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乳化沥青与稀浆封层

2020-01-01

阴离子乳化沥青


用于公路工程的沥青材料通常在常温下一般是一种半固体粘稠状物质,要在公路工程中应用,就必须使它成为液态,才能用于喷洒或与矿料拌合。


为了使沥青成为液态,一般有三种方法:1、加热法;2、用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释成液体沥青;3、将沥青乳化。


乳化沥青是将粘稠沥青加热至流动态,再经过高速离心、搅拌及剪切等机械作用,而形成细小微粒(粒径约2~5微米),沥青以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液中,形成水包油状的沥青乳液,由于乳化剂稳定剂的作用而形成均匀稳定的分散系。这种乳状液在常温下呈液状。


乳液包括水包油以及油包水两种,当连续相为水而不连续相为油时,即为水包油,反之则为油包水。


水包油型乳液中,根据其颗粒的大小,可分为普通乳液和精细乳液。普通乳液颗粒的粒径一般为1~20um,精细乳液颗粒的粒径一般为0.01~0.05um。


目前使用广泛的是热沥青,但是热沥青需要消耗大量的热能,特别是大宗的砂石料需要烘烤热,操作人员施工环境差,劳动强度大。使用乳化沥青施工时,不需要加热,可以在常温下进行喷洒或拌合摊铺,可以铺筑各种结构的路面。而且乳化沥青在常温下就可以自行流动,并且可以根据需要做成不同浓度的乳化沥青,做灌入式或者透层容易达到所要求的沥青膜厚度,这是热沥青不能达到的。


随着路网的逐渐完善,低等级道路的升级要求,乳化沥青的使用量将越来越大;随着环保意识的增强和能源的逐渐紧张,乳化沥青占沥青的比例将越来越高,使用范围也将越来越广、质量将越来越好。


乳化沥青具有无毒、无臭、不燃、干燥快、粘结强等特点,不仅能提高道路质量、扩大沥青使用范围、延长施工季节、减少环境污染、改善施工条件,还可以节约能源、节省材料。


乳化沥青的材料组成:


沥青:占55~70%,用于路用乳化沥青针入度大多为100~250(0.1mm)。一般认为沥青酸含量大于1%的沥青,易于乳化。


水:一般要求水质不要太硬,并且不应含有其他杂质,水的PH值和钙镁等离子对乳化都有影响。


乳化剂:乳化剂式乳化沥青的关键组分,含量虽低,但对乳化沥青的形成起关键作用。乳化剂分为无机和有机两类,无机乳化剂常用:膨润土、高岭土、石灰膏等;有机乳化剂常为表面活性剂,如:十二烷基磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵等。乳化剂是一种表面活性物质,一端为亲水基团,一端为亲油基团,亲油基团一般为碳氢原子团,由长链烷基构成,结构差别小,亲水基团则种类繁多,结构差异较大。根据亲水基团把乳化剂分为离子型和非离子型两大类,离子型乳化剂按其离子电性分为阴离子型、阳离子型、两性离子型。


稳定剂:稳定剂可以改善沥青乳液的均匀性,减缓颗粒之间的凝聚速度,提高乳液的存储稳定性,增强与石料的黏附能力,掺加稳定剂还可以降低乳化剂的使用剂量。稳定剂分为无机和有机两类,无机稳定剂不是表面活性剂,常用的稳定效果最明显的无机盐类物质有:氯化铵、氯化钙和氯化镁等;常用的有机稳定剂为:聚乙烯醇,它与阳离子乳化剂复合使用对含蜡量高的沥青的乳化及存储稳定性起良好的作用。此外还可以采用聚丙烯酞胺、糊精、MF废液等。稳定剂在生产沥青乳液时,是同时加入还是后加入乳液,需试验确定。除此之外,根据需要可在乳化剂溶液中添加无机、有机酸,调整PH值,可改善乳化效果,是否添加及添加的剂量需经试验确定。


一般沥青用量50~70,乳化剂用量0.3%~5%,水的用量30%~50%,对于辅助材料,不同品种的乳化剂,其用量和选择各不相同。


乳化沥青的形成机理:


