科普小課堂 | 乳化改性瀝青生產(chǎn)及應(yīng)用

摘 要

對乳化瀝青的現(xiàn)狀及前景、乳化瀝青的分類作了簡單的評述，對不同乳化瀝青進(jìn)行比較，從而指出乳化改性瀝青的優(yōu)勢。從設(shè)備和工藝參數(shù)方面重點論述乳化改性瀝青生產(chǎn)技術(shù)要素。

關(guān)鍵詞

乳化瀝青 | 乳化改性瀝青 | 性能對比 | 生產(chǎn)關(guān)鍵要素 | 應(yīng)用

近年來，隨著新型技術(shù)和設(shè)備的推廣應(yīng)用，例如乳化瀝青智能灑布車、稀漿封層攤鋪車、微表處攤鋪車、同步碎石封層車、薄超磨耗層攤鋪設(shè)備及冷再生聯(lián)合裝置的日臻完善和普遍使用，也推動著乳化瀝青材料的發(fā)展;隨著路用性能要求的提高，對乳化瀝青的性能要求越來越高，普通乳化瀝青性能已無法滿足使用要求，高性能、高固含量乳化改性瀝青是發(fā)展趨勢。乳化改性瀝青具有性能和成本的顯著優(yōu)勢，但由于其生產(chǎn)技術(shù)難度高，至今沒有得到廣泛應(yīng)用。

(1)普通乳化瀝青:將70#、90#等重交瀝青生產(chǎn)成乳化瀝青。其生產(chǎn)工藝如圖1。

(2)膠乳改性乳化瀝青:用SBＲ/SBS/EVA膠乳或其他高分子膠乳對乳化瀝青改性。其生產(chǎn)工藝如圖2、圖3。

(3)乳化改性瀝青:先將瀝青用高分子聚合物改性，再將改性瀝青生產(chǎn)成乳化改性瀝青，主要為乳化SBS、SBＲ、膠粉改性瀝青等。其生產(chǎn)工藝如圖4。

(1)水包油型:水微粒包裹住瀝青顆粒，水在外、瀝青在內(nèi)的結(jié)構(gòu)方式，目前應(yīng)用的乳化瀝青多為此類型。

(2)油包水型:瀝青微粒包裹住水顆粒，油在外、水在內(nèi)的結(jié)構(gòu)方式，可拌制不同類型的冷拌冷鋪型瀝青混合料，應(yīng)用前景更廣闊。

(1)SBＲ膠乳改性乳化瀝青、乳化SBＲ改性瀝青、乳化SBS改性瀝青3種乳化瀝青與普通乳化瀝青相比，均具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫柔性。

(2)SBＲ膠乳改性乳化瀝青和乳化SBＲ改性瀝青一樣，隨著SBＲ含量的增加，能夠顯著改善低溫延度，但對軟化點提高較小。

(3)乳化SBS改性瀝青，隨著SBS的增加，對軟化點提高較大，同時低溫性能也明顯改善。

(4)SBＲ膠乳改性乳化瀝青和乳化SBＲ改性瀝青的低溫性能好，高溫性能一般;乳化SBS改性瀝青的高低溫性能同時兼顧，綜合性能更優(yōu)異。

乳化SBS改性瀝青相對于SBＲ膠乳改性乳化瀝青成本更低。

乳化SBS改性瀝青具有更優(yōu)異的使用性能，乳化SBS改性瀝青成本低于SBＲ膠乳改性乳化瀝青。

(1)合格的改性瀝青和高品質(zhì)的乳化劑:首先制備專用的改性瀝青，其指標(biāo)要略高于蒸發(fā)殘留物的質(zhì)量指標(biāo)要求。

(2)高品質(zhì)的乳化劑:改性瀝青由于添加了改性劑等，性能提高的同時大大增加了乳化難度，需采用專用的高品質(zhì)乳化劑。

(3)高性能的膠體磨:基質(zhì)瀝青經(jīng)改性后韌性、粘度及各項性能指標(biāo)大大提高，就膠體磨而言，需要更大的輸入功率和獨特的磨齒材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，磨齒結(jié)構(gòu)要既能剪切又可研磨，高效的剪切研磨保證乳化瀝青的粒徑更細(xì)小均勻。

