沥青综合知识(4)

（一）乳化沥青组成材料

乳化沥青主要是由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分组成。

1. 沥青。沥青是乳化沥青组成的主要原料，沥青的质量直接关系到乳化沥青的性能。在选择作为乳化沥青用的沥青时，首先要考虑它的易乳化性。沥青的易乳化性与其化学结构有密切关系。以工程适用为目的，可认为易乳化性与沥青中的沥青酸含量有关。通常认为沥青酸总量大于1%的沥青，采用通用乳化剂和一般工艺即易于形成乳化沥青。一般说来，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但是针入度的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途而决定。

2. 乳化剂。乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是一种表面活性剂，从化学结构上考察，它是一种“两亲性”分子。分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有亲油性质。亲油部分一般由碳氢原子团，特别是由长链烷基构成，结构差别较小。亲水部分原子团则种类繁多，结构差异较大。因此乳化剂的分类，是以亲水基的结构为依据。

沥青乳化剂按其亲水基在水中是否电离而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，又衍生为阴（或负）离子型、阳（或正）离子型和两性离子型等三类。沥青乳化剂分类如下：

3. 稳定剂。为使乳液具有良好的贮存稳定性，以及在施工中喷洒或拌和的机械作用下的稳定性，必要时可加入适量的稳定剂。稳定剂可分为两类：

（1）有机稳定剂：常用的有聚乙烯醇、聚丙稀酰胺、羧甲基纤维素纳、糊精、MF废液等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性和施工稳定性。

（2）无机稳定剂：常用的氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性。

稳定剂对乳化剂的协同作用，与它茫??涞男灾视泄兀?械奈，定剂可在生产乳液时同时加入乳化剂溶液中，但有担?榷?粱嵊跋烊榛?恋娜榛?饔茫??韬，加入乳液中。因此必须通过实验来确定它们的匹配作用。

4. 水。水是乳化沥青的主要组成部分，不可忽视水对乳化沥青性能的影响。水常含有各种矿物质或其他影响乳化沥青形成的物质。自然界获得的水，可溶融或悬浮各种物质，影响水的pH值，或者含有钙或镁的离子等，这些因素都可能影响某些乳化沥青的形成或引起乳化沥青的过早分裂。因此，生产乳化沥青的水应不含其他杂质。

（二）乳化沥青的制备

沥青乳液的制备可以采用各种设备，但其主要流程基本相同。一般由下列几个主要工序组成：

图9-14 制备乳化沥青的工艺流程示意图

（1）乳化沥青水溶液的调制：在水中加入需要数量的乳化剂和稳定剂。根据乳化剂和稳定剂溶解所需的水温，使其在水中充分溶解。一般控制在60～80℃。

（2）沥青加热：沥青加热温度根据其品种、牌号、施工季节和地区而定。一般温度为120～150℃。

（3）沥青与水比例控制：沥青与乳化液通过流量计，严格控制加入比例。

（4）乳化常用设备：胶体磨或其他同类设备。

（5）乳液成品贮存：贮运过程注意乳液稳定性,避免产生破乳。

目前,使用机械分散制造乳化沥青的设备很多,归纳起来主要有胶体磨、高速搅拌机、齿轮泵、匀化机三大类。

（三）乳化沥青分裂原因

乳化沥青在路面施工时，为发挥其粘结的功能，沥青液滴必须从乳化液中分裂出来，聚集在集料的表面而形成连续的沥青薄膜，这一过程称为“分裂”。乳化沥青的分裂主要取决于下列因素：

（1）水的蒸发作用：由于路面施工环境气温、相对湿度和风速等因素的影响，乳液中水的蒸发，破环乳化沥青的稳定性，而造成分裂。

（2）集料和吸收作用：由于集料的矿物构造孔隙对水分的吸收，能破环乳液的稳定性造成分裂。

（3）集料物理—化学作用：乳化沥青中带电荷的微滴与不同化学性质的集料接触后产生复杂的物理—化学作用，而使乳化沥青分裂并在集料表面形成薄膜。

（4）机械的激波作用：在施工过程中压路机的碾压和开放交通后汽车的行驶，各种机械力对路面的振颤而产生激波的作用，也能促进乳化沥青的稳定性的破环和沥青薄膜结构的形成。

（四）乳化沥青的应用

乳化沥青用于修筑路面，不论是阳离子型乳化沥青（代号C）或阴离子型乳化沥青（代号A）有两种施工方法：① 洒布法（代号P）：如透层、粘层、表面处泼或贯入式沥青碎石路面；② 拌和法（代号B）：如沥青碎石或沥青混合料路面。乳化