水是机型分子,沥青是非极性分子,两者表面张力不同,因而两者在一般情况下是不能相互融合的。


当靠高速搅拌使沥青呈微小颗粒分散在水中时,形成的沥青-水分散系是不稳定的,因为颗粒之间的相互碰撞,会自动凝结,最后同水分离。


当加入一定量的乳化剂时,由于乳化剂是表面活性物质,在两相界面上产生强烈的吸附作用,形成吸附层,吸附层中的分子有一定的取向,极性基团朝水,与水分子牢固结合,形成水膜,非极性基团朝沥青,形成乳化膜。当沥青颗粒相互碰撞时,水膜和乳化膜共同组成的保护膜就能阻止颗粒的聚集,使乳液稳定。


乳化剂能降低界面自由能的作用,水中掺入乳化剂后,水的表面张力可以大大降低,接近沥青的表面张力,使水与沥青的界面张力大大减小,保持体系稳定。


沥青乳液中的沥青液滴周围形成了一层带有电荷的保护膜,为双电子层结构,这层带电荷的保护膜也能起到稳定的作用,当沥青液滴相互碰撞时,因相同电荷的相互排斥作用,阻止了乳状液滴的聚析,形成稳定的体系。


乳化沥青的分裂机理:


在路面施工时,乳化沥青与集料接触后,为发挥其黏结的功能,沥青微滴必须从乳液中分裂出来,在集料表面聚结形成一层连续的沥青薄膜,这一过程称为分裂。


乳化沥青的制备:


乳化沥青的基本工艺过程是将沥青加热熔化,温度达140~150℃,同时将水加热到50~80℃,将乳化剂和稳定剂按一定比例加入热水中,搅拌使之溶解,然后将沥青和水溶液按一定比例通过混溶机,或将沥青按比例慢慢加入水溶液中,同时加以高速搅拌,使沥青乳化而获得乳化沥青。


乳化机:胶体磨>均化器>搅拌式乳化机。


在乳化沥青的生产过程中,沥青和水的温度是重要的控制参数,温度过高或过低都将影响沥青的乳化效果,温度太低,流动性差,影响乳化效果,温度过高,不仅消耗能源,增加成本,而且还会使水汽化,水的汽化将导致沥青乳液的浓度发生变化,同时也会使乳化过程中产生大量的泡沫,影响生产操作,因此,沥青加热温度不能过高,乳化剂水溶液的温度宜控制在50~60℃范围内。


稀浆封层:


沥青路面由于长年处于风吹、雨淋、日晒、冻融等自然气候的侵蚀下,使路面材料中的沥青与矿料不断产生物理与化学变化,并且逐渐降低其适应气候变化的能力,又由于路面上行驶车辆的作用,会造成沥青路面不断发生开裂,而随着裂缝的出现,会造成路面的透水,也就会引起基层的变软和表面坑槽的出现,从而使路况变坏,这样就会降低车辆的行驶速度,增加车辆的磨损与油耗,因此,对沥青路面尽早进行预防性养护是保护沥青路面,延长道路使用寿命、提高运输效率、降低运输成本的重要环节。


国外一般都是用稀浆封层施工来作为路面的预防性养护。


稀浆封层的作用:


稀浆封层是由连续级配集料、填料、乳化沥青、水搅拌均匀后摊铺在路面上的一层封层,主要作用为:


防水作用、防滑作用、耐磨耗作用以及填充作用。


聚合物改性乳化沥青稀浆封层(微表处):


聚合物改性软化沥青稀浆封层已被认为是修复道路车辙以及其他多种路面病害的最有效、最经济的手段之一。


微表处是功能最为完善的道路养护方法之一,它是一种采用高分子聚合物使乳化沥青改性的铺筑技术,对出现在城市干道,高速公路和机场道路上的各种病害的修复极为有效。


一般稀浆封层以及微表处技术都是利用级配集料、乳化沥青、填料和水所组成进行施工的,不同的是后者所采用的材料是经过严格检测筛选出来的,其中还包括高分子聚合物和其他添加剂,因而相比之下微表处技术具有更多的优点。


微表处特点:施工速度快、提高路面防滑能力、成型快工期短、常温下作业,降低能耗等。


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