改性瀝青和和乳化瀝青青材料性質質及使用技技術講解黃維蓉第3章改性性瀝青和乳乳化瀝青所謂改性瀝瀝青，也包包括改性瀝瀝青混合料料，是指““摻和橡膠膠、樹脂、、高分子聚聚合物、磨磨細的橡膠膠粉或其它它填料等外外摻劑（改改性劑），，經過充分分混熔，使使之均勻分分散在瀝青青中，或采采取對瀝青青輕度氧化化加工等措措施，使瀝瀝青或瀝青青混合料的的性能得以以改善而制制成的瀝青青結合料””。3.1工程高聚物物材料一、高聚物物材料的概概念高聚物是組組成單元相相互多次重重復連接而而構成的物物質。聚合物材料料包括塑料料、橡膠膠、纖維維三類。。1.高聚物的主主要特征1）具有巨大大的分子量量2）復雜的鏈鏈結構3）晶態與非非晶態的共共存4）同一種高高聚物可加加工為不同同性質的材材料5）高的品質系系數2.高聚物的命名名和分類命名：1）習慣命名2）系統命名法法3）英文縮寫分類：塑料、橡膠膠、纖維三三類。二、幾種主要要高聚物材料料1.塑料1）聚乙烯(PE)2）聚丙烯（PP）3）聚氯乙烯(PVC)4）聚苯乙烯(PS)5）乙烯-醋酸乙烯酯共共聚物(EVA)二、幾種主要要高聚物材料料2．橡膠(Rubber)1）丁苯橡膠（（SBR)2）氯丁橡膠（（CR）3）高聚物合金金（熱塑性橡橡膠）SBS、SIS3.2改性瀝青的分分類與技術標標準一、改性瀝青青的分類見圖3-1。按改性劑分：：熱塑性橡膠類類SBS、SIS、SE/BS橡膠類NR、SBR、CR、BR、IR、EPDM、ABR、TTR、SIR、SR、FR樹脂類EVA、PE、APP、PVC、PS、EEA、PP、NBR、EP等二、改性瀝青青技術性質1.溫度敏感性評價指標：針針入度指數PI、針入度粘度度指數PVN和粘溫指數VTI等。PI由0～40℃的針入度變化化決定，VTI由60～135℃的粘度變化決決定，PVN由25℃的針入度及60℃或135℃的粘度決定。。2.高溫穩定性評價指標：環環球法軟化點點、軟化點T8003.低溫柔韌性當量脆點（T1.2）、低溫延度度（5℃，5cm/min)4.彈性彈性恢復（15℃，30min，10cm，5cm/min）5.粘韌性測力延度（10℃，5cm/min）二、改性瀝青青技術性質6.耐久性指標殘留針入度比比（25℃，100g，5s）殘留針入度度比越大，說說明瀝青的抗抗老化性能越越好。低溫殘留延度度（10℃，5cm/min）殘留彈性恢復復（15℃，30min，10cm，5cm/min）7.貯存穩定性離析試驗：SBR、SBS類改性瀝青，，離析時表現現為聚合物上上浮，則采用用的離析試驗驗。（注入瀝瀝青的管垂直直放在163℃烘箱中，保持持48h）；上下軟化化點差熱儲存性試驗驗：EVA和PE等聚合物改性性瀝青8.低溫粘結性板沖擊試驗9.施工指標閃點10.工作度指標135℃的高溫粘度三、改性瀝青青的評價技術術現行評價改性性瀝青性能的的方法有三大大類。（1）采用瀝青性性能指標的變變化程度來衡衡量，如針入入度、軟化點點、延度、粘粘度、脆點的的變化程度。。變化值越大大，改性效果果越好。目前前生產上最常常用的方法。。（2）針對改性瀝瀝青的特點開開發的試驗方方法，如彈性性恢復試驗、、測力延度試試驗、粘韌性性試驗、沖擊擊板試驗、離離析試驗等等等。（3）美國的SHRP瀝青膠結料評評價方法，該該方法在一套套全新的試驗驗設備和觀念念的基礎上，，制定了既適適用于普通瀝瀝青又適用于于改性瀝青的的指標體系。。四、改性瀝青青的技術標準準技術標準見表3-2。