（道路与铁道工程专业论文）复合改性SBR乳化沥青在公路养护中的应用研究.pdf

东北林业大学摘要 摘要 随着我国高速公路建设事业的迅猛发展，高速公路行驶车辆的重载和超载现象也日趋严 重，并且渠化交通加重了车辆轴载对路面的破坏，所以高等级道路路面的快速、有效养护问 题已经成为突出问题而被提出来，急待解决。实践证明改性沥青乳液是良好的沥青路面养护 材料，近年内得到了越来越多的重视和应用。 本文研究了改性乳化沥青改性剂与沥青的相容性和乳化过程，及满足慢裂快凝的条 件，重点研究了乳化剂与其相容型的筛选。结合国内实际情况和市场调研，筛选出符合生产 改性乳化沥青要求的改性剂、乳化剂、基质沥青和稳定剂，通过不同材料的掺加量对乳液性 能的影响试验确定了乳液的配比。通过研究把橡胶掺入乳化沥青中的接配方法与接配的先后 次序对性能的影响，并依据改性乳化沥青生产设备和产品质量的要求确定了合适的生产工 艺。 通过室内实验和试验路段铺筑定性和定量地研究了复合改性乳化沥青的路用性能各项指 标。通过试验路段的铺筑和国内外施工技术经验总结研究了改性乳化沥青施工工艺改性 稀浆封层技术，其中包括施工前原路面处理、混合料配比、施工机具、施工过程控制和质量 控制，对推广改性乳化沥青应用有重要的实际意义。 关键词复合s 隙改性乳化沥青路用性能改性稀浆封层 东北林业大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n g w i t ht h eh i g h w a yf a s td e v e l o p m e n t ，t h eo v e r l o a dp h e n o m e n o na l s o g r a d u a ll ys e r i o u s 。a n dc h a n n e lt r a n s p o r t a t i o ni n c r e a s et h er o a dc o r r u p t i o n , s o t h ep r o b l e mo fr o a ds u r f a c eq u i c ka n de f f e c tw a sp u tf o r w a r da n dn e r v u r e st ob e s o l v e d p r a c t i c ec a np r o v et h a tm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ti sak i n do fe f f e c t m a t e r i a lf o rr o o ds u r f a c em a i n t a i n ，a n dg e tn l o i e 戤l dm o r ea p 蒯o na n da p p l i c a t i o n t h ea r t i c l es t u d i e dt h ee m u l s i f i e rc o m p a t i b i l i t yw i t ha s p h a l ta n dm o d i f y i n g p r o c e s s ，a n da l s ot h ec o n d i t i o nt o f u l “l ls l o w - s e t t i n ga n df a s t c u r i n g ，a n d l a i das t r o n ge m p h a s i so nt h es e l e c t i o n o fe m u l s i f i e rw h i tt h ec o r r e s p o n d i n g m a t e r i a l c h o o s eo u tt h em o d i f i e r 、e m u l s i f i e r 、a s p h a l ta n ds t a b i l i z e rw h i c h m e e tt h er e q u e s tt h r o u g ht h es t u d yo ft h ei n f l u e n c et ot h ef u n c t i o no ft h ew a y w h i c hp u ts b ri n t oe m u l s i f i e da s p h a l t c o m b i n ew i t ht h en