乳化沥青与改性乳化沥青生产技术

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1、乳化沥青与改性乳化沥青 生产技术 目录v1、乳化沥青原理及生产技术v2、沥青乳化剂v3、乳化沥青生产设备v4、改性乳化沥青1.乳化沥青原理及生产技术1.1 乳化沥青概念所谓乳化沥青就是将沥青热融，经过机械 的作用以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的 水溶液之中，形成水包油状的沥青乳液。使用这种沥青乳液修路时，不需加热，可 以在常温下进行喷洒、贯入或拌和摊铺，铺筑 各种结构路面的面层及基层，也可以用作透层 油、粘层油以及用于各种稳定基层的养护。 1.乳化沥青原理及生产技术1.2 乳化沥青在道路工程中的主要应用路面工程表面处治其它乳化沥青碎石混合料面 层 乳化沥青混凝土 冷拌和再生沥青混凝土 乳化沥

2、青贯入式路面稀浆封层 微表处 雾封层 层铺 法乳化沥青表面处 治透层油 粘层油 基层稳 定 坑槽填补料 裂缝填补料1.乳化沥青原理及生产技术 1.3 乳化沥青的特点及优越性赖祖亮小木虫1扩大沥青使用范围乳化沥青2提高道路质量 3节约能源 4节省材料5环保、安全 6使用方便 1.乳化沥青原理及生产技术1.4乳化沥青发展趋势v（1）使用量将越来越大v 随着路网的逐渐形成与完善，低等级道路的升级，节能 减耗意识的增强，乳化沥青用量占沥青用量的比例也将越来越 高。v（2）使用范围将越来越广v 乳化沥青的使用，除了新建道路外，更重要的应用领域 是养护维修和预防性养护。v（3）质量将越来越高v 随着配方技

3、术、乳化技术的不断发展，乳化沥青使用更趋 向于专业化，质量将越来越高。具体发展方向为破乳速度的 可控性；改性乳化沥青；高浓度乳化沥青；精制乳化沥 青，沥青微粒直径达15m。1.乳化沥青原理及生产技术1.5 乳化沥青种类及技术要求我国公路沥青路面施工技术规范JTGF40-2004对乳化沥青的种类及技术要求如下： 1.乳化沥青原理及生产技术1.乳化沥青原理及生产技术1.6沥青的乳化 a、沥青乳化的基本原理v 将沥青分散到水相中，必然需要做功，所做的 功（W）等于沥青表面积的增大值（A）乘以表面 张力，即：W=A b、乳化剂的作用v 在乳化沥青中，水是分散介质，沥青是分散相 。单纯的将水和沥青混合是

4、做不到的，为了使乳状液 稳定，必须加入物质使两相不聚集，降低两相间的界 面张力，这种物质就是乳化剂。 1.乳化沥青原理及生产技术c、乳化沥青生产设备 沥青乳化设备的核心是胶体磨，胶体磨的主要性能 参数为功率、转速、流量、间隙，可以根据实际生产 需要来选择安装胶体磨，如果胶体磨功率小、转速低 、间隙大就算使用好的原材料也难以生产出合格的乳 化沥青。 d、乳化沥青生产流程 乳化沥青的生产流程可以分为以下四个过程：沥青 的准备、皂液配制、沥青乳化、乳液储存。 e、乳化沥青的生产工艺 生产工艺包括：沥青和皂液的加热温度、皂液PH值 的调节、生产时各管道流量的控制。 1.乳化沥青原理及生产技术1.7 乳

5、化沥青的组成= + + 乳化沥青乳化沥青基质沥青基质沥青水水乳化剂乳化剂添加剂添加剂在乳化沥青生产中, 加人少量的化学添加剂, 既可以减少乳化剂 用量, 降低生产成本,又可以提高乳化剂的活性, 改善乳化沥青的贮存 稳定性。根据经验, 加入以下添加剂有不同的作用加入无机盐类，一般可以掺加CaCl2、MgCl2、NH4Cl、FeCl3等强酸 弱碱盐，卤素无机盐能增强乳化沥青颗粒之间的双电子层效应, 增加 电势电位, 阻止乳化沥青微粒的相互聚集。对于阴离子型乳化沥青，可以掺加NaSO4、Na2CO3、Na2SiO3等。加入水溶性高分子聚合物能在乳化沥青中以网状、线状的形式存 在, 对乳化沥青微粒起到