改性瀝青分類類：熱塑性橡膠類類改性瀝青橡膠類改性瀝瀝青熱塑性樹脂改改性瀝青改性瀝青的選選擇1）改性瀝青的的選擇必須考考慮地理位置置、氣候條件件、道路等級級、路面結構構等多方面因因素SBS類改性瀝青最最大特點是高高溫、低溫性性能都好，具具有良好的彈彈性恢復性能能。顯然熱塑塑性橡膠類SBS改性瀝青無論論炎熱地區、、溫暖地區，，還是寒冷地地區都是適用用的。橡膠類SBR改性瀝青最大大特點是低溫溫柔軟性好，，主要適宜在在寒冷氣候條條件下使用。。EVA改性瀝青除寒寒冷地區不宜宜使用外，炎炎熱地區和一一般溫暖地區區都可使用。。PE改性瀝青由于于只是高溫性性能比較好，，故主要適宜宜與炎熱地區區，寒冷地區區肯定是不適適用的，而一一般溫暖地區區由于四季分分明，夏季雖雖熱，但冬季季往往也很冷冷，所以一般般來說也不宜宜采用PE改性瀝青。而而在西歐、北北美地區以及及日本PE的應用日趨減減少，基本被被淘汰。我國聚合物改改性瀝青適用用地區：Ⅰ類是SBS熱塑性橡膠類類聚合物改性性瀝青：Ⅰ-A型及Ⅰ-B型適用于寒冷冷地區，Ⅰ-C型用于較熱地地區，Ⅰ-D型用于炎熱地地區及重交通通路段。Ⅱ類是SBR橡膠類聚合物物改性瀝青：：Ⅱ-A型用于寒冷地地區，Ⅱ-B和Ⅱ-C適用于較熱地地區。Ⅲ類是樹脂類聚聚合物改性瀝瀝青：如乙烯烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)改性瀝青，適適用于較熱和和炎熱地區。。通常要求軟軟化點溫度比比最高月使用用溫度的最大大日空氣溫度度要高20℃左右。改性瀝青的選選擇2）根據瀝青改改性的目的和和要求選擇改改性劑為提高抗永久久變形能力，，宜使用熱塑塑性橡膠類、、熱塑性樹脂脂類改性劑；；為提高抗低溫溫變形能力，，宜使用熱塑塑性橡膠類、、橡膠類改性性劑；為提高抗疲勞勞開裂能力，，宜使用熱塑塑性橡膠類、、橡膠類、熱熱塑性樹脂類類改性劑；為提高抗水損損壞能力，宜宜使用各類抗抗剝落劑等外外摻劑。3）改性瀝青的的選擇還與制制備的條件有有關由于SBR改性瀝青需要要特殊的設備備才能制備，，所以一般使使用單位都只只能采購橡膠膠母體，使用用時再將它摻摻入熱瀝青中中。這樣就給給使用單位提提供了一種加加工改性瀝青青的方法，尤尤其是養路部部門感到有了了提高瀝青路路面性能的辦辦法。SBS、PE改性瀝青的制制備必須使用用專門的加工工設備，故一一般只有大型型工程才有條條件采用。EVA與瀝青有較好好的相容性，，在瀝青中只只要用對流式式攪拌器或者者簡單的高剪剪切混溶機就就能使EVA分散開來，因因而制備比較較方便，一般般單位都可選選用。用廢舊輪胎磨磨細的橡膠粉粉制備改性瀝瀝青，設備簡簡單，尤其適適合道路養護護部門使用。標準的使用問問題具體對一個工工程，使用改改性瀝青時，，可參照以下下步驟：（1）根據當地的的氣候條件和和交通條件，，選擇適當的的基質瀝青。。希望提高高高溫性能的路路段，基質瀝瀝青的標號宜宜為當地同類類公路使用的的瀝青標號；；希望提高低低溫性能的路路段，基質瀝瀝青的標號宜宜為針入度大大一個等級（（軟一些）的的瀝青。（2）根據改性目目的和經濟條條件，在改性性劑的合理使使用范圍內，，選擇一個初初試劑量。各各類改性瀝青青的合理范圍圍，除特殊情情況外，宜在在下列范圍內內選擇：對SBS改性瀝青，SBS的劑量宜為3%～6%；對SBR改性瀝青，SBR的劑量宜為3%～5%；對EVA或PE改性瀝青，EVA或PE的劑量宜為4%～6%。