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S中国沥青网BR改性乳化沥青的制备方法与性能研究

发布日期:2013-07-23 11:37:39  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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【中国沥青网新闻资讯】
作者:周灿锋,吴伟峰,夏娟,陈守明,陈伟三
作者单位:(路翔股份有限公司,广州510635)
摘要:分别通过外掺法、内掺法和先改性后乳化法制备SBR改性乳化沥青;研究了不同方法制备的SBR改性乳化沥青的多项性能指标,并对三者进行了对比分析。结果表明内掺法得到的改性乳化沥青的综合性能较好,而先改性后乳化法得到的改性乳化沥青抗车辙性能最好。
关键词:SBR改性乳化沥青   制备方法   性能对比
        近年来,随着公路建设的发展,各种路面材料争相在公路建设中使用,乳化沥青尤其是改性乳化沥青由于其施工的便捷性及性能的不断提升,其应用越来越广泛。在改性乳化沥青中,由于SBR改性乳化沥青生产简单、综合性能较优,其使用量越来越多。SBR改性乳化沥青的制备方法有三种,分别是外掺法、内掺法和先改性后乳化法,它们有各自的特点。外掺法设备及技术要求低,生产工艺较简单,较早得到应用;内掺法得到的改性乳化沥青综合性能较好;先改性后乳化法设备要求高,较少采用。虽然三种方法都在实际生产中得到应用,但是在条件相似情况下,三种方法制备的改性乳化沥青的性能差异在国内还较少有人进行系统研究。为此,对两种不同SBR胶乳和一种SBR颗粒,采用三种SBR改性沥青制备方法进行了研究。
l 原材料和主要仪器设备
1.1基质沥青
        本试验采用台湾中油公司生产的AH-90号沥青,并与现行JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》所规定的90号沥青A级指标进行了对比,各项性能指标检测结果见表l。表1显示该台湾中油公司90号沥青试样满足国标90号A级沥青标准。


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1.2乳化剂
        美德韦氏维克公司产:W-5胺类阳离子乳化剂,慢裂型,褐色粘稠液体,有效成分45%。
1.3 SBR(丁苯)胶乳和SBR(丁苯)颗粒
        试验采用两种阳离子丁苯胶乳,一种是美德韦氏维克产的丁苯胶乳PC1468,乳白色,固含量为65%;另一种是国产(山东派尼)丁苯胶乳SBRLC-40,乳白色,固含量为40%。试验采用SBR颗粒是由美德韦氏维克产的丁苯胶乳PC1468完全蒸发去水,经剪切研磨成颗粒,淡黄色。
1.4主要试验仪器和设备
        研究所用到的主要试验设备和仪器有:电热恒温旋风干燥箱、电子天平、恒温循环水浴箱、胶体磨乳化机(3000 r/min)、电脑针人度仪、沥青延度试验仪、沥青软化点试验仪、AntonPaar动态剪切流变仪。
2 试样制备
        采用外掺法、内掺法和先改性后乳化法,其中外掺法和内掺法均采用两种胶乳,油水比为55:45,皂液pH值用浓盐酸调至2~3,皂液温度控制在70~75℃,乳化时间约为4 min,成品乳化沥青出口温度在75~85℃之间。为了确保改性沥青蒸发残留物中SBR干胶含量为2.5%,胶乳PC-1468的添加量占整个乳化体系2.20%,胶乳SBRLC-40的添加量占整个乳化体系3.56%,而先改性后乳化法就直接添加2.5%SBR颗粒做成改性沥青,再与乳化剂混合,具体的工艺流程请参照图l、图2和图3。


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2.1外掺法
        将乳化剂按比例加入水中,用酸调至pH值2~3,然后边升温至70~75℃边搅拌使其充分溶锯后,再将加热至140~150℃的沥青与乳化剂一起送入胶体磨进行乳化。在乳化沥青出口处,按比例加人胶乳,然后在乳化沥青存储器中再用搅拌器进行充分混合;或者在使用乳化沥青前,再加入胶乳,混合均匀后即可使用。
2.2内掺法
        将乳化剂与胶乳分别按比例加入水中,然后边升温至70~75℃边搅拌使其充分溶解、混合后,将沥青加热至140~150℃和乳化剂、胶乳的水溶液(70~75℃)一起送人胶体磨进行乳化。
2.3先改性后乳化法
        将一定量的基质沥青升温到140℃后,加入一定比例的SBR颗粒,控温在175℃左右,经剪切搅拌制得SBR改性沥青;将乳化剂按比例加入水中,然后边升温至70~75℃边搅拌使其充分溶解、混合后,将SBR改性沥青加热至160~170℃和乳化剂水溶液(70~75℃)一起送人胶体磨进行乳化。