e e d so fp r o d u c i n g e q u i p m e n t sa n dp r o d u c tq u a n t i t yw es e l e c tt h ef i tp r o d u c ec r a f t t b et e x ts t u d i e dt h er e u n i t e s b rm o d i f i e de m u l s i f i e d a s p h a l t f u n c t i o n c h a r a c t e r i s t i c st h r o u g hi n d o o re x p e r i m e n tc o m b i n ew i t ht h ec o n s t r u c t i o no fr o a d s e g m e n t s w es t u d i e dt h es l u r r ys u r f a c i n gc r a f to fm o d i f i e de m o l s i f i e da s p h a l t t h r o u g ht h ec o n s t r u c t i o no f al o to fr o a d s e g m e n t sa n dt h ec o n c l u s i o n o f d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lc o n s t r u c t i o ne x p e r i e n c e ，i n c l u d i n gt h et r e a t m e n t b e f o r ec o n s t r u c t i o n ，d e s i g no fm i x t u r e ，c o n s t r u c t i o nm a c h i n e ，t h ec o n t r o lo f c o n s t r u c t i o np r o c e s sa n dt h ec o n t r o lo fq u a n t i t y ，t h er e s e a r c hh a v ei m p o r t a n t r e a l i s t i cm e a n i n gt ot h ee x p a n s i o no fm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l ta p p l i c a t i o m k e y w o r & r e u n i t es b rm o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l t ，r o a du s e sf u n c t i o n , m o d i f i e ds l u r r ys u r f a c i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特另t ；l n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得壅兰垦签些盘堂或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 靴敝储獬：r 甲 签字日转移口c7 年目j 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解壅主垦鳖些盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权壅兰垦整些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位一一：，易私 翮虢 签字日期：7 卯7 年月歹日 签字日期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 日 1 绪论 1 绪论 1 1 课题背景 从上世纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，尤其是t 9 9 8 年中国实 施积极的财政政策以来，中国公路建设投资数量之大、开工项目之多举世瞩目。中国高速公 路从零起步，经过十多年的建设，目前已达到4 5 3 万公里，高速公路总里程位居世界第 二。