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公路养护中乳化沥青的应用及高性能乳化沥青的制备
作者:admin    发布: 2015-12-1

    公路养护中乳化沥青的应用及高性能乳化沥青的制备

                              作者:春鹏公路养护   日期:2015-12.01

1,公路养护中的乳化沥青简介

一、关于乳化沥青
  乳化沥青是由两种互不相溶的物质――沥青和水组成的混合物。其主要特性表现为它的储存稳定性、在混合过程中设稳定性、表面处治和粘度特性及养护速度。沥青的组成和化学特性都很复杂。具有较高的极性(偏光性)和较高的芳香族沥青,通常较容易乳化。使用添加剂可以用来提高乳化作用,一般来讲,高针入度的沥青比低针入度的沥青容易乳化。
  
 二、乳化沥青的特点
  乳化沥青具有节能、多用途性、使用方便等特点。
  稀释沥青中的煤油或汽油含量可以达到50%,而乳化沥青中则只含02%。所以,这是一项在白色燃料生产利用方面具有重要价值的节约行为,仅仅依靠增加轻制油溶剂来减少沥青的粘度标准,沥青就能够被浇灌和撒布,并希望使用后的轻制油能够挥发进入大气中。
  乳化沥青有许多种应用方法,应用时要选择合适设方法,因为它们有一个非常广泛应用范围。同样设乳液既能够作大面积的封层撤布,也能够用来进行小范围设坑槽修补工作。因为它们能够长期储存在储罐中,在偏远地区应用时,利用滚筒洒布应用起来非常容易。
  乳液设专业化撒布,需要专业化设设备,如撒布机。然而,小面积设乳液应用可直接采用手工浇灌和手工撒布,如小面积设坑槽补工作、裂缝填缝料等,小数量设冷拌混合料只需要基本设备就行。例如,一只带挡板的洒水壶和一个铁锹就能够进行小面积的封层和裂缝修补,采用灌入式坑槽修补方法填充路面坑洞等应用简单易行。
  

三、乳化沥青的应用
  1.稀浆封层
  稀浆封层是一种冷拌沥青混合料,在通常情况下,相似的级配稀浆封层具有比热拌沥青混合料高的模量,所以常用它来填充路面车辙。比较高的稳定度具有较高的抗变形能力。
  混合料通常是由较硬设细骨料级配和耐磨的具有高砂当量的骨料组成,特别是微观封层和聚合物改性封层这种情况极大地增加了路面的强度和完整性。这使路面具有高磨损阻力和极好的变形阻力。乳化沥青乳液也容易在移动的稀浆封层摊铺机上使用,在该机器上进行拌和及运用掺加剂进行化学控制来满足养护的需要。
  2.车辙修补
  采用微观封层混合料进行路面车辙修补将使路面持续较长的时间,对热拌沥青混合料来讲,将持续大约810年的时间。显而易见,正确的混合料设计和铺筑是非常重要的,采用微观封层进行路面车辙修补的相对费用比热拌沥青混合料要少,这主要是不需要脱离拌和设备现场;对通常的车辙道路表面不需要研磨,这是因为乳化沥青允许潮湿的道路表面和较好的粘附性,没有粘结层;现场使用的材料基本费用比较少。
  3.面层修整
  通常情况下,在居民住宅区、稀浆封层根据原有的道路表面使用寿命可以持续48年。在高速公路上应用微观封层或者聚合物改性稀浆封层,其使用寿命将达到8年。
  4.石屑罩面
  目前,世界上有各种各样的道路表面处治方法,其中石屑罩面、撒布封层是最常用的路面养护方法。石屑罩面是在道路面层上使用一种标准的沥青撒布机洒布一层粘结料,然后铺一层同粒径的比较好的骨料。这种方法可以根据交通类型进行调整,粘结料和石料两者的撒布率必须符合设计要求,所采用的粘结料和石料必须经过严格的筛选(粘结料在粘度、附着力、模量和适当的弹性及石屑的形状、结构、大小和干净程度等方面都应严格要求)
  石屑罩面的复合封层如果在比较好的道路基层上进行,处理后的道路表面可承受的交通量将达到40000/,同时也能够通行大型载重车。
  石屑罩面是一个高沥青含量的薄表面处治层,但是这种处治层是柔性的和耐磨的。掺加聚合物能够增加粘结力、粘附性、耐磨性和路面的抗裂性能。这使石屑罩面既能够用于道路养护,又可以用于道路重建,尤其是在道路的抗裂方面有重要作用。另外,使用SBRSBS改性能够进行道路封层和桥梁裂缝修补,尤其重要的是可以减少路面的反射裂缝。
  由于乳液具有极好的潮湿性、化学粘附性和乳化剂系统及对路面的修补养护性质,所以乳液比较适合于路面撒布。根据天气和交通情况,路面洒布时要求比较好的交通控制及比较好的封层条件。
  5.填充裂缝和桥梁修补
  对于乳化沥青来讲,掺加聚合物增加了粘结料的成本(甚至达到了两倍以上),但是它可以明显地延长路面寿命,澳大利亚有关机构研究发现:通过这种方法设计重建的乡村道路,可以使损坏比较严重的道路寿命增加1015年。对路面的反射裂缝进行处理,也可以使路面的使用寿命增加58年。
  6.粘层油
  粘层油是指在封层之间或者是在具有裂缝的路面层和其他路面层之间的涂刷层,这种方法可以使路面使用寿命延长58年。而且它也能够消除反射裂缝(尤其是水泥处治或再生路面),运用这种完整的养护体系,能够减少重建费用一半以上。采用这种方法可以对新的路面进行有效的处治。
  7.喷射修补坑洞
  喷射修补坑洞是采用一种特殊的机器对路面坑洞和凹地及破裂地带进行修补。
  首先,修补机中的压缩空气将坑洞吹干净,除去坑洞里任何松散的材料,得到一个干净的表面。然后,将坑洞的内表面涂上一层乳液。再利用修补机上的操作装置,向坑洞里填上骨料,从喷嘴中喷出的热乳液和骨料混合,坑洞填充料,采用该方法修补的坑洞既防水又具有比较好的强度。修补坑洞的骨料要求单个尺寸为7mm10mm14mm的石料,这也是进行封层时常使用的骨料级配。最后在坑洞上面铺一层干骨料,使它具有一个表面封层,这样就完成了封层工作,但是也有再铺一层细砂的情况。