6、隔离作用, 同时还能增强乳化沥青的粘附性 。2. 沥青乳化剂2.1 沥青乳化剂的类型乳化剂乳化剂非离子型乳化剂非离子型乳化剂离子型乳化剂离子型乳化剂阴离子型乳化剂阴离子型乳化剂阳离子型乳化剂阳离子型乳化剂两性离子型乳化剂两性离子型乳化剂阴离子乳化剂最主要的亲水基团有羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐等三 种类型。阳离子乳化剂按化学结果主要有季铵盐类、烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、环氧乙烷二胺类、胺化木质素类等。 2. 沥青乳化剂 2.2 不同类型乳化剂的比较赖祖亮小木虫赖祖亮小木虫优点：成本低，种类多优点：成本低，种类多阳离阳离 子型子型种类多，矿料适应性好，成本种类多，矿料适应性好，成本 高于阴离子型高

7、于阴离子型缺点：只适合于碱性矿料，缺点：只适合于碱性矿料， 成型速度慢，水质要求高成型速度慢，水质要求高阴离阴离 子型子型非离非离 子型子型虽然有较好的乳化效果，但破乳虽然有较好的乳化效果，但破乳 速度、粘附性较差速度、粘附性较差2. 沥青乳化剂2.3 阳离子乳化剂典型结构 （1)季铵盐v季铵盐乳化能力强,是我 国中裂、快裂乳化剂应用 最多的类型之一 。不同的 亲水基结构，使其性质可 调性增强。2. 沥青乳化剂2.3 阳离子乳化剂典型结构 （2)烷基胺类v烷基胺类乳化剂是性能 较好的乳化剂类型，使用 时需要调酸。v木质素类乳化剂，使用 造纸废液木质胺，成本较 低，季铵盐缩合后性能得 到改进。（

8、3）木质素胺类N-十八烷基丙撑二胺木质胺季铵盐缩合物2. 沥青乳化剂2.3 阳离子乳化剂典型结构 （4)咪唑啉类v咪唑啉型乳化剂的亲水基 部分为含有杂环基咪唑啉的 基团，通过咪唑啉基团的变 化可制成慢裂到快裂的各类 型乳化剂。v酰胺基胺类乳化剂由脂肪 酸和多乙烯多胺缩合而成， 通过合成材料的选择可制得 中、慢裂型沥青乳化剂。 （5）酰胺基胺类R-CO-NH-(CH2)2- NH(CH2)2-NH22. 沥青乳化剂2.4 乳化剂的复配v 单一的乳化剂在使用过程中可能不能很好的满足乳化沥 青生产和使用的需要，如乳化沥青的储存稳定性不理想，乳 化沥青的生产成本太高，乳化沥青的破乳、成型情况不能满 足

9、要求等。为此，经常需要将不同的乳化剂配合使用，或者 掺加其它的助剂，以起到改善乳化沥青的加工性能、经济性 、路用性能的作用。v 乳化剂之间的复配可以有不同的形式，同类离子乳化剂 间的复配，阳离子乳化剂与阴离子乳化剂间的复配，阳离子 乳化剂与非离子乳化剂间的复配，阴离子乳化剂与非离子乳 化剂间的复配等。最常用的是相同离子类型乳化剂间或离子 型与非离子型乳化剂间的复配。阳离子与阴离子乳化剂间的 复配，常常由于电性中和而失效。 3.乳化沥青生产设备3.1分类 根据沥青乳化设备 的工艺流程不同,可以 分为分批作业和连续作 业两种类型 3.乳化沥青生产设备3.2、乳化沥青设备的主要结构1、储水罐2、水计

10、量给 水泵3、水升温器4、皂 液掺配罐5、乳化剂/胶 乳储存罐6、盐酸计量 罐7、皂液掺配泵8、皂 液计量及添加泵9、乳 化沥青取样罐、10、胶 体磨11、沥青计量及添 加泵12、沥青输送泵13 、沥青在线升温器14、 沥青恒温稳压储存罐15 、乳化沥青冷却器16、 乳化沥青输送泵17、乳 化沥青成品储存罐18、 乳化沥青成品装载泵19 、成品运输车20、阀门 操作压缩空气动力系统 21、乳化剂计量罐22、 胶乳计量罐23、操作控 制及电源系统 3.乳化沥青生产设备 3.3、乳化沥青设备的系统构成热沥青供给系统热沥青供给系统皂液供给系统皂液供给系统乳化生产单元乳化生产单元胶乳供给系统胶乳供给系

11、统乳化沥青存储系乳化沥青存储系 统统热量供给系统热量供给系统过程控制系统过程控制系统3.乳化沥青生产设备3.4 乳化机乳化机是整套沥青乳化设备的核心,它的作用就是通过增压、冲 压、剪切、研磨等机械作用,使沥青形成均细化颗粒,稳定而均匀地分 散于乳化剂水溶液中,成为水乳状液。采用不同的力学作用原理,沥青 乳化机的结构形式也不相同。胶体磨类乳化机是沥青乳化设备中采用最多的机型,主要是通过 定子、转子之间由于高速运转所产生的剪切力而起到研磨,分散作用。 平面槽式胶体磨结构 锥面槽式胶体磨结构 3.乳化沥青生产设备3.4 乳化机三级高速剪切胶体磨外形及结构 沥青经三组定子、转子分散剪切，粒径更细、更均