到2 0 0 5 年底，中国公路通车总里程达1 8 1 万公里，居世界第三位。 在高等级公路建设中，沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，由于自身的诸多优 点，如有足够的力学强度、行车平稳舒适、振动小，无扬尘、噪音低以及便于养护维修等， 多年来一直受到世界各国的重视。迄今为止，在我国所修建的高等级公路中绝大部分仍在采 用沥青路面；而在一般等级公路中应用更为普遍。但是随着社会的发展、交通运输任务的增 加、交通量增大、重载车辆的增加，渠化交通已成为现代交通的鲜明特点和必然趋势，并且 对路面在高速、安全、经济、舒适和耐久方面提出了更高的要求。i 】面对这一新形势、新 特点，对于己损坏的公路，研究利用新材料、新工艺进行快速、高效的养护，延长公路的使 用周期，己迫在眉捷。 我国由于原油的基属不好与沥青加工工艺的现代化程度低等原因，大多数国产沥青的 性能不能满足高等级公路重交通沥青路面的要求。养护材料。特别是适用于高等级公路路面 的养护材料较发达国家还相对落后许多。由于公路的快速发展与等级的不断提高，沥青材料 固有的性能已难以满足要求，特别是不能满足高等级公路路面的建筑与养护的要求。为此， 人们一直试图通过在沥青中加入少量改性剂，在对沥青的施工工艺性与储运性质有良好影响 的前提下来改进与提高沥青的路用性质。在这方面各国的道路建筑者已经做了大量的工作， 并取得了一定成效。从施工工艺上来说，改性沥青大致分为两类。一类是旌工时要加热的 “热徉热铺”，最常见的为各种橡狡改性沥青和高聚物改性沥青；另一类是旋工时无需加热 “冷拌冷铺”，其典型代表就是普通沥青乳液。由于前一类改性沥青使用中需要加热到较高 温度( 一舟眵1 5 0 ) ，所以其施工设备与工艺复杂，对气候的要求苛刻、能耗高、工作环境与 条件差，对环境会产生一定程度的污染。雨后一种改性沥青乳液贝可以避免前一类改性沥青 施工中的不利情况，乳化沥青具有施工方便、节省能源、改善施工条件、减少环境污染、延 长施工季节等优点，因此在公路养护中得以广泛的应用。在矿料潮湿的条件下也能施工，沥 青的用量也较前一类少。卜7 l 但是改性沥青乳液破乳后沥青的性能一般低于原沥青的性能， 也低于前一类改性沥青的性能。为改变这种状况，近些年来，在我国许多省市的公路建设中 采用高分子聚合物改性沥青乳液提高路面性能的尝试。实践证明，在沥青中加入一定数量的 东北林业大学硕士学位论文 高分子聚合物后，沥青对温度变化的敏感性降低，使沥青具有较好的高温稳定性和低温抗裂 往，有效地提高了沥青的路用性能。随着路面的老化，路面的养护( 也称预防性养护) 对公 路部门越来越重要。据国外报道，为预防性养护每支出l 美元，可以在将来节省5 美元甚至 更多的修补费用，美国密执安州正在进行一项巨大规模的养护计划，采用预防性养护工艺， 如稀浆封层、微表面处治、修补维护、沥青粘层、填缝、雾状封面等技术；据密执安州交通 部预算，每投入8 亿美元进行预防性养护，就会节省8 0 亿美元的寿命成本。由此而可见， 作为预防性养护的改性沥青乳液技术的研究和应用具有十分现实的社会和经济效益，研究意 义重大。嗍 1 1 1 国外研究状况 1 9 0 5 年第一个沥青乳化剂产品问世，1 9 0 6 - - - 1 9 1 4 年乳化沥青在筑路中崭露头角，1 9 2 2 年英国化学家m a c k a y 申请了第一个阴离子沥青乳化剂专利。1 9 5 1 年在法国研制成阳离子 沥青乳化剂，成为乳化剂发展中的一个重要里程碑。六十年代之后，阴离子乳化剂制备的乳 化沥青应用逐渐减少，阳离子乳化剂制备的乳化沥青用量直线上升。六十年代，德国研制出 用于制备聚合物改性乳化沥青的乳化剜。近十多年来，又出现了性能更加优越的复合型乳化 剂。【1 仉1 2 1 欧洲在乳化沥青的研究发展中一直占有重要地位。法国是欧洲乳化沥青研究应用最多 的国家，其用量约是欧洲用量的5 0 ，大多数次干道的维修养护和改造都使用了乳化沥 青。由于政府部门和生产商的积极合作，使法国为乳化沥青的应用发展和成本性能比的下降 做出了突出的贡献。美国是世界上乳化沥青使用量最大的国家，其用量占世界的4 0 以 上。p 3 1 由于沥青乳化剂的不断发展，使乳化沥青在出现近百年以来一直处于不断发展之中， 各种乳化沥青路用类型相继出现。1 9 2 5 年乳化沥青施工工艺由常温雾状喷洒发展为石屑封 层后，石屑封层在欧洲的乳化沥青应用中一直占有相当重要的地位。