沥青按其分裂速度，可分为快裂、中裂和慢裂三种类型。各种牌号乳化沥青的用途列如表9-17。

表9-17 几种牌号乳化沥青的用途 类 型 阳离子乳化沥青（C） PC— 洒布型（P） PC—2 PC—3 BC—1 拌和型（B） BC—2 BC—3 表9-18 道路用乳化石油沥青技术要求 序号 1 2 3 4 5 粘度 种类 项目 筛上剩余量（%） 电 荷 破乳速度试验 沥青标准粘度计C25，3（s） 恩格拉度E25 蒸发残留物含量（%） 快 裂 12～45 3～15 ＞60 PC-1 PA-1 PC-2 PA-2 PC-3 PA-3 BC-1 BA-1 BC-2 BA-2 BC-3 BA-3 阴离子乳化沥青（A） PA—1 PA—2 PA—3 BA—1 BA—2 BA—3 拌制沥青混凝土或沥青碎石拌制加固土 表面处泼或贯入式路面及养护用透层油用粘结层用 用 途 ＜0.3 阳离子带正电（+）阴离子带负电（—） 慢 裂 快 裂 中或慢裂 12～100 3～40 ＞55 慢 裂 40～100 15～40 60～62 8～20 1～6 ＞50 针入度（100g，25℃，，s）（0.1mm） 80～200 80～300 60～160 60～200 60～300 80～200 6 蒸发残留物性质 与原沥青的延度比（%）25℃ 溶解度（三氯乙烯）（%） 7 8 9 10 11 12

三、再生沥青

再生沥青是已经老化的沥青，经掺加再生剂后使其恢复到原来（甚至超过原来）性质的一种沥青。

（一）沥青材料的老化

贮存稳定性（%） 5d 1d ＞80 ＞97.5 ＜5 ＜1 ＞2/3 — — — 无粗颗粒或结块 均匀 — 均匀 ＜5 与矿料的粘附性试验，裹覆面积 粗粒式集料拌和试验 细粒式集料拌和试验 水泥拌和试验，筛上剩余量（%） 低温贮存稳定度（-5℃） 沥青材料的老化是指沥青材料在路面中受各种自然因素（氧、光、热和水等）的作用下，随时间而产生“不可逆的”化学组成结构和物理一力学性能变化的过程。

1. 化学组分移行。沥青是多种化学结构极其复杂的混合物，研究其老化过程，存在许多困难。为此将其分离为几个组分来研究。美国FS罗斯特勒（Rostler）等提出一种对研究沥青老化非常有用的组分分析法，这种方法称为“化法沉淀法”。该法将沥青分离为：沥青质（缩写At）、氮基（缩写N）、第一酸性分（缩写A1）、第二酸性分（缩写A2）和链烷分（缩写P）等5个组分。沥青在路面中受到自然因素作用后，就会导致沥青组分“移行”。亦即：沥青质显著增加，氮基和第一酸性分减少，第二酸性分稍有减少，链烷分变化很少，甚至几乎没有变化。现举国产沥青的一个例子如表4-19。

2. 物理—力学性变化。由于沥青化学组分的移行，因而引起沥青物理-力学性质的变化。通常的规律是：针入度变小、延度降低、软化点和脆点升高。表现为沥青变硬、变脆、延伸性降低，导致路面产生裂缝、松散等破坏。同前例沥青老化后物理－力学性质变化如表9-20。

（二）沥青的再生

1. 沥青再生机理。沥青再生的机理目前有两种理论，一种理论是“相容性理论”，该理论从化学热力学出发，认为沥青产生老化的原因是沥青胶体物系中各组分相容性的降低，导致组分间溶度参数差增大。如能掺入一定的再生剂使其溶度参数差减小，则沥青即能恢复到（甚至超过）原来的性质。另一种理论是“组分调节理论”。该理论是从化学组分移行出发，认为由于组分的移行，沥青老化后，某些组分偏多，而某些组分偏少，各组分间比例不协调，所以导致沥青路用性能降低，如能通过掺加再生剂调节其组分，则沥青将恢复原来的性质。实际上，这两个理论是一致的，前者是从沥青内部结构的化学能来解释，后者是从宏观化学组成量来解释。