(4)膠體磨剪切效率=(2pＲV/60E)Ｒ－磨盤直徑、V－磨盤轉(zhuǎn)速、E－磨盤間隙(0.25～0.55mm)合格的乳化改性瀝青對粒徑的要求如圖11。

實際生產(chǎn)的乳化SBS改性瀝青粒徑分布如圖12。

(5)合理的工藝管線、先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)功能和工藝參數(shù):

①適宜的瀝青溫度:溫度決定了瀝青粘度，粘度越大越不容易被剪切研磨，也大大增加磨機(jī)的荷載。瀝青粘度和溫度的關(guān)系如圖13。

經(jīng)過試驗驗證，瀝青粘度在0.3PaS～0.6PaS，可保證改性瀝青被膠體磨剪切研磨成1～5um;生產(chǎn)乳化普通瀝青或SBＲ膠乳改性乳化瀝青時，瀝青溫度在130℃～140℃;生產(chǎn)乳化SBS改性瀝青時，瀝青溫度在160℃～180℃。

②合適的皂液溫度(低于瀝青溫度80℃～100℃):在瀝青與皂液混合后，瀝青仍可保證被膠體磨剪切研磨成1～5um的前提下，溫度盡量低;乳化普通溫度瀝青和改性乳化瀝青用皂液溫度30℃～50℃;乳化SBS改性瀝青用皂液溫度60℃～80℃。

③管線壓力:泵的出口壓力≥0.6MPa，降溫前有備壓系統(tǒng)，保證管線內(nèi)可調(diào)節(jié)壓力在0.15～0.3MPa，防止乳化改性瀝青中水分汽化導(dǎo)致破乳。

乳化瀝青膠體磨出口溫度的理論計算公式:T℃=［(0.5×W1×T1)+(W2×T2)+(W3×T3)］÷［(0.5×W1)+W2+W3］

(備注:W1和T1為瀝青的重量和溫度，W2和T2為皂液的重量和溫度，W3和T3為膠乳的重量和溫度)根據(jù)上面的公式，不同乳化瀝青不同含量磨出口溫度如下:

普通乳化瀝青:基質(zhì)瀝青溫度140℃，皂液50℃;膠乳改性乳化瀝青:基質(zhì)瀝青溫度140℃，皂液50℃，膠乳添加量5%，溫度25℃;

乳化SBS改性瀝青:改性瀝青165℃，皂液65℃;

根據(jù)壓力增加沸點升高的原理，在壓力達(dá)到0.2MPa時，水的沸點升高到120℃，整個管線系統(tǒng)在降溫前應(yīng)保證適當(dāng)壓力(0.15～0.3MPa)。

(6)高效能的降溫裝置。將乳化改性瀝青降溫至≤85℃，保障乳化改性瀝青的儲存穩(wěn)定性。

使用乳化SBS改性瀝青的目的主要在于以下幾個方面:提高高溫穩(wěn)定性;低溫抗縮裂能力;提高早期強(qiáng)度、內(nèi)聚力、粘附強(qiáng)度;提高抗水剝落能力;提高抗疲勞性能;延長路面壽命。特別是超高SBS及瀝青含量的乳化改性瀝青將更與先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)設(shè)備和工藝相得益彰。

(1)同步碎石封層:設(shè)計的初衷就是使用改性瀝青含量69%以上的乳化SBS改性瀝青。使用高性能和高含量的乳化SBS改性瀝青，比傳統(tǒng)乳化普通瀝青和SBＲ膠乳改性乳化瀝青，有更高的瀝青油石比、更好的高低溫性能和黏結(jié)強(qiáng)度，從而提高路面性能、延長使用時間。