随着稀浆封层和旧路冷 再生利用技术的出现，乳化沥青减少环境污染、降低养护成本的优势在欧洲次于道的维修养 护改造中得以充分发挥。由于聚合物改性沥青乳液的发展，乳化沥青又被广泛地应用于高等 级公路。六十年代末七十年代初，德国首先将传统的稀浆封层发展为精细表面处治，其突出 的特点是可以用于处治深度较大的车辙和其它各种路面损坏而不覆盖昂贵的标线。1 9 8 0 年，美国引进精细表面处治技术。 1 4 1 目前该项技术在全欧洲、美国和澳大利亚已经广泛应 用。 1 1 2 国内研究状况 乳化沥青及其应用技术在我国的起步较晚，重复走过了和国外相同的历程。1 9 5 6 年从 l 绪论 罗马尼亚引入“捷罗克”，即冷沥青悬浮液，1 9 6 7 年山西省建筑科学研究所研制成功了性能 较为优越的非离子沥青乳化剂。【1 5 l 同时，阴离子乳化剂也处在发展之中，并扩大了其乳化 沥青的应用范围，并在我国乳化剂及其应用技术的研究发展中占据了一定时间的主导地位。 1 9 7 8 年以来，阳离子乳化沥青和其路用性能的研究取得了良好的成绩。七五”、“八五”期 间阳离子乳化沥青筑路养护技术被列为国家重点新技术推广项目，成功地研制出对道路石油 沥青有较好乳化效果的阳离子乳化剂，极大地推动了我国乳化沥青的发展。 自“七五”推广乳化沥青应用和“八五”推广稀浆封层技术以来，现在全国大部分 省、市、自治区的公路部门都已在应用稀浆封层，取得了明显的经济效益和社会效益。应用 于稀浆封层施工的慢裂乳化剂和稀浆封层摊铺机，国内均有生产。慢裂乳化剂，既有阴离子 的，又有阳离子的，可满足不同的需求。稀浆封层摊铺机。既有自行式的又有拖挂式的，既 有高档的又有低档的，用户可根据自己的财力和需要进行选用。现在我国的乳化沥青应用， 已经由普通的稀浆封层发展到改性稀浆封层和精细微表处，广泛用于粘层、透层、灌缝、雾 状封面等多项技术，并且用量越来越大。 1 2 主要研究内容 立足国内改性乳化沥青研究和应用情况，重点针对国内公路建设市场，着力于研究开 发慢裂快凝型乳化剂，配制复合改性乳化沥青材料。对不同改性乳化沥青应用技术的材料和 机器进行研究、探索，选用相适应的配套施工机具，建立改性乳化沥青应用技术的新工艺， 实行材料、机具、工艺三者的有机结合，达到对公路进行快速、高效、经济养护的目的 主要研究内容如下； ( 1 ) 复合改性沥青乳液的生产和改性剂的选择技术研究； 2 ) 复合改性沥青乳液的粘结和路用性能的研究； ( 3 ) 复合改性沥青稀浆封层技术的应用研究； 3 - 东北林业大学硕上学位论文 2 复合改性沥青的原材料选择和生产工艺研究 复合改性沥青乳液较之热拌用改性沥青的研究，具有较大的难度，除要解决改性剂与 沥青的相容性问题外，还要解决乳化问题，同时要满足慢裂快凝的要求。难点在于橡胶改性 沥青乳化工艺的选择，包括乳化剂的筛选、乳化工艺的确定和复合改性沥青乳液的评价等项 工作。工作的重点是乳化剂及相容型的筛选。 2 1 沥青 沥青的化学组分影响沥青的乳化能力。通常来说沥青质含量高的沥青不容易乳化，增 加芳香类油分含量有助予乳化，但过高的芳香类油分含量会导致沥青在无机介质中的溶解度 增大，消耗掉过多的乳化剂；高含蜡量的沥青较难乳化。 2 1 1 基质沥青的选择 生产改性沥青所用的基质沥青，我们选用了辽河9 0 # 重交通路用沥青。通过表2 - 2 的 比较可以看出，辽河9 0 # 的主要性能优于其他品牌沥青。 表2 - 2 辽河9 0 # 与其他品种沥青主要性能比较 2 ，1 。2 沥青的颗粒细度控制 沥青微粒粒径的大小显著影响乳化沥青的性质。研究结果表明： ( 1 ) 它会影响乳化沥青的储存稳定性。分散质的沉降速度越大，乳液的稳定性越小，根 据s t o k e s 公式，分散质的沉降速度，可描述为： v ：2 9 r 2 ( p , - p 2 ) ( 2 - 1 ) 9 玎 式中：日和岛分别为分散质和分散相的密度，g 为重力加速度，7 为分散相的粘度 ( 一般为水，粘度为o 0 i 泊) ，为微粒半径。 所以乳液的稳定性与分散相的粘度成正比；与密度差成反比；与颗粒半径的平方成反 比。因此，乳化沥青的粒径不能太大。 ( 2 ) 粒径大小还影响到乳化沥青豹破乳速度，颗粒越小，乳化沥青中游离的乳化剂分子 就越少，乳化沥青的破乳速度便会越快。 ( 3 ) 乳化沥青粒径还会影响乳液的粘度和乳液的沥青含量。 