（3）按改性瀝青青的加工工藝藝，采用適宜宜的方法制作作改性瀝青樣樣品，測定改改性瀝青的15℃、25℃、30℃針入度，計算算針入度指數數PI，再根據25℃針入度確定屬屬于哪一個等等級。例如針針入度88的基質瀝青采采用4%SBS改性后，針入入度為66，則屬于I-C級。（4）按照各類改改性瀝青的關關鍵性技術指指標，試驗各各項性質，對對照相應的指指標，評定其其是否合格。。（5）如果達不到到要求的指標標，或指標過過高，可以適適當調整改性性劑劑量，以以符合標準的的要求。也可可以一開始就就試驗幾個不不同劑量的改改性瀝青，從從中選擇一個個適宜的劑量量。（6）試驗技術要要求規定的其其它指標，檢檢驗其是否合合乎各自技術術要求。3.3改性瀝青的生生產技術一、改性瀝青青的相容性改性瀝青的相相容性是指瀝瀝青和改性劑劑在組成和性性質上存在差差別的組分，，在一定的條條件下能夠相相互兼容，并并存并配伍，，形成熱力學學相對穩定的的具有混溶性性的體系的能能力。聚合物分子量量：當聚合合物的分子量量接近或大于于瀝青質的分分子量時，就就會破壞瀝青青相位的平衡衡。飽和分8%～12%，芳香分與樹樹脂85%～89%，瀝青質1%～5%，與聚合物相相容性好。聚合物分子結結構聚合物的分散散度溶解度參數：：溶解度參參數差異愈小小，分子結構構愈相近則相相容性愈好。。基質瀝青與與聚合物改性性劑基本上遵遵循化學組成成和結構相似似相容的原則則。二、改性瀝青青制備方法1．母體法母體法的原理理是先采用一一種適當的方方法，制備加加工成高劑量量聚合物改性性瀝青母體，，再在現場把把改性瀝青母母體與基質瀝瀝青摻配調稀稀成要求劑量量的改性瀝青青使用，所以以又稱為二次次摻配法。母母體法可以采采用溶劑法和和混煉法制備備改性瀝青母母體。對與瀝青相容容性不好的SBR、SBS、PE等聚合物改性性劑，都可以以采用高速剪剪切等工藝生生產高濃度的的改性瀝青母母體。“熔劑法”生生產SBR橡膠瀝青2.直接投入法直接投入法是是直接將改性性劑投入瀝青青混合料拌和和鍋與礦料、、瀝青拌和制制作改性瀝青青混合料的工工藝。SBR聚合物改性瀝瀝青常采用此此方法制作。。室內試驗的結結果表明，采采用直接投入入法拌和的要要比預混法的的改性效果稍稍差些。3．機械攪拌法法聚合物改性劑劑與基質瀝青青通過機械拌拌制得到改性性瀝青。SBS、PE等相容性較差差的改性劑，，不適用于機機械攪拌法加加工，而對EVA以及某些相容容性較好的聚聚合物，可以以采用攪拌法法加工。二、改性瀝青青制備方法4.膠體磨法和高高速剪切法采用膠體磨或或高速剪切設設備，在高溫溫高速運轉狀狀態下將聚合合物研磨成很很細的顆粒以以增加瀝青與與聚合物的接接觸面積，使使改性劑充分分分散到基質質瀝青中，一一般需要經過過聚合物的溶溶脹、分散磨磨細、繼續發發育三個過程程。改性瀝青制造造設備加工流流程示意圖M-膠體磨；A、B-攪拌罐；C-成品罐；L1、L2、L3-兩通閥門；F1、F2、F3、F4-三通閥門；B1、B2-瀝青泵；S-瀝青流量計；；J-減速器二、改性瀝青青制備方法5.橡膠粉改性瀝瀝青的生產1）濕法濕法橡膠粉改改性瀝青常用用于填縫料、、封層(應力吸收膜)，也可用于熱熱拌瀝青混合合料。2）干法干法橡膠粉改改性瀝青僅用用于熱拌瀝青青混合料。技術關鍵：廢橡膠粉的的制造工藝，，橡膠粉有兩兩種制造方法法：一是將精精煉過的橡膠膠用乙氮冷凍凍，使之脆化化，再用球磨磨機磨成粉末末；二是將預預先制備的膠膠乳霧化，使使它吸附在硅硅藻土上，經經熱風干燥除除去水分而成成粉末。