12、匀，适合于改性沥 青的生产，高粘度改性沥青的乳化。 4. 改性乳化沥青4.1 改性乳化沥青的生产工艺生产工艺生产工艺1.1.先改性沥青后乳化先改性沥青后乳化3.3.先乳化沥青后掺加胶乳先乳化沥青后掺加胶乳胶乳在乳化剂皂液中加入第一种改性实质上是对沥青的改性，理论上只要有合适的改性沥 青就可以生产出相应的乳化沥青，因而为改性乳化沥青的生产拓展了较 大的范围。但工艺过程复杂，乳化相对困难。SBS改性沥青效果较好，所 以目前国内外已成功研发了SBS改性沥青的乳化工艺。第二、第三种改性工艺采用的改性剂为聚合物乳液，由于乳液种 类有限，因而可采用的改性剂种类不多。常用的乳液有：天然橡胶胶乳 (NR)、丁

13、苯橡胶胶乳(SBR)、氯丁橡胶胶乳(CR)、乙烯醋酸乙烯酯共聚 物乳液（EVA）。工艺过程简单，可操作性好。 2.2.乳化沥青的同时加入乳化沥青的同时加入 胶乳胶乳胶乳在胶体磨前端加入4.改性乳化沥青4.2 改性剂与生产工艺效果分析 （1）SBS改性沥青乳化工艺的对比由于SBS对热沥青的改性效果很好，有观点认为SBS对乳化沥青改性效果应该 也是最佳，根据有关专家最近的研究成果，使用改性沥青生产出的乳化沥青，改 性剂分布在沥青微粒内部，当乳化沥青破乳后无法形成连续的空问网架结构，如图 所示，乳化沥青在自然大气环境下破乳后，沥青微粒间的界面不能完全消失，这也 使改性剂的作用大打折扣。 破乳后的SB

14、S改性乳化沥青结构示意图 乳化沥青破乳后的残留物动态剪切抗疲劳试验 4.改性乳化沥青4.2 改性剂与生产工艺效果分析 （2）胶乳改性乳化沥青工艺的对比国内有资料认为，用边改性边乳化方法制作的乳化沥青具有黏度大、固含量高、 储存稳定性好等特点，而先乳化后改性制作的改性乳化沥青的储存稳定性较差，经 过一段时间后胶乳会发生分离、沉淀，形成乳白色分离层。但是实际上，在很多情 况下是边改性后乳化的储存稳定性不及先乳化后改性；也有单位试验发现，三种制 作方法得到的改性乳化沥青的储存稳定性相差不大，并且认为，由于改性剂胶乳颗 粒细微，即便是经过胶体磨也不可能被进一步剪切，因此没有实质上的意义。下图为胶乳类改

15、性乳化沥青的电镜显微照片。从图中可见，胶乳微粒直径远小于 乳化沥青微粒。胶乳类改性剂在改性乳化沥青中的分布状态4.改性乳化沥青 4. 3 关于SBR胶乳改性乳化沥青 （1） SBR胶乳的分类 目前，生产乳化沥青最常用的胶乳状改性剂是丁苯胶乳（SBR胶乳）。SBR胶乳是苯乙烯 、丁二烯单体乳液聚合而得。 根据聚合温度的不同，丁苯胶乳可分高温聚合（50）和低温聚合（5）两种。 按照苯乙烯含量的不同，可分为为低苯乙烯、中苯乙烯和高苯乙烯胶乳三种，其结合苯乙 烯含量分别为20%30%、40%60%和70%90%。丁苯胶乳分子中随苯乙烯含量增加，其 胶膜变硬，强度提高，弹性降低。当苯乙烯含量达到70%时，若不加增塑剂，丁苯胶乳就不能 生成连续的薄膜。表1为不同苯乙烯含量对丁苯胶乳性质的影响。 根据电荷性质的不同，丁苯胶乳可分为阴离子型、阳离子型、非离子型等。对于乳化沥青 的改性而言，一般情况下，阳离子的SBR胶乳只能与阳离子乳化沥青配合，阴离子的SBR胶乳 只能与阴离子乳化沥青配合，而非离子的SBR胶乳既可以与阴离子又可以与阳离子乳化沥青配 合使用。 4.改性乳化沥青 4. 3 关于SBR胶乳改性乳化沥青 （2） SBR胶乳改性乳化沥青的机理分析 SBR胶乳的破乳速度比乳化沥青的破乳速度要快，破乳过程中