图2 石之- 8 为乳化沥青粒径与乳液性自基之间的关系： 一 裁 霉 辞 崩 匿2 - 6 平均柱径与破乳指数 关系曲线 一 a _ v 毯 龋 磊 v 掣 删 嚣 仕 握 围2 - 7 平均粒径与镶存稳定性 关系曲线 2 34 5 o，591 01 1 平均鞋径c a m ) 一 图2 喝平均粒径与黏度关系曲线 研究认为乳化沥青的平均粒径宜在1 5 n m 之间。 2 。2 改性剂 2 2 1 改性剂的选择 改性剂是改性乳化沥青的最重要组成部分，是复合改性沥青乳液区别于普通乳化沥青 的最主要特点之一。改性剂固胶含量，一般仅占乳化沥青中沥青重量的3 6 ，但它却在 很大程度上决定了乳化沥青的路用性能的优劣。因此，改性剂的选择十分重要。 一直一 东北林业大学硕士学位论文 从4 0 年代欧洲开始使用改性沥青以来，已有5 0 多年历史，从品种看，目前改性沥青 常用的改性剂主要包括以下三类： ( 1 ) 热塑性橡胶类：主要包括苯乙烯类共聚物如s b s 、s i s 等，其中主要是s b s 。 ( 2 ) 橡胶类：天然橡胶( n r ) ，丁苯橡胶( s b r ) 等等。 ( 3 ) 树脂类：包括聚乙烯( p e ) ，聚氯乙烯( p 、，c ) 等。 通过对以上三种类型改性剂制作的改性沥青试样的测试、比较，可知s b s 和s b r 的 性能最好。在各种改性剂中，s b s 对热拌沥青混合料的改性效果是最好的，受这一观点的 影响，国内普遍也认为s b s 是最佳的，于是在没有胶乳状s b s 的情况下，国内出现了想方 设法乳化s b s 改性沥青的现象。调查结果表明，这种制作改性乳化沥青的方式在实际操作 中遇到了很多困难：首先是必须将s b s 改性沥青加热到很高的温度( 1 8 0 c 以上) 后才能达乳 化所需的粘度状态，由于沥青温度太高，生产出的改性乳化沥青经冷却水初步冷却后进入储 罐的温度仍在1 3 0 左右，如此高的生产温度对机器设备是一个严峻的考验，国产的乳化沥 青设备根本无法满足生产要求；其次，这种乳化沥青的使用效果并不理想：国内某乳化沥青 生产单位采用进口乳化沥青设备、进口乳化剂和壳牌s b s 改性沥青，生产出乳化的改性沥 青用于微表处，发现微表处混合料成型速度很慢，施工性能明显不及乳化的壳牌重交沥青。 这种将改性沥青进行乳化的方法，在美国的相关技术资料中没有见到，在欧洲有一定 程度的应用。据法国某化学公司技术人员的介绍，法国有时候会采用s b s 、e v a 改性的沥 青进行乳化，但是为了减少改性沥青乳化的难度，它们有一种专门的乳化剂产品，该产品直 接掺加到沥青中，可以降低改性沥青的粘度，以方便改性沥青的乳化。因为技术保密的原 因，具体的作用机理还不太清楚。【1 司考虑到我国暂时还没有这样的产品，建议改性乳化 沥青采用胶乳状改性剂进行改性。目前国内外常用来作为沥青改性剂的，有合成橡胶如 s b r 、c r ；天然橡胶如n r ；热塑弹性材料如s b s 。使用最广泛的是热塑弹性材料s b s 。但 其在使用时，不仅要通过剪切、研磨等工艺均匀分散在沥青中制成改性沥青，而且此种改性 沥青很难进行乳化，即使乳化了，乳液也很难稳定存在。因此我们的改性剂选择了与其结构 相似的s b r 胶乳，s b r 是丁二烯与苯乙烯线形共聚物，其分子式可简写为： 一( c h c h 2 c h 2 - - c h = c h c h 2 ) n 6 由于s b r 分子量大，分子间作用力大，分子相互缠结，因此具有良好的秸弹性。用 s b r 对沥青进行改性，可以明显改善沥青的高低温稳定性，尤其是低温性能有明显改善。 其改性机理为丁苯橡胶以细小微粒嵌入沥青中，同时s b r 表面及内部吸附的沥青和渗入沥 青中的部分组分。一他们一方面使沥青自身性质得到调整改善，另一方面由微粒表面所吸附的 沥青组分与s b r 保持了良好的相应性( 相似相亲原理) 。因此s b r 微* , 2 x = j - 沥青还起到补强 作用。在低温下，沥青相“硬”而s b r 相“软”；在外力作用下出现良好的柔韧性及抗开裂 性能。在高温下，沥青相较软，s b r 相相对较硬，较硬的s b r 相存在起着阻碍沥青分子流动 滑动的作用，s b r 的加入提高了沥青的高低温稳定性。 1 9 - 2 1 】使得s b r 胶乳作为改性飙既 解决了与沥青相溶性，又改善沥青的高温稳定性和低温开裂性，增加乳化沥青与骨料的粘附 性。因此我们从生产实际情况出发，最终选择s b r 作为改性沥青的改性剂。 通过比较选用了吉化生产的阴离子丁苯胶乳作为改性剂。