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SBR改性乳化沥青的生产及应用
[2018/9/30]

 

  摘要:乳化沥青及改性乳化沥青目前大量使用在公路、市政建设及维修、养护工程中。本文着重总结了现阶段生产使用较普遍而其质量控制又较难的SBR改性乳化沥青的生产及应用。 
  乳化沥青的生产应用现状 
   近几年,大规模的交通基础建设投入,而沥青及沥青砼道路已成路面结构形式的绝对主流,伴随着乳化沥青智能洒布车、稀浆封层摊铺车、微表处摊铺车、同步碎石封层车、超薄磨耗层摊铺设备及就地冷再生联合装置的日益完善和普遍使用,大大推动了乳化沥青的使用和发展,而且对乳化沥青的环保、经济及施工便捷有了更高的认识与评价,特别是道路养护领域乳化沥青会越来越发挥其主导作用而成为道路工程材料家族的主流。 
   乳化沥青经过几十年的发展推广,其品种和规格已较多,生产和应用技术得到了长足的发展,特别是改性乳化沥青更是一种发展前景看好的高技术产品,作为新建道路的封层和粘层,旧道路改造养护的中层间,表面处治及各种引进技术中的特殊防水及粘结材料,越来越受到技术部门的推崇。 
   乳化沥青按用途分为透层、封层、粘层及拌和型,以及用于表面处理的改性乳化沥青。随着我国乳化剂技术和乳化沥青加工设备的发展,乳化沥青品种和用途越来越多。但由于受生产及应用技术的限制,目前国内大多以生产应用,普通乳化沥青和SBR改性乳化沥青为主,SBS改性乳化沥青生产以进口设备为主,设备、生产成本均较高,限制了其发展及应用,其市场有待国内企业的研发和占有。本文侧重总结介绍SBR改性乳化沥青的生产和应用。 
  SBR改性乳化沥青的生产 
   改性乳化沥青的特点:改性乳化沥青是指以沥青为基料,以高分子聚合物等为改性材料,在一定的设备和工艺条件下,通过乳化剂及助剂的作用,使沥青、改性剂与水混溶而成的乳液。主要有SBRSBS改性乳化沥青等。改性乳化沥青主要有以下性能优势:高温稳定性、低温抗裂性、高粘附性、高抗剥落性、应用范围更大、内聚力更大、早期强度高、使用寿命长等,拌和性能好等较普通乳化沥青更多的优势特点。 
   乳化沥青设备的分类:称得上是成套沥青乳化生产设备的都应该能够生产不同类型的乳化沥青和改性乳化沥青(SBR改性)。目前,各种沥青乳化设备因生产流程不同,其性能也有很大的差别。一般分为间断生产和连续作业两种类型。乳化机是整套设备的核心,它的作用就是通过增压、剪切、碾磨等机械作用使沥青形成均细颗粒,稳定而均匀的分散与乳化剂水溶液中,形成水包油沥青乳状液。采用不同的力学作用原理,沥青乳化机的结构形式也不同,目前较常采用胶体磨和剪切机。 


  SBR改性乳化沥青的生产工艺 
  每一套乳化设备都应根据生产要求设计相应合理的乳化工艺,包括生产流程、原料配方、温度控制、计量控制、油水比控制等内容,特别是油水比的计量控制一定要采用先进的电子流量计。不同设备的乳化工艺有所差别,但都应满足以下几方面要求:(1)温度控制:沥青和水的温度是乳化工艺中较重要的参数,一般要求皂液温度70-75度,沥青温度135-130度,要求皂液加沥青后热平衡温度小于100度,即不汽化。沥青温度过低流动性差,影响乳化质量。最好是乳化沥青经热交换器降温后储存,热水用于循环再生产,节约能源,提高生产效率。(2)皂液配制:水、乳化剂、改性剂、盐酸的加入必须准确计量,充分搅拌反应,同时测试皂液PH值满足要求后方可生产。(3)油水比控制:沥青和乳化剂水溶液的流量按要求比例控制是生产出合格乳化沥青的重要条件。最好控制线路采用闭环设计,以实现时时动态调控,以保证生产出符合设计要求的高质量的改性乳化沥青。 
   以各种乳胶为改性剂生产改性乳化沥青的工艺最主要的是乳胶的选择和胶乳的加入方式。把乳胶掺入的方法有多种,目前主要有乳化前加入和乳化后掺入二大类,后者改性效果较差,乳液稳定性不好,是适应较落后的生产设备,而目前国内较先进的生产工艺应该是把胶乳加入配好的皂液中,经循环和搅拌均匀后按比例计量输入剪切机(胶体磨)中与沥青混合生产改性乳化沥青,乳胶和沥青在机诫力的作用下,充分碰撞、融合后生产的乳化沥青改性和稳定效果更好,是目前的主流生产工艺。 


  

