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SBR改性乳化沥青的研究  
[2016/4/1]

 

陈宪宏 孙立夫

 

(湖南大学 材料学院,湖南 长沙  410082

摘要:本文通过采用SBR胶乳为改性剂、三种不同种类的乳化剂以及它们的复配乳化剂制备

SBR改性乳化沥青,并测试了SBR改性乳化沥青的存储稳定性以及性能。得到了以下结论:液/非复合乳化剂(73)制备SBR改性乳化沥青,乳液质量最好;各种不同的乳化剂和复合乳化剂以及存储的温度对SBR

改性乳化沥青的存储稳定性有很大影响,液/非复合乳化剂(73) 所制备的SBR改性乳化沥青存储稳定性较好,并且常温25最为适合。

 

关键词:SBR;改性;乳化沥青;温度稳定性

 

中图分类号:TQ047.5  文献标识码:A          文章编号:1673-2219200703-0110-03 

 

随着交通事业的繁荣,公路的车流量与重载车辆迅速增加,其路面磨耗较以前大大加剧,导致公路在使用年限内较早出现病害。为了提高路面的质量,延长公路的使用寿命,对路面早期病害的防治便变得刻不容缓。大量研究与事实表明乳化沥青具有节能、施工方便和环境污染小等等特点,人们深刻地认识到发展和应用乳化沥青技术,是实现公路的修筑(微表处)

要求的可取途径,并且在公路的维修养护中具有很大的发展潜力[1]。然而用于路面修补的普通乳化沥青与聚合物改性乳化沥青存在一些缺陷,表现为随着季节的变化,尤其是阳光的照射,使其老化速度加剧,使用性能急剧降低;此外,与集料粘附性差等原因,使之难以满足目前的使用要求。因此,寻求一种新的乳化沥青改性方法就显得很有意义。

苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物,其中丁二烯可以顺式-14结构,反式-l4结构和12结构存在于分子链中。丁苯胶乳是综合性能较好的通用性合成胶乳,它的薄膜物理机械性能虽然比天然橡胶胶乳要低很多。丁苯胶乳与沥青掺配制备的丁苯橡胶胶乳改性乳化沥青具有良好的热稳定性和耐久性,因此被广泛应用于道路工程中的材料改性。

本论文通过采用SBR胶乳为改性剂、三种不同种类的乳化剂以及它们的复配乳化剂制备SBR改性乳化沥青,并测试了SBR改性乳化沥青的存储稳定性以及性能。

 

   

1.1 原料

 沥青:广州高富70#沥青。

改性材料:SBR胶乳,固含量40%,乳白色液体,齐鲁石化公司生产。

 乳化剂:

1)液体乳化剂:季铵盐阳离子乳化剂,快裂慢凝型,褐色粘稠液体,有效成分45%

2)固体乳化剂:阳离子乳化剂,土黄色固体,有效成分95%

3)非离子乳化剂:OP-10,非离子乳化剂,透明液体,有效成分99.5%

1.2主要实验仪器与设备

本研究所用到的主要实验设备与仪器有:电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9240A)、电子天平(BS110S)、胶体磨乳化机(RH-3)、电脑沥青针入度仪(IQZR—2)、沥青延度实验器(SYD—4508C)、沥青软化点仪(SYD—2086)、光学显微镜(BX51/BX52)、示差扫描量热分析仪(DSC 2910)。

 

1.3 SBR改性乳化沥青制备方案与工艺

 采用油水质量比为64,改变乳化剂和SBR胶乳的用量,通过对比乳化效果得到最佳配比(即SBR加入量固定时能够顺利进行乳化的最小乳化剂用量),从而达到降低成本、获得最佳性价比的目的。

 

经过前期探索实验可知,温度对乳化剂的乳化能力影响很大。制备改性乳化沥青时,温度高固然容易乳化,但温度过高时乳液中微粒的布朗运动加剧,互相之间的碰撞剧烈,沥青/橡胶微粒表面的乳化剂界面膜易受破坏,造成体系破乳。此外,温度太高还会致使乳液中水分蒸发过多,使制备的乳液表面结皮和乳化泡沫增多,严重影响改性乳化沥青的质量。温度过低,沥青粘度就会过大,乳化过程不易进行,沥青/橡胶微粒粒径分布很宽[2]。本文确定,热熔沥青温度在140℃,乳化剂与SBR胶乳混合水溶液温度为40℃左右时乳化效果较好。