丁苯胶乳技术指标测试结果 见表2 - 1 ： 表2 - 1 丁苯胶乳技术指标测试结果 2 2 2 改性剂用量 为确定合适的改性剂用量我们进行了蒸发残留物性质试验。将乳化沥青后脱水得到的 残留物进行针入度、延度及软化点试验。脱水时要注意温度，防止老化，影响试验结果。一 般认为沥青乳液加热到基本脱水后( 表面无泡沫) ，再加热至1 6 3 y 2 3 时，保持此温度 1 m i n 水就脱尽了。由于乳液中的乳化剂及其他外加剂必将影响其蒸发残留物的性质，因此 规定蒸发残留物的延度不能小于原沥青的8 0 ，溶解度要大于9 7 5 。 92 9 。 童” 芝e e 皋& 4 胃2 01234 s b k 含量( 1 ) 图2 - 1s b r 含量与蒸发残留物 延度曲线 言 2 v 越 捌 p 0123 s b r 含量( ) 图2 - 2s b r 含量与蒸发残留物 针入度曲线 东北林业大学硕士学位论文 5 2 5 1 p v 柏 皇 餐 4 7 柏 123 s 腿含量( ) 图2 - 3s b r 含量与蒸发残留物软化点曲线 本研究测试了胶乳不同含量乳液的蒸发残留物的指标，结果如图2 - 1 2 - 3 所示。 由测试结果可以看出，胶乳加入量在3 0 0 4 左右改性效果比较明显，太少则起不到改性 的目的。 2 3 乳化剂 乳化剂是由亲水基和亲油基两个基团所组成的化合物，但不是所有这种结构的化合物 都可用于做沥青的乳化剂。在分子结构中必须有石蜡或沥青部分结构相同的亲油基，这样的 乳化剂与沥青接触时，不但不相斥，反而相互吸引，亲油与亲水两基团能够吸附于沥青和水 的界面上，从而降低两者之间的界面张力，达到乳化效果。 2 3 1 乳化剂的选择 通常稀浆封层用的乳化沥青是水包油型的，水包油型的( 亲水亲油平衡) h l b 值在 弘1 8 之间。因此我们合成乳化剂的h l b 值必须满足这个条件。同时由于石油沥青的主要组 分是链烷烃、环烷烃和芳香烃等三类烃，根据资料可进一步确定所合成的乳化剂的h l b 值 应在1 0 - , 1 2 之间。 常见的阳离子沥青乳化剂有以下几种： ( 1 ) 烷基胺类。其通式为：r n h 2 ，其中r 以c 1 2 c 2 2 较好，直链的较支链的好。 二烷基或三烷基，一般没有乳化性。此外，由于烷基单胺缺乏乳化力，容易从集料中剥脱， 所以现在阳离子常为烷基二胺乳化剂。这种乳化剂乳化力良好，而且对集料的粘附性也好。 常用的乳化剂为烷基丙烯二胺。国内生产这种类型乳化剂的厂家较少，但在国外则应用相当 广泛，如瑞典a k z on o b e l 公司生产的微表处用乳化剂就是这类产品。烷基胺类乳化剂， 在使用前通过调节p h 值使其处于带电状态。烷基胺类乳化剂中，由于氨基的氮原子上有一 2 复合改性沥青的原材科选择和生产工艺研究 对孤电子，易与质子结合，因此具有碱性，再加上烷基可以给电子，使得氮原子的电负性增 强，形成的铵正离子也因正电荷分散而稳定。所以，烷基胺类乳化剂带有很强的正电荷，由 此制作的乳化沥青的破乳速度一般很快。i 龇5 】 ( 2 ) 季胺盐类。这是目前我国生产和应用最多的一种乳化剂。虽然其乳化力和二胺无 大差别，但缺点是在集料上形成的沥青膜一般较薄。常见的1 8 3 1 和1 8 3 3 1 的结构如下： c 3 c , s h 3 7 - - n ：_ , - - c h 3 c i 。 l c h 3 o 甲c 1 3ir 【cl8 h 3 广n h 2 + 一c h 2 一c h c h 2 一n j c h 3 2 c l i c h t 这种乳化剂合成简单、原料来源丰富、价格相对较低，己成为我国沥青乳化生产的主 要乳化剂之一。季胺盐类乳化剂本身就是带电状态的，因此在使用时不需要调酸。其与带负 电荷的集料反应相对较快，制备的乳化沥青多为中、快裂：另外，乳化剂本身带有的永久性 电荷是很难通过改变p h 值来调节拌和性能的。 ( 3 ) 木质胺类。木质胺类是以造纸废料中的主要成分木质素为原料，成本低廉， 合成也较简单，因此成为稀浆封层用的主要乳化剂。