乳化沥青中化学制品的选择依赖于道路的撒布情况,阴离子乳化剂和阳离子乳化剂两者都依赖于盐的碳氢化合物的长链,这可能是石油中发现的合成脂肪酸类的转生物、多脂肪酸或木材纸浆中的木质素的混合物。

2,高性能乳化沥青的制备及对其性能的影响因素

一、原材料

乳化沥青在道路工程中已成为越来越重要的筑路及养护用材料,其质量的好坏对道路质量的影响及其显著。而乳化沥青的组成材料如沥青材料、乳化剂、改性剂、添加剂的选择和配伍则成为决定乳化沥青路用性能的重要因素。
  1.1 基质沥青:
  沥青材料是制造乳化沥青的主要材料,它决定着乳化沥青的主要性能,目前应用最多的为性能优良的石油沥青。考虑到道路工程使用技术要求及乳化难易程度这两方面的因素,溶一凝胶结构型沥青适宜用作乳化沥青原材料,其四大组分的最佳比例为:饱和分5-15%,芳香分30-35%,胶质30-35%,沥青质5-25%
  1.2 乳化剂
  乳化沥青是一热力学不稳定体系,随着时间的延长、环境温度的变化或接触介质的变化等可能会引起沥青乳化液分层、絮凝和聚集,从而导致沥青乳化液破乳。沥青乳化液的稳定性是由所加人的乳化剂、稳定剂等产生的各种作用维持。其中,乳化剂的配伍是最关键的因素,因为它是获得稳定性好的沥青乳化液的内在关键因素。
  