通過過廢橡膠粉改改性的瀝青混混合料的成本本一般將增加加20%～100%的費用用。3.4乳化瀝瀝青乳化瀝瀝青是是粘稠稠瀝青青經熱熱融和和機械械作用用以微微滴狀狀態分分散于于含有有乳化化劑-穩定劑劑的水水中，，形成成水包包油(O/W)型的瀝瀝青乳乳液。。乳化化瀝青青可用用于鋪鋪筑表表面處處治、、貫入入式、、瀝青青碎石石、乳乳化瀝瀝青混混凝土土等各各種結結構形形式路路面的的面層層及基基層，，也可可用作作透層層油、、粘層層油以以及用用于各各種穩穩定基基層的的養護護，還還可用用于舊舊瀝青青路面面的冷冷再生生，防防塵處處理。。乳化瀝瀝青的的優越越性主主要有有以下下幾點點：（1）可冷冷態施施工，，節約約能源源，減減少環環境污污染；；（2）常溫溫下具具有較較好的的流動動性，，能保保證灑灑布的的均勻勻性，，可提提高路路面修修筑質質量；；（3）采用用乳化化瀝青青，擴擴展了了瀝青青路面面的類類型，，如稀稀漿封封層等等；（4）乳化化瀝青青與礦礦料表表面具具有良良好的的工作作性和和粘附附性，，可節節約瀝瀝青并并保證證施工工質量量；（5）可延延長施施工季季節，，乳化化瀝青青施工工低溫溫多雨雨季節節影響響較少少。一、乳乳化瀝瀝青的的組成成材料料乳化瀝瀝青主主要由由瀝青青、乳乳化劑劑、穩穩定劑劑和水水等組組分所所組成成。瀝青：：易乳乳化性性。針針入度度較大大（大大于100）的較較軟的的瀝青青易于于形成成乳液液。乳化劑劑：乳化劑劑有離離子型型和非非離子子型兩兩大類類，離離子型型乳化化劑又又分為為陰離離子型型、陽陽離子子型和和兩性性離子子型等等。非非離子子乳化化劑在在水中中不離離解成成離子子狀態態而又又具有有親油油和親親水結結構的的化合合物；；如聚聚氧乙乙烯衍衍生物物、多多元醇醇酯和和聚醚醚等。。HLB值（即即親水水—親油的的平衡衡值））分：：HLB值在4～6為油包包水型型乳化化劑；；HLB值在8～18為水包包油型型乳化化劑。。瀝青乳乳化液液與礦礦料接接觸后后分解解破乳乳恢復復瀝青青的速速度，，可分分為快快裂型型、中中裂型型、慢慢裂型型瀝青青乳化化劑。。穩定劑劑：無機鹽鹽類和和高分分子化化合物物水：：根據據乳化化劑類類型的的不同同確定定對水水質的的要求求。酸堿助助劑：：調節節PH值可增增強乳乳化劑劑的活活性，，提高高乳化化穩定定性和和貯存存穩定定性，，并可可降低低乳化化劑用用量。。聚合物物改性性劑：：提提高瀝瀝青的的粘結結力、、彈韌韌性、、耐候候性、、抗老老化性性等路路面性性能。。二、乳乳化瀝瀝青的的形成成機理理乳化劑劑降低低界面面張力力的作作用界面膜膜的保保護作作用雙電層層的穩穩定作作用三、乳乳化瀝瀝青的的生產產工藝藝1．原材材料的的品種種和劑劑量的的確定定2．乳化化工藝藝的主主要流流程（1）乳化化劑水水溶液液的調調制在在水中中加入入需要要數量量的乳乳化劑劑和穩穩定劑劑，使使其在在水中中充分分溶解解，水水溫一一般控控制在在60~80°C；（2）瀝青青加熱熱瀝瀝青青加熱熱溫度度根據據其品品種、、牌號號、施施工季季節和和地區區而定定。一一般溫溫度為為120~150°C；（3）瀝青青與水水比例例控制制瀝瀝青青與乳乳液通通過流流量計計，嚴嚴格控控制加加入比比例。。（4）乳化化常用用設備備膠膠體體磨或或其它它同類類設備備。（5）瀝青青乳液液貯存存貯貯運運過程程注意意瀝青青乳液液穩定定性，，避免免產生生破乳乳。