(2)超薄磨耗層:乳化SBS改性瀝青撒布及熱瀝青混合料攤鋪同步施工，前面噴灑乳化SBS改性瀝青，其后緊跟攤鋪熱瀝青混合料，在熱混料的作用下使乳化改性瀝青爬升至攤鋪厚度的1/3～2/3高度，并填充熱混料的空隙，不但起到封水效果，而且為超薄面層提供足夠的強(qiáng)度和超強(qiáng)粘結(jié)力，沒有性能滿足的乳化SBS改性瀝青就無法保證該技術(shù)的實施。

(3)冷再生:要實現(xiàn)真正意義的冷再生，離不開高含量高性能的乳化SBS改性瀝青，對石料比傳統(tǒng)乳化瀝青有更高的油膜厚度和裹覆性，降低混合料的空隙率，增加混合料的高低溫性能和抗水剝落性、提高路面的耐久性。

(4)冷拌冷鋪型乳化改性瀝青具有固含量高、顆粒均勻度高、儲存穩(wěn)定性好等特點;蒸發(fā)殘留物具有高軟化點、高延度、高粘彈性、高彈性恢復(fù)等特點;其微觀結(jié)構(gòu)為水包油型乳化改性瀝青，加入水泥時，水泥顆粒與水之間被瀝青微粒隔離開來，形成剛性膠凝體系與柔性膠凝體系的穩(wěn)定共混體系;常溫改性乳化瀝青與適合級配的石料(常溫或100℃左右)拌和，可制備出性能優(yōu)異的常溫瀝青混合料，可應(yīng)用于瀝青路面的小面積修補，也可用攤鋪機(jī)進(jìn)行大面積的路面攤鋪，經(jīng)過初步道路修補與較大面積路面攤鋪等實踐檢驗，均取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

(5)冷施工灌縫膠、粘層油、橋面和路面防水等領(lǐng)域。2010年，山西臨午線改造項目，乳化SBS改性瀝青成功應(yīng)用于粘層。改性瀝青含量＞55%，蒸發(fā)殘留物軟化點＞60℃、針入度55(0.1mm)、5℃延度＞30cm;2011年8月，甘肅武威公路總段，乳化SBS改性瀝青成功應(yīng)用于微表處，改性瀝青含量＞65%、蒸發(fā)殘留物軟化點70℃以上、針入度68、5℃延度35～45cm;2011年10月，廣州西二環(huán)高速公路微表處以及東莞市國省道微表處施工，改性瀝青含量＞62%、蒸發(fā)殘留物軟化點72℃以上、針入度70、5℃延度39cm。

乳化SBS改性瀝青是一種前景看好、應(yīng)用廣泛的優(yōu)良瀝青粘結(jié)料，特別是油包水型乳化改性瀝青應(yīng)用于冷拌冷鋪混合料。雖然其生產(chǎn)對設(shè)備及技術(shù)要求較高，但其優(yōu)異性能和更低的材料成本越來越受到工程技術(shù)人員推崇，傳統(tǒng)乳化普通瀝青將逐漸被淘汰，取而代之的是高品質(zhì)的乳化SBS改性瀝青。

采用乳化改性瀝青設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)，將SBS改性瀝青、SBＲ改性瀝青、膠粉改性瀝青或SBS/SBＲ復(fù)合改性瀝青等高性能的改性瀝青，生產(chǎn)成高固含量的水包油型或油包水型乳化改性瀝青，使得改性瀝青的高性能延伸到乳化瀝青，實現(xiàn)高性能改性瀝青的應(yīng)用領(lǐng)域用冷態(tài)施工方式進(jìn)行施工應(yīng)用，施工簡便，節(jié)約瀝青用量，節(jié)能環(huán)保，快速開放交通等優(yōu)點，應(yīng)用將越來越廣泛，具有極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。