表9-19 老化沥青和再生沥青的化学组分示例 沥青名称 原始沥青 老化沥青 再生沥青 表9-20 老化沥青和再生沥青的技术性质示例 技术性质 沥青名称 针入度原始沥青 老化沥青 再生沥青 （1/10mm） 106 39 80 延度73 23 78 （cm） 软化点48 55 49 （℃） 脆点Fraass（℃） —6 —4 —10 化学组分（%） 链烷分P 21.9 20.6 16.5 第二酸性分A2 29.1 21.1 22.4 第一酸性分A1 13.1 12.4 7.0 氮基N 24.9 15.4 25.1 沥青质At 11.0 30.5 29.0

2. 沥青化学组分调节。从表9-19沥青老化后化学组分移行可以看出，由于第一酸性分转变为氮基的数量不足以补偿氮基转变为沥青质的数量，所以氮基数量的显著减少是沥青老化的主要特征。由此可知，为调节沥青的化学组分，再生剂必须是以氮基为主的物剂。前例的沥青经掺加再生剂和改性剂后，其化学组分和物理性质见表9-19和表9-20。再生沥青的技术性质与原有沥青相近。

四、改性沥青

改性沥青是采用各种措施使沥青的性能得到改善的沥青。

现代高等级公路的变通特点是：交通密度大、车辆轴载重、荷载作用间歇时间短，以及高速和渠化。由于这些特点造成沥青路面高温出现车辙、低温产生裂缝、抗滑性很快衰降、使用年限不长。为使沥青路面高温不推、低温不裂、保证安全快速行车、延长使用年限，在沥青材料的技术方面，必须提高沥青的流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性，才能适应现代交通的要求。

同时，建筑上使用的沥青必须具有一定的物理性质和粘附性；在低温条件下应有良好的弹性和塑性；在高温条件下要有足够的强度和稳定性；在加工使用条件下具有抗“老化”能力；与各种矿料和结构表面有较强的粘附力；对构件变形的适应性和耐疲劳性等。通常，石油加工厂制备的沥青不一定能全面满足这些要求，致使目前沥青防水屋面渗漏现象严重，使用寿命短。

为此，常用橡胶、树脂和矿物填料等对沥青进行改性。橡胶、树脂和矿物填料等通称为石油沥青改性材料。

（一）提高沥青流变性的途径

提高沥青流变性质的途径很多，目前认为改性效果好的有下列几类改性剂：

1. 橡胶类改性剂

橡胶是沥青的重要改性材料，它和沥青有较好的混溶性，并能使沥青具有橡胶的很多优点。如高温变形性小，低温柔性好。由于橡胶的品种不同，掺入的方法也有所不同，因而各种橡胶沥青的性能也有差异。现将常用的几种分述如下：

（1）. 氯丁橡胶改性沥青。石油沥青中掺入氯丁橡胶后，可使其气密性、低温柔性、耐化学腐蚀性、耐光、耐臭氧性、耐候性和耐燃性等得到大大改善。氯丁橡胶掺入的方法有溶剂法和水乳法。溶剂法是先将氯丁橡胶溶于一定的溶剂（如甲苯）中形成溶液，然后掺入液态沥青，混合均匀即可。水乳法是将橡胶和石油沥青分别制成乳液，然后混合均匀即可使用。

（2）. 丁基橡胶改性沥青。丁基橡胶沥青的配制方法与氯丁橡胶沥青类似，而且较简单一些。将丁基橡胶碾切成小片，于搅拌条件下把小片加到100℃的溶剂中，制成浓溶液，同时将沥青加热脱水熔化成液体状沥青。通常在100℃左右把两种液体按比例混合搅拌均匀进行浓缩15～20min。丁基橡胶在混合物中的含量一般为2%～4%。同样也可以分别将丁基橡胶和沥青制备成乳液，然后再按比例把两种乳液混合即可。

丁基橡胶沥青具有优异的耐分解性，并有较好的低温抗裂性能和耐热性能，多用于道路路面工程、制作密封材料和涂料。

（3）. 再生橡胶改性沥青。再生橡胶掺入沥青之中以后，同样可大大提高沥青的气密性、低温柔性、耐光、热、臭氧性、耐气候性。

再生橡胶沥青材料的制备，是先将废旧橡胶加工成1.5mm以下的颗粒，然后与沥青混合，经加热搅拌脱硫，就能得到具有一定弹性、塑性和粘结力良好的再生胶沥青材料。废旧橡胶的掺量视需要而定，一般为3%～15%。

再生橡胶沥青可以制成卷材、片材、密封材料、胶粘剂和涂料等。

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