的油水界面膜的强度越大,扩散层就会越厚,电位就越大,这样与矿料接触后双电层的破坏就越慢,成浆时间就越长即拌和时间越长。

 

乳化沥青与集料的拌和实验

 

实验计划

 

采用一种乳化剂A(阳离子慢裂快凝型)SK90#沥青和SBR胶乳(阳离子)生产的乳化沥青进行拌和试验,分别改变乳化剂用量、总用水量、拌和环境、矿料级配、添加剂用量几个因素进行拌和时间影响因素的分析,从而分析该参数对乳化沥青拌和时间的影响机理。

 

实验材料与设备

 

材料:水泥(P042.5,祁连山)、沥青(SK90#)SBR胶乳、水(饮用水)、乳化剂A、盐酸(试剂)、级配碎石(辉长岩,砂当量73)

 

设备:ENH胶体磨、拌锅拌铲、秒表、电子天平、PH

 

实验步骤

 

将沥青加热到135℃,加入ENH胶体磨沥青罐中,分别配制1%1.5%2.0%2.5%3.0%乳化剂含量的乳化液,加入SBR胶乳(4.5%掺量),调酸使乳化液PH值在2.02.5,将配制好的乳化液加入ENH胶体磨乳化液罐中,加热使乳化液温度保持在50℃。分别设置沥青、乳化液流量数值,开启磨机,生产乳化沥青。经检测,各指标符合微表处用乳化沥青规定要求。

 

乳化沥青冷却至室温,称取100g级配石料,搅拌均匀,再加入添加剂继续搅拌均匀,加水润湿、搅匀,然后加入乳化沥青开始搅拌,同时开始计。在乳化沥青倒入的最初38s内用力快速拌和,然后用拌和棒沿容器壁顺时针均匀拌和,一般为6070r/min,同时观察混合料的拌和状态;当稀浆混合料变稠,手感有一定阻力时,表明混合料有破乳的迹象,记录此刻的时间即为拌和时间。

 

实验数据与讨论

 

级配对拌和时间的影响

 

集料、乳化沥青温度都与环境温度(20)一致。改性乳化沥青(2.0%乳化剂含量),总用水量6%。集料从细到粗可拌合时间呈增加趋势。矿料级配越粗其中的粉料越少比表面积越小,沥青乳液之间的碰撞相对减少很难形成结团,因此拌和时间也会相对延长。矿料级配越细,粉料相对增多,黏土即相对增多,相应缩短可拌合时间。

 

乳化剂用量对拌和时间的影响

 

可以看出,乳化剂用量越大,在沥青微粒表面聚集的乳化剂分子越多,从而形成的油水界面膜的强度越大,扩散层就会越厚,电位就越大,与矿料接触后双电层的破坏就越慢,成浆时间就越长即拌和时间越长。

 

总用水量对的拌和时间

 

集料、乳化沥青温度都与环境温度(20)一致。改性乳化沥青(2.0%乳化剂含量),集料级配选用微表处Ⅲ型级配,取其中值。

 

可以看出,外加水量愈大,拌和时间愈长,因为外加水量加大,使扩散层有扩大的趋势,电位增大;而且由于沥青乳液被大大稀释,沥青颗粒间的碰撞机率降低,沥青颗粒聚结困难,拌和时间延长;但是由于外加水量的大小会直接影响稀浆混合料的稠度,如果用水量过小,拌和的稀浆太稠,摊铺困难,且极易局部破乳;而如果水量过大,拌和的浆液太稀,影响摊

铺效果,造成“淌料”,所以外加水量要适宜,不宜过大也不宜过小,要有使用范围。

 

添加剂对拌和时间的影响

 

集料、乳化沥青温度都与环境温度(20)一致。改性乳化沥青(2.0%乳化剂含量),集料级配选用微表处Ⅲ型级配,取其中值。用水量为6%

 

在该配方中无机添加剂的掺量增大会明显减小可拌和时间,同等比率的掺加量,生石灰对拌和时间影响较水泥大。水泥水化反应与乳化沥青破乳形成沥青膜粘附集料同时进行,水泥水化放热也会加速乳化沥青破乳,使可拌合时间缩短。同等用量的生石灰吸水性大于水泥(普通硅酸盐水泥),且同等条件下与水反应放热量大于水泥水化热,固对可拌和时间的影响作

用大于水泥。

 

试验环境对可拌和时间的影响

 

实验室环境为湿度20%,可控温空调,分别设置15℃、18℃、21℃、24℃、27℃为试验温度,集料、乳化沥青温度都与环境温度一致。改性乳化沥青(2.0%乳化剂含量),集料级配选用微表处Ⅲ型级配,取其中值。

 

可以看出,拌和温度越高,可拌合时间越短。因为温度越高布朗运动越剧烈,扩散层与吸附层的分子脱离吸附的趋势就越激烈,电位降低,乳液趋于不稳定,并且沥青颗粒相互碰撞的机率会增大,相互融合的机会也增大,乳化沥青的拌和时间就越短。

 

结语

 

(1)影响阳离子乳化沥青微表处拌和时间的因素诸多,从该试验可得出如下结论:矿料级配越粗,拌和时间越长;在一定范围内(1.0%3.0%)增大乳化剂用量,可以增加拌和时间;外加水量越大可拌和时间越长,但外加水量不宜过大也不宜过小,需根据实际应用调整;无机添加剂水泥、生石灰的用量(0%3.0%)增加可缩短可拌和时间;拌和环境温度升高,可拌和时间缩短。

 

(2)从实验室可得出上述结论,但在施工现场影响微表处拌和因素就变得异常复杂,不仅限于施工环境温度、空气湿度、风速大小等的影响,光照强度、紫外线强度都会影响拌和时间。其次微表处摊铺机械性能优劣也直接影响摊铺效果。故在实际施工中需要综合考虑各种影响因素,确定最佳配方,并随影响拌和因素改变及时调整施工工艺,确保摊铺出理想的微表处路面封层。



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 发表于2018-05-29   |  只看该作者      

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北京  | 路桥市政

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