3试验结果分析
3.1蒸发残留物性能对比
        改性乳化沥青只是使用过程中一种暂存的形式,其最终表现的性能仍然是改性沥青的基本性能。研究按照JTJ 052--2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[2]的试验方法完成改性乳化沥青蒸发残留物含量试验(T 0651--1993)及对蒸发残留物进行沥青针人度试验(T 0604—2000)、沥青延度试验(T 0605--1993)、沥青软化点试验(T 0606--2000),并从蒸发残留物三大指标对比分析入手,研究不同制备工艺和不用改性剂对沥青材料的影响[3、5]。见表2及图4~6。


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        由图4、图5和图6的三大指标对比可知,丁苯胶乳PC-1468的改性效果比SBRLC-40的改性效果好,用PC-1468丁苯胶乳改性得到的改性乳化沥青蒸发残留物的软化点高、针入度低、延中国沥青网度长;从两种胶乳的制备方法来看,内掺法的改性效果比外掺法的改性效果好,内掺法的软化点比外掺法的软化点高,内掺法的针入度比外掺法的针入度低,内掺法的延度比外掺法的延度长;先改性后乳化法残留物软化点比其他四组残留物的软化点都要高,而针入度比其他四种方法的针入度都要低,但延度不及PC-1468的改性乳化沥青残留物的延度,比SBRLC-40的改性乳化沥青残留物的延度稍长。
3.2存储稳定性对比
        试验研究改性乳化沥青的存储稳定性按照JTJ 052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[2]中的规定:改性沥青乳液储存稳定性是在规定的容器和条件下(一般指室温),竖直方向上储存,到达规定的时间(1d或5d)后,分别测试上、下两部分乳液中蒸发残留物质量的变化程度,以百分率的差值表示,判断沥青乳液在储存过程中的稳定性能力。为了准确有效,采用放置5d的时间,考察试样的稳定性。试验结果见图7。


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        从图7可知,使用进口胶乳PC-1468生产制取的改性乳化沥青的储存稳定性比国产胶乳SBRLC-40制备的改性乳化沥青的储存稳定性好;内掺法加入进口胶乳的储存稳定性比外掺法的稳定性好,但内掺法加入国产胶乳的储存稳定性比外掺法的稳定性差,且内掺法加入国产胶乳的5d储存稳定性不达标,这可能是国产胶乳的性能不及进口胶乳的性能好,进口胶乳更容易均匀化,进口胶乳与乳化剂的配伍性比国产沥青与乳化剂的配伍性好[6]。先改性后乳化制备的改性乳化沥青储存稳定性也达标。
3.3残留物车辙因子对比
        在美国SHRP规范中车辙因子(G*/sinδ)是表征沥青抗车辙性能的指标之一,试验采用美国公路战略研究计划(SHRP)的沥青动态剪切流变试验来检测SBR改性乳化沥青残留物老化前的车辙因子。在64℃下的检测结果显示五个SBR改性乳化沥青蒸发残留物试样的车辙因子相差较大,见图8。


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        从图8可知加入胶乳PC-1468制备得到改性乳化沥青残留物的车辙因子比胶乳SBRLC-40得到改性乳化沥青的车辙因子高;内掺法的车辙因子比外掺法的车辙因子高,说明内掺法得到改性乳化沥青沥青抗车辙性能和路用性能较好;而先改性后乳化法得到的改性乳化沥青抗车辙性能和路用性能最好[7]。
4结论
        SBR改性乳化沥青的三种制备方法在项目工程上都存在,外掺法和内掺法较普遍;先改性后乳化法在SBR改性乳化沥青中较少采用,这与SBR胶乳较易制得,生产工艺难度较小有关[3];外掺法与内掺法相比,外掺法更容易操作,往往在工程上常用外掺法。总结了外掺法、内掺法和先改性后乳化的工艺性能对比,见表3。


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        三种制备方法在路用性能抗车辙能力方面,先改性后乳化法的车辙因子最高,其次是内掺法,最差是外掺法。由此说明先改性后乳化法的丁苯橡胶聚合物胶更容易吸附沥青中的油分或者更容易溶胀在沥青油分中,形成连续相最大限度发挥丁苯橡胶聚合物改性作用[4],从而改善沥青的路用性能。
参考文献
[1]公路沥青路面花工技术规范[M].北京:人民交通出版社,2004
[2]公路工程沥青及沥青混合料试验规程[M].北京:人民交通出版社。2008
[3]刘尚乐.乳化沥青及其在道路、建筑工程中的应用[M].北京:中国建材工业出版社,2008
[4]陈宪宏,孙立夫.SBR改性乳化沥青的研究[J].湖南科技学院学报,2007,(112)4.
[5]冯雷雷.改性乳化沥青的制备和性能[J][硕士学位论文].西北大学,2009.
[6]蔺习雄,杨克红。李剑新.SBR胶乳改性乳化沥青稳定性研究[J].石油沥青,2006,(22)2:19—22.
[7]段守荣,任瑞波.应用动态剪切流变仪(DSR)评价沥青胶浆路用性能的研究[J].中南公路工程,2004,(81)11.

 

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作者:佚名

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