1.4 改性乳化沥青存储稳定性观察

将改性乳化沥青装入直径6cm,高10cm的塑料杯中,每隔一定时间(12h)观察一次杯中乳液的表面结膜和体系的破乳现象。 

1.5改性乳化沥青筛上剩余量试验

 称量洁净的滤筛(筛孔为1.18mm)及洁净金属盘质量总质量m1;在一烧杯中称取搅拌均匀的改性乳化沥青试样质量为m,将筛网用蒸馏水润湿后支在空的烧杯上,再将烧杯中的乳液试样边搅拌边徐徐注入筛内过滤。在过滤畅通的情况下,筛上乳液试样仅保留意薄层,如发现筛孔有堵塞或过滤不畅时,用手轻轻拍打筛框。待试样全部过滤后,用蒸馏水多次清洗称取乳液的烧杯,并将洗液过筛,再用蒸馏水冲洗滤筛,直至过滤的水完全清洁位置。将滤筛置于金属盘中,并置于105℃烘箱中烘干2~4h。取出滤筛后,连同金属盘一起置于干燥器中冷却至室温称其质量m2。根据公式(1)计算筛上剩余量P

 

P =[(m2-m1)/m]*100%                         1

 

式中:——筛上残留物含量(%

——乳化沥青试样质量(g

 m1——滤筛及金属盘质量(g 

m2——滤筛、金属盘与筛上残留物合计质量(g

2结果 

2.1乳化剂的选择

 

2.1.1不同种类乳化剂和复合乳化剂的乳化能力

经过大量实验的探索,得到采用不同种类的乳化剂和复合乳化剂可以成功制备改性乳化沥青的最低乳化剂用量的数据,以此来评价乳化剂得乳化能力。结果见表2.3(将用慢裂快凝型液体阳离子与非离子乳化剂OP-10按质量73配制的复合乳化剂简记为“液/固(73)”,其他乳化剂也采用类似记法)。

 

制备不同改性剂含量改性乳化沥青时各种乳化剂的最小用量

乳化剂  0%SBR 1%SBR 3%SBR 5%SBR 7%SBR  9%SBR

液体    0.5% 0.7% 1.5% 2.5%        3%     4% 

固体     0.7%     1% 2% 3% 4% 6% 

/(7:3) 0.5% 0.7% 1.5%       2%   2.5%   3.5%

/(9:1) 0.5% 0.7%  1%        1.5% 2.5%   3.5%

/(7:3) 0.5%  0.7% 1% 1.5% 2%            3% 

 

由表1可知,乳化同等SBR含量的改性乳化沥青,液/非复合乳化剂(73)用量最少,乳化能力最好。固体乳化剂的用量最大,乳化能力较差。

 2.1.2乳化剂对SBR改性乳化沥青筛上剩余量的影响

     筛上剩余量是衡量乳化沥青的质量的一个重要指标,它反映了乳化沥青的乳化效果。根据表2中最低乳化剂用量制备改性乳化沥青,根据式(1)计算其筛上剩余量数据,数据见下表2.4

     由表2可知,不论采用何种乳化剂,随着SBR含量的增大,改性乳化沥青的筛上剩余量是逐渐增大的;在SBR含量相同的情况下,液/非复合乳化剂(73)制备的改性乳化沥青的筛上剩余率最小,质量较好。

 

各种乳化剂制备的改性乳化沥青的筛上剩余量

乳化剂  0%SBR  1%SBR  3%SBR  5%SBR  7%SBR  9%SBR

液体     0. 08%   0.16%  0.20% 0.25% 0.31%      0.56%

固体    0.08%    0.16%  0.26% 0.27% 0.35%      0.63%

/(7:3)0.08%    0.15%  0.22% 0.25% 0.32%      0.62%

/(9:1)0.07%    0.13%  0.17% 0.22% 0.28%      0.58%

/(7:3)0.07%    0.11%  0.18% 0.19% 0.28%      0.47%

2.2改性乳化沥青存储稳定性

 2.2.1乳化剂对改性乳化沥青存储稳定性的影响

     分别采用不同种类的乳化剂和复合乳化剂制备3%SBR含量的改性乳化沥青,考察其在常温下(25℃)的存储稳定性进,结果见表3

 

常温下不同种类乳化剂对SBR改性乳化沥青 存储稳定性的影响

 

乳化剂类型    12h后表面结皮情况   3天后 破乳情况   5天后破乳情况

固体乳化剂                       底部破乳        破乳严重

液体乳化剂    较厚                 未破乳          轻微破乳

/固复合乳化

(73)       较厚                 轻微破乳        底部破乳

/非复合乳化

(73)       轻微                 未破乳          未破乳

 

    由表3可知,采用液/非复合乳化剂(73)乳化剂制备的SBR改性乳化沥青,其存储稳定性最好。

 

2.2.2温度对改性乳化沥青存储稳定性的影响

     选取采用液/非复合乳化剂(73)制备的3%SBR

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