合成方法如下： h c h o o h 3 i r 一 1 2 0 22 5 3 050 1 2 0 4褥3 05 0 1 2 0 52 跚3 5 5 0 1 2 0 6 2 麟一 3 050 1 2 0 83 3 05 0 1 2 0 9l 3 05 0 1 2 0 8 1 3 3 3 56 0 1 2 0 7 1 4蕊3 56 0 1 2 01 0 1 53 3 5印 1 2 0 8 1 6强3 56 0 1 2 0 9 1 73 3 56 0 1 2 08 1 8蕊3 56 0 1 2 06 1 93 3 56 0 1 2 0 9 2 02 5 9 62 13 6 1 2 07 2 12 5 2 13 6 1 2 09 2 22 5 2 13 6 1 2 05 2 32 5 2 13 6 1 2 04 2 4 2 蹦2 13 6 1 2 06 2 52 蹦2 13 6 1 2 0 5 2 62 8 3 56 0 1 2 08 2 7 2 5 3 56 0 1 2 07 2 82 弼3 56 0 1 2 08 2 92 5 3 5 6 0 1 2 08 3 02 5 3 55 0 1 2 0 8 3 12 隅3 55 0 1 2 08 3 22 5 3 55 0 1 2 08 3 32 5 3 55 0 1 2 08 3 4 1 麟7 01 3 0 1 2 09 3 51 5 9 67 0 1 3 5 1 2 01 0 3 61 5 8 01 3 5 1 2 09 注：石科用量为s ) o g 。 从室内试验的结果看，不同配比对拌和效果有一定的影响，通过筛选，合适的配比 配制1 5 的助剂水溶液后，以石料质量为基准，加入1 ( f 肛1 4 的s b r 改性乳化沥 7 的助剂水溶液，与石料拌和、摊铺，破乳时间约5 1 0 m i m ，路面成型时间约为 ( 4 ) 蒸发残留物性质试验 1 5 东北林业大学硕士学位论文 此项试验检测沥青乳化之后和原沥青相比其性能有何变化。般在使用新乳化剂或稳 定剂时都必须进行此项试验。将沥青乳化后脱水得到的残留物进行针入度、延度及溶解度试 验。脱水时要注意温度，防止老化，影响试验结果。一般认为沥青乳液加热到基本脱水后 ( 表面无泡沫) ，再加热至1 6 3 c 3 时，保持此温度l m i n , 水就脱尽了。由于乳液中的乳 化剂及其他外加剂必将影响其蒸发残留物的性质，因此规定蒸发残留物的延度不能小于原沥 青的8 0 ，溶解度要大于9 7 5 。 对改性乳化沥青材料进行室内试验，检验其质量指标。试验参照日本掺配聚合物改性 沥青乳液质量标准( j e a a s ) 进行，并与普通乳化沥青进行了对比，具体检测项目及检侧结果 见表3 - 3 。 表3 - 3 改性乳化沥青和普通乳化沥青测试指标 从测试的结果我们可以看出，改性乳化沥青与普通乳化沥青各项性能差别显著：乳化 粘度增加使乳液与石料结合力增大，蒸发残留物的5 延度、软化点都有明显的提高。这 说明改性乳化沥青的高温稳定性和低温抗开裂性增强。 3 2 复合s b r 改性沥青乳液混合料试验 ( 1 ) 试验用材料和混合料配合比 混合料的配合比是以矿料1 0 0 为基准不断调整用水量与沥青乳液用量，使乳液混合料 各项指标满足要求，混合料油石比通过以下方法确定。由湿轮磨耗试验确定最小沥青用量， 由粘附砂量试验确定最大沥青用量。混合料的湿轮磨耗指标和粘附砂量指标均能满足要求的 油石比即是可行的。也就是说，不同于热拌混合料，改性稀浆封层混合料没有“最佳油石 比”，而是一个允许的油石比范围。设计人员应根据实际情况( 交通量、原路面状况等) 选 择合适的油石比。 通过对混合料的设计试验并计入较长时间矿料对油的吸附作用求出油石比为7 ：! ，在 3 0 4 0 的气温条件下，用水量为1 2 1 3 。矿料级配组成见表3 - 4 。 3 复合s b r 改性沥青乳液的路用性能研究 表3 4 矿料的级配组成 ( 2 ) 湿轮磨耗试验 将拌和好的混合料制成直径大约3 0 c m 左右的试件，成型后放入烘箱中，烘干后取出 冷却至室温，称重( 干重) ，之后放入2 5 3 的水中浸泡6 天( 稀浆封层浸泡l 天) ，然 后在湿轮磨耗机上磨5 m i n ，清洗表面碎屑，再放入6 0 c 的烘箱中烘至恒重，于室温中冷 却，然后称重，计算出试样磨耗前后重量的差值。w t a t 的结果以每平方米磨耗的克数表 示。 试验结果如表3 - 5 所示。湿轮磨耗值分别为3 8 0 9 8 9 m 2 和4 4 8 7 6g m 2 ，满足i s s a 规 程规定的不大于5 3 8g m e 的要求。 表3 - 5 磨耗试验值 注：水泥质量为零 ( 3 ) 负荷车轮试验 随着改性乳化沥青用量的增加，磨耗值有逐步下降的趋势，但改性乳化沥青用量过多 时，路面在高温气候下，将出现泛油、波浪、油包、车辙等病害。为防止这类病害出现，对 改性乳化沥青稀浆混合料进行负荷车轮试验，以控制混合料中改性乳化沥青用量的上限。 