主要材料的选用 
   (1)沥青是生产改性乳化沥青的主要材料。首先,沥青材料要符合道路工程使用要求,其次沥青要具有易乳化性。沥青的胶体结构、沥青质、胶质、油分构成了沥青的胶体结构,根据沥青的胶体结构理论,可以把沥青分为溶胶结构型、凝胶结构型和熔凝胶结构型三类。从乳化的角度来看,溶胶结构型沥青最易乳化,因为其中的油分含量多,沥青质含量很少甚至不含沥青质,并且相对分子量也小,胶粒或胶团完全散于油分中,胶粒或胶团之间没有吸引力或着吸引力极小,易于被剪切分散,形成稳定的乳液,凝胶结构型沥青最难乳化。综合道路工程使用要求和易乳化性两方面因素,溶-凝胶结构型沥青适合用作乳化沥青原材料。沥青的含腊量,是道路石油沥青的一项重要指标,腊对沥青的延度、针入度、软化点三项指标都有影响,在选择用于乳化的沥青时,必须把含腊量作为一个重要指标来检验,含腊量较高的沥青难以乳化,乳液稳定性差,蒸发残留物的性能也受到影响。沥青的品种,油源和加工工艺决定了沥青的化学特性,不同油源不同加工工艺的沥青、相同油源不同加工工艺的沥青、以及不同油源相同加工工艺的沥青,在化学组成、分子结构上都会有很大差异,乳化性能也就各不相同。粘度较小者、针入度较大者、标号较高者易乳化性相对较好,中、轻交通道路石油沥青比重交石油沥青易于乳化,沥青的乳化性与沥青的酸含量有关,通常认为酸总量大于1%的沥青易于乳化,如设备条件较好,建议使用70#进口石油沥青。 
   2)水 :不仅是沥青的分散介质,同时也是乳化剂,改性剂、PH值调节剂和稳定剂等材料的溶剂。因此,水源的选择和对水质的要求不容忽视,建议使用洁净的中性软水。 
   3)乳化剂:乳化剂是乳化沥青生产的关键性原材料,它占乳液总量的比例非常小,但对乳化沥青的生产、储存及混合料的施工性能都有很大的影响。 
   乳化剂的分类:根据乳化剂的分子亲水基带电的情况,可将乳化剂分为以下几种:阴离子乳化剂,原材料便宜易得,工艺简单,一般为中裂型,慢裂型,可用于稀浆封层,透层、粘层、惯入、表面处置等。 
   阳离子乳化剂,此类乳化剂发展较晚,但实践证明它与各种矿料有较好的粘附性、且成型速度快、早期强度高、用量少,即发挥了阴离子乳化剂的优点,又弥补了它的不足,自开发以来就备受关注并得到迅速推广,特别是慢裂快凝型,广泛应用于微表处施工等。 
   两性离子乳化剂,非离子性乳化剂,一般作为复合乳化剂使用,技术要求较复杂,熟练掌握其性能后方可谨慎选择使用。 
   乳化剂的选择:乳化沥青乳液只是使用过程中的一种暂存形式,待乳液破乳、水分析出后,沥青又恢复到原有状态,而此时,乳化剂仍残留在沥青中,残留在沥青中的乳化剂以何种形式存在,对沥青材料和路用性能有何种影响,值得关注。因此,在选择乳化剂时除考虑品种、性能、价格及乳液用途外,还应充分考虑乳化剂对沥青性能的不利影响。建议采用影响较小或不影响的品种。总体质量情况是进口的优于国产。 
   4)改性剂:研究表明乳化沥青经改性后用于稀浆混合料,可以改善集料与沥青间的裹附,提高混合料的粘结力,改善混合料的耐磨耗能力。 
   改性剂的分类:改性剂的种类很多,可用于乳化沥青改性的只要有以下几种:(1)天然橡胶胶乳,天然胶乳是复杂的胶体,其主要改性效果是,提高沥青与石料的粘结力,并使低温粘度增加,抗裂能力增强,但缺点是不耐老化。(2)丁苯橡胶胶乳,丁苯胶乳SBR是由苯乙烯和丁二烯两种单体乳液聚合生产的,可以明显提高沥青与石料的粘附性、抗裂性、低温延性,兼具良好的抗老化性、耐热性和耐腐蚀性以及提高稀释稳定性,是综合性能较好的通用合成胶乳,而且,品种多、价格低,因此,目前广泛用于乳化沥青材料的改性。(3)热塑性丁苯橡胶,SBS具有橡胶的高弹性和热塑性,不能直接用于生产改性乳化沥青,成本及设备投入较高,目前难以推广。(4)氯丁橡胶胶乳、乙烯乙酸聚合物胶乳等改性剂在不同地区和条件下也有使用,但由于价格、工艺及产品的性能问题,实际使用不普遍。 
   5) PH值调节剂:乳化剂只有在一定的PH值下,才有最大的溶解度。各种乳化剂对PH值的要求不尽相同,在酸性、中性、碱性范围内都是可能的,PH值调节剂的作用就是根据乳化剂的需要,调整水溶液的PH值,使乳化剂充分溶解,活性达到最大,乳化性能达到最优。石料的活性及气温对乳化沥青的PH值也有相应的要求,实际使用中要适度的微调。 
   应特别注意,通过胶乳的设备、管道、阀门使用后要及时清洗,选择胶乳除应考虑品种、性能、价格外,还应考虑电荷的电性。这一点对于改性乳化沥青生产特别重要。胶乳的电性应和乳化剂分子电荷电性一致,如所带电荷不匹配,会消耗掉部分乳化剂,产品稳定性更差,所以选择胶乳时应特别重视这一问题,所带电荷相反时不能使用。 
   结语:改性乳化沥青属于双重复合性热力学不稳定体系,除具有与乳化沥青完全相同的特性外,由于胶乳的加入,增加了不稳定的因素,所以,改性乳化沥青的储存稳定性比乳化沥青更差,易析水分层。所以改性乳化沥青储存期有限,生产和使用时应做到有计划的组织生产和使用,保持适度的搅拌和循环,储罐加盖密闭,避免风吹、雨淋和强光直射,保持乳液干净,不带入杂物,不要在5度气温以下存放,不同品种不得混合。所以,改性乳化沥青生产后应尽快使用,不要长期储存。 

 

 

 

(来源:网络))

 

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