1.3 稳定剂
  本文描述选用有机稳定剂A聚乙烯醇和无机稳定剂A氯化钙复配以达到改善乳液稳定性的目的。


  二、高性能乳化沥青的实验室研制工艺

  乳化沥青就是将沥青、水、乳化稳定剂等按一定的比例,在适度温度条件下使沥青以细小的徽粒分散在水中形成相对稳定的乳状液。为了制备这种乳状液需要强力分散设备,通常利用的分散设备有简单搅拌器、胶体磨、均化器等。
  2.1 沥青的准备
  沥青是乳化沥青中最主要的组成部分。沥青的准备过程就是将沥青加热到适宜的温度呈流动状态。在这个环节中,温度的控制很重要。若加热温度过低,沥青粘度大,流动性差,导致乳化困难;若加热温度过高,一方面沥青容易老化,另外沥青与乳化液的温差较大,在乳化过程中容易造成产生大量蒸汽,引起沸腾,而且乳液的出口温度也相应较高,乳化沥青在放置过程中会因为温度高而使表层乳液破乳,乳液的储存稳定性也会受到影响。
  2.2 乳化液的准备
   (1)先加稳定剂。采用有机稳定剂和无机稳定剂复合使用,把计量好的水加热至70-80,将有机稳定剂A和无机稳定剂A溶解于热水中充分搅拌。

(2) 加入乳化剂。温度对乳化剂的充分溶解有着重要影响,温度过高,会使乳化剂发生变质,故乳化剂不宜在80以上持续加热或保存;温度过低,乳化剂得不到充分的溶解,不能发挥最佳的乳化效果,故将温度控制在80左右。

(3) 加入HCI溶液,调节PH值。只有在合适的PH值下,乳化剂才能发挥最大的活性,已达到最佳的乳化效果,所以,一定要在加入乳化剂之前将PH值调节至适宜范围。
  2.3 稳定剂
  (1)将热沥青注入乳化液。加入沥青时不可一次性倒完,应控制流量,缓慢而均匀地加入,边加沥青边用玻璃棒辅助搅拌,以便及时消除产生的气泡。(2)乳化时间为5min,乳化时间过短不足以充分乳化;时间过长,对乳化效果没有明显改善,而且浪费能源。
  2.4乳化沥青的储存
  刚制备好的乳液,其温度肯定会高于室温,一般在80左右。为了保证乳液内部和表层温度均匀降低,防止表层因散失水分而结皮,应在乳化完成后的30min内对乳液进行搅拌,并用器皿将乳化沥青盖好,防止表层水分蒸发过快。待乳液降至室温后,灌入带瓶塞的密封容器,保存备用。


  

三、 高性能乳化沥青的影响因素

  乳化沥青的影响因素很多:沥青的种类、乳化剂的种类及剂量、皂液的 PH 值、乳化时皂液的温度及沥青的温度、乳化时间、稳定剂剂量等等。
  由表可以看出,随着乳化剂的增加,软化点不断减小,当乳化剂的配比为0.7:0.3时,软化点的下降趋势平缓,但都满足指标规范要求;随着软化剂的增加,延度逐渐增大;随着乳化剂含量增大,针入度主将增大,当乳化剂配比为0.7:0.3时针入度达到最大值。
  3.1 稳定剂的剂量对沥青的影响
  乳化沥青的生产过程中加入适量稳定剂,能明显改善乳液的储存稳定性,但稳定剂的加入也明显降低了沥青原材料的性能,尤其是延度指标,损失显著。因此确定合理的稳定剂剂量是关键。
  3.2 乳化剂含量对沥青性能的影响
  乳化剂是乳化沥青生产的关键性原材料,虽然在乳液中所占比例较小,但在乳化沥青的生产、储存以及混合料施工过程中都起着相当重要的作用,它的性能直接影响到改性乳化沥青的分散性和稳定性。大体上,乳化剂对沥青材料性能的影响可分为四种类型:使沥青原有性能提高;使沥青保持原有性质;使沥青原有性能略有降低;使沥青原有性能大幅度降低。因此,乳化剂用量的确定不仅要考虑乳化效果,还要考虑两种乳化剂的配伍性。
  通过实验表明,随着乳化剂剂量的增加,软化点随之减小,到0.3%时减到最小,在随着乳化剂的增加软化点又增高;随着乳化剂剂量的增加,延度逐渐减小,针入度逐渐增大。

四、 结论

通过实验得出当乳化剂用量增加时,沥青微滴表面的乳化剂吸附量增加,界面张力降低、界面膜的强度和乳化沥青胶粒表面电荷增加,便于乳化,同时能增加乳液稳定性,但乳化剂用量越多,会造成残留物延度、软化点下降。进而得到本文所述最终优选方案为:乳化剂配方73,剂量为2.5%,皂液PH值为3~4,沥青温度150,稳定剂剂量0.2%

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