用胺類類乳化化劑進進行乳乳化的的工藝藝圖乳化設設備乳化機機結構構示意意圖a）攪拌拌式乳乳化機機；b）高壓壓均化化器（（1-出口；；2-錐形座座；3-閥頭；；4-進口））；c）膠體體磨的的結構構原理理（1-轉子；；2-定子））乳化設設備連續式式乳化化瀝青青生產產設備備流程程圖四、乳乳化瀝瀝青的的分裂裂機理理為發揮揮乳化化瀝青青粘結結的功功能，，瀝青青液滴滴必須須從乳乳化液液中分分裂出出來，，聚集集在集集料的的表面面而形形成連連續的的瀝青青薄膜膜，這這一過過程稱稱為““分裂裂”。。1．水的的蒸發發作用用乳液中中的水水分蒸蒸發，，破壞壞乳液液的穩穩定性性造成成分裂裂、破破乳。。2．集料料的吸吸附作作用由于多多孔、、粗糙糙、干干燥的的集料料易吸吸收乳乳液水水分，，破壞壞乳液液的平平衡，，加速速破乳乳。3．電荷荷的吸吸附作作用瀝青乳乳液與與集料料接觸觸后，，乳液液中瀝瀝青微微粒所所帶電電荷與與集料料表面面所帶帶電荷荷的相相互吸吸附作作用，，是乳乳液破破乳的的主要要原因因。4．酸堿堿中和和作用用陽離子子瀝青青乳液液有一一定的的游離離酸，，pH值小，，游離離酸與與堿性性集料料起作作用，，生成成了氯氯化鈣鈣和帶帶負電電荷的的碳酸酸離子子，它它與裹裹覆在在瀝青青微粒粒周圍圍的陽陽離子子中和和，因因此瀝瀝青微微粒能能與集集料表表面緊緊密相相連，，形成成牢固固的瀝瀝青膜膜，乳乳液中中的水水分很很快分分離出出來。。5．機械械的激激波作作用在施工工過程程中壓壓路機機的碾碾壓和和開放放交通通后汽汽車的的行駛駛，各各種機機械力力對路路面的的振顫顫而產產生激激波作作用，，也能能促使使乳化化瀝青青穩定定性的的破壞壞和瀝瀝青薄薄膜結結構的的形成成。五、乳乳化瀝瀝青的的技術術性質質與技技術標標準1．篩上上剩余余量：：1.18mm篩2．蒸發發殘留留物含含量及及殘留留物性性質乳液加加熱（（不超超過160℃）脫水水后，，求出出其蒸蒸發殘殘留物物占乳乳液的的百分分比；；蒸發發殘留留物的的性質質以針針入度度、延延度和和軟化化點表表征，，比較較瀝青青乳化化后與與原瀝瀝青相相比在在技術術性能能上有有何變變化。。3．粘度度標準粘粘度計計或恩恩氏粘粘度計計測定定乳液液的粘粘度。。測試試條件件為：：溫度度60℃℃，流孔孔直徑徑3mm。4．粘附附性觀察乳乳液與與石料料表面面的粘粘附情情況。。5．儲存存穩定定性將乳液液在容容器中中置放放規定定的儲儲存時時間后后，檢檢測容容器上上下乳乳液的的濃度度變化化。一一般采采用5d的貯存存穩定定性，，也可可用1d的穩定定性。。6．低溫溫儲存存穩定定性7．微粒粒離子子電荷荷性8．破乳乳速度度9．水泥泥拌和和試驗驗與礦礦料拌拌和試試驗技術標標準P-噴灑型型乳化化瀝青青，主主要用用于透透層、、粘層層、表表面處處治或或貫入入式瀝瀝青碎碎石路路面；；B-拌和型型乳化化瀝青青，主主要用用于瀝瀝青碎碎石或或瀝青青混合合料路路面。。C-陽離子子型乳乳化瀝瀝青，，A-陰離子子型乳乳化瀝瀝青，，N-非離子子乳化化瀝青青；1~3表示不不同用用途。。類別代號用途噴灑貫入用PA－1、PC－1層鋪貫入式路面及表面處治用PA－2、PC－2透層油及穩定用表面養護用PA－3、PC－3結合層油層用拌和用BA－1、BC－1拌制粗粒式瀝青混凝土及黑色碎石用BA－2、BC－2拌制中粒式及細粒式瀝青混合料用BA－3、BC－3拌制穩定土及稀漿封層用種類品種及代