乳化沥青与改性乳化沥青生产技术.ppt

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1、乳化沥青与改性乳化沥青生产技术,目录,1、乳化沥青原理及生产技术2、沥青乳化剂3、乳化沥青生产设备4、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,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.乳化沥青原理及生产技

2、术,1.4乳化沥青发展趋势（1）使用量将越来越大 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。（2）使用范围将越来越广 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。（3）质量将越来越高 随着配方技术、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

3、.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 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=Ab、乳化剂的作用 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

4、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 乳化沥青的组成=+,乳化沥青,基质沥青,水,乳化剂,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

5、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,非离子型乳化剂,离子型乳化剂,阴离子型乳化剂,阳离子型乳化剂,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

6、,赖祖亮小木虫,优点：成本低，种类多,种类多，矿料适应性好，成本高于阴离子型,虽然有较好的乳化效果，但破乳速度、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,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,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。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。,（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,咪唑啉型乳

7、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。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-NH2,2.沥青乳化剂,2.4 乳化剂的复配 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。乳化剂之间的复配可以有不同

8、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、

9、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,皂液供给系统,乳化生产单元,胶乳供给系统,乳化沥青存储系统,热量供给系统,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

10、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,1.先改性沥青后乳化,3.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

11、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.乳化沥青的同时加入胶乳,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

12、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SBS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

13、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

14、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

15、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，破乳过程中胶乳微粒粘附在沥青微粒表面形成网架结构，如果与石料接触，可以在乳化沥青破乳以前迅速地破乳并裹附在石料表面，从而可以显著增强沥青与石料间的黏结性能。SBR胶乳之所以能起到显著改善乳化沥青蒸发残留物的高低温性能和感温性的作用，是因为SBR胶乳在较低的掺加量的情况下，就可以在使乳化沥青蒸发残留物中成为连续相，沥青成为分散在SBR“网架”中的分散相。因此，破乳的改性乳化沥青更多地表现出橡胶的性质，而不是沥青的性质：丁苯胶乳的玻璃化温度在-60作用，在很低的温度下仍然保持了柔韧性；高温下沥青出现软化流动趋势时，必须首先冲破橡胶网格的约束，从而起到改善高温性能的作用。a、破乳前 b、破乳后 SBR胶乳改性乳化沥青破乳前后微观形态,欢迎交流,