负荷车轮试验是在混合料成型后，模拟车辆行驶条件，在5 6 7k g 负荷轮下碾压1 0 0 0 次，然后在试件上撒定量的热砂，再碾压1 0 0 次，测定每平方米吸收的砂量。计算公式为： 三l r r = m 2 - - r 喝 ( 3 1 ) 式中：k 每平方米吸收的砂量( g m 2 ) ： 玛第一次1 0 0 0 次碾压后试样质量( g ) ； 鸭一第二次1 0 0 次碾压后试样与砂总质量( g ) ； 彳试样负荷面积( m 2 ) 。 东北林业大学硕士学位论文 试验结果如表3 - 7 所示，其粘附砂量为2 5 5 9g ，m 2 ，满足i s s a 规程规定的不大于5 3 8 g ，m 2 的要求。 表3 - 6 负荷车轮试验 注：水泥质量为零 ( 4 ) 粘结力试验 结果如图3 - 1 。 畲 z v r 螺 褥 n 5，o52 - o2 5& o 养生时问( h ) 图3 - 1 粘结力与养生时间关系曲线 试验结果表明混合料具有良好的粘结性能并在3 小时左右黏结力基本达到最大值。 ( 5 ) 马歇尔稳定度试验 表3 - 7 改性沥青乳液混合料稳定度试验结果 含类密空 量型度踪 g 1 率 饱 和 度 稳 定 度 矾 流 值 m ， 干2 2 7 1 1 4 如53 72 6 “o 湿2 1 5 1 82 0 干2 2 9 7 9 6 0 74 62 4 6 6 湿2 1 52 3 2 2 干2 3 6 5 57 5 45 82 9 湿2 1 8 32 6 建议于2 2 55 埔6 帖7 5 42 叫0 湿2 2 22 眦5 _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ - - - _ _ - _ - _ _ _ - i _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - - _ _ _ - i _ _ _ - _ _ _ - - - - _ _ - _ _ _ _ - _ 洼：湿试件即室内常温养生试件t 在2 0 l 条件下试压：- f - 试 即烘箱高龃养生试件在6 0 l 条件下试睚 1 8 3 复合s b r 改性沥青乳液的路用性能可 究 根据阳离子乳化沥青混凝土在工程中的强度发展过程，参考热沥青混凝土马歇尔稳定 度的测定经验，结合阳离子乳化沥青混凝土在路面成型的情况，采用马歇尔测定仪测定其不 同时期( 早期与后期) 的稳定度与变形情况，为稀浆封层混合料在封层中的应用提供依据。 其试验结果如表3 - 7 所示。 3 3 本章小结 本章通过室内试验和室外试验路段检测，测试了复合改性乳化沥青及其混合料的各项 指标，得出以下结论： ( 1 ) 通过储存稳定性实验表明复合乳化剂具有稳定性强、结皮少、泡沫小的优点。 ( 2 ) 破乳实验表明不同配比对拌和效果有一定的影响，通过筛选，合适的配比为：配 制1 5 的助剂水溶液后，加入1 0 1 4 的s b r 改性乳化沥青，7 的助剂水溶液，按此 比例进行混合料拌和破乳时间比较理想。 ( 3 ) 改性乳化沥青与普通乳化沥青各项性能有显著的差别：乳化粘度增加使乳液与石 料结合力增大，蒸发残留物的5 延度、软化点都有明显的提高。这说明改性乳化沥青的 高温稳定性和低温抗开裂性增强。 ( 4 ) 混合料的湿轮磨耗实验和负荷车轮实验表明改性乳化沥青混合料具有良好的耐磨 耗性能。 东北林业大学硕士学位论文 4 复合改性乳化沥青稀浆封层技术研究 改性沥青稀浆封层，是采用适当级配且满足一定技术参数要求的砂石材料作为骨料， 选用改性乳化沥青材料为结合料，再加入适量的粉料、水和外加剂材料。在改性稀浆封层摊 辅机内按设计比例配制成具有一定和易性的稀浆混合料，摊铺在路面结构层表面，形成一种 类似沥青表面处治层。该项新技术适用于填补车辙、治理裂缝，可以明显地改善路面的防水 性、平整性和抗滑性能，可以提高路面的耐久性、安全性和行驶舒适性。该项技术具有施工 速度快、封闭交通时间短、韧性和耐久性好、技术经济比值高等特点。因而，近年来该项技 术在国际上得到了迅速的发展，在我国应用也比较多。 2 加2 9 1 调研显示，为了满足高等级公路沥青路面养护工作的需要，改性稀浆封层技术已经在 部分省市得到了成功应用，且相当一部分是用在了高速公路沥青路面的维修养护工程上。 如河北京石、石安高速公路、山西省的太旧高速公路、四川宜宾高速公路、浙江杭甬高速 公路、上海沪杭高速公路、江苏沪宁高速公路等都铺筑了面积不等的改性稀封层养护工程