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        不黏輪乳化瀝青制備及性能評(píng)價(jià)

        2021-11-04 07:34:56
        遼寧化工 2021年10期
        關(guān)鍵詞:黏附性硬質(zhì)改性劑

        朱 明

        不黏輪乳化瀝青制備及性能評(píng)價(jià)

        朱 明

        (廈門固特環(huán)保瀝砼投資有限公司, 福建 廈門 361008)

        以瀝青、硬質(zhì)瀝青、膠體改性劑為原材料制備不黏輪乳化瀝青。通過(guò)三大指標(biāo),儲(chǔ)存穩(wěn)定性,黏度,黏附性指標(biāo)評(píng)價(jià)其性能。結(jié)果表明,當(dāng)物料比例為瀝青74.0%,硬質(zhì)瀝青25%,膠體改性劑1.0%,其各項(xiàng)性能較佳。

        乳化瀝青;黏附性;穩(wěn)定性;不黏輪

        在瀝青路面鋪裝中,瀝青混凝土層間通常使用乳化瀝青黏層,促使層與層之間形成整體的受力結(jié)構(gòu),從而減少由交通荷載引起的面層剝落和滑移破壞,減少路面病害的發(fā)生,提高路面耐久性[1-2]。然而普通乳化瀝青黏層施工后即使完全破乳,行車過(guò)程仍會(huì)被車輪碾壓后帶走,造成黏結(jié)層材料的損失,達(dá)不到預(yù)期效果[3]。同時(shí),普通乳化瀝青黏層破乳時(shí)間較長(zhǎng),在撒布后,通常需數(shù)小時(shí),才允許攤鋪車輛進(jìn)行混合料的攤鋪工作,導(dǎo)致施工效率降低[4-5]。

        針對(duì)普通黏層材料的黏輪和破乳時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題,美國(guó)、歐洲和日本等國(guó)家相繼開發(fā)了不黏輪乳化瀝青[6-7],能夠有效解決黏輪和破乳時(shí)間問(wèn)題。該產(chǎn)品在提高施工效率的同時(shí),提升工程質(zhì)量[8-10]。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 主要原材料

        進(jìn)口SK70A基質(zhì)瀝青,按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》檢測(cè)要求,其瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。硬質(zhì)瀝青選用國(guó)內(nèi)某化工公司產(chǎn)品;乳化劑選用上海某公司陽(yáng)離子快裂型乳化劑RHJ-1;膠體改性劑為廣東某公司生產(chǎn)產(chǎn)品GXJ-1。

        1.2 主要設(shè)備

        進(jìn)口實(shí)驗(yàn)室膠體磨(ENH),全自動(dòng)針入度儀(NORMALAB,型號(hào)P734),全自動(dòng)軟化點(diǎn)儀(INFRATEST,型號(hào)20-2200),瀝青延度儀(無(wú)錫石油,型號(hào)LYY-10A-CL),動(dòng)力黏度(CANNON,型號(hào)CT-2000F),粒徑分布儀(Malvern,型號(hào)MICRO 5000),旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱(James Cox&Sons,型號(hào)CS325B),車轍試驗(yàn)儀(北京航天航宇,型號(hào)HYCZ-5),剪切試驗(yàn)儀(Humboldt,型號(hào)H-1327)。

        1.3 不黏輪乳化瀝青制備

        采用SK70A瀝青和硬質(zhì)瀝青為原材,不同比例下制備硬質(zhì)改性瀝青。固定RHJ-63乳化劑用量為0.5%,配置乳化劑水溶解,并調(diào)節(jié)pH值。將改性瀝青和乳化劑水溶液加熱至適宜乳化溫度,通過(guò)膠體磨剪切制備乳化瀝青。將制備的乳化瀝青與膠體改性劑按不同比例混合均勻即可。

        表1 瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

        2 結(jié)果和討論

        2.1 不黏輪乳化瀝青性能分析

        2.1.1 硬質(zhì)改性瀝青性能分析

        將SK70A瀝青與硬質(zhì)瀝青按不同比例混合攪拌均勻,檢測(cè)混合后的改性瀝青技術(shù)指標(biāo)??紤]到硬質(zhì)瀝青具有高溫性能好,低溫硬的特點(diǎn),故本文中混合后的改性瀝青延度和乳化瀝青殘留蒸發(fā)物延度檢測(cè)溫度為25 ℃。配比及三大指標(biāo)如表2所示。

        表2 硬質(zhì)改性瀝青配比

        2.1.2 硬質(zhì)乳化瀝青性能分析

        配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的乳化劑水溶液,調(diào)節(jié)pH值至1.8~2.0并加熱至60~65 ℃保溫備用。將制備好的硬質(zhì)改性瀝青加熱至155~170 ℃保溫備用。然后通過(guò)膠體磨制備乳化瀝青,成品乳化瀝青顆粒均勻,無(wú)結(jié)團(tuán)。硬質(zhì)乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

        表3 硬質(zhì)乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硬質(zhì)瀝青有效提升基質(zhì)瀝青的高溫性能,技術(shù)指標(biāo)符合要求。當(dāng)硬質(zhì)瀝青添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%,乳化瀝青篩上剩余量變大,儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降,說(shuō)明當(dāng)硬質(zhì)瀝青添加量增加后,乳化難度增大。采用ASTM D6939檢測(cè)乳化瀝青的破乳率。試驗(yàn)結(jié)果表明,乳化瀝青破乳率均大于40%,表明乳化瀝青破乳速度快。

        2.2 不黏輪乳化瀝青黏附性分析

        綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的硬質(zhì)瀝青。添加膠體改性劑,制備不黏輪乳化瀝青。研究不同膠體改性劑添加量對(duì)不黏輪乳化瀝青黏附性的影響和最優(yōu)配比。添加不同膠體改性劑不黏輪乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)如表4和表5所示。

        表4 不同膠體改性劑乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

        表5 乳化瀝青破乳時(shí)間

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加膠體改性劑的不黏輪乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)符合要求。采用ASTM D711檢測(cè)乳化瀝青不黏時(shí)間。結(jié)果表明,乳化瀝青15 min左右,基本完全破乳。在同等條件下,有助于更快實(shí)現(xiàn)下一步路面施工。

        我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中無(wú)對(duì)瀝青黏附性指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文參考日本JEAAS—2011中不黏輪乳化瀝青黏附性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),輪跡行走面積按實(shí)際測(cè)量得出。滿足JEAAS—2011不黏輪乳化瀝青黏附性試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)小于10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的要求。乳化瀝青黏附性檢測(cè)結(jié)果如表6所示。

        表6 黏附性試驗(yàn)結(jié)果

        瀝青作為黏彈性材料,在高溫下,瀝青由黏彈體向黏性體轉(zhuǎn)變,瀝青的表面張力變大,浸潤(rùn)角減小,瀝青的附著力增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑有效改善瀝青高溫性能和膠體結(jié)構(gòu),隨著膠體改性劑添加量的提高,黏附率下降。當(dāng)膠體改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%時(shí),黏附率降低至0.26%,膠體改性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.5%時(shí),乳化瀝青基本無(wú)黏附。

        圖1 黏輪試驗(yàn)過(guò)程

        圖2 普通乳化瀝青黏附性情況

        圖3 不黏輪乳化瀝青黏附性情況

        針對(duì)黏層路面使用實(shí)際情況,本文提出在JEAAS—2011黏附性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。新的實(shí)驗(yàn)方法將試驗(yàn)輪接地荷載提高到1.0 MPa,試驗(yàn)輪行走次數(shù)為往復(fù)10次。檢測(cè)結(jié)果如表7所示。

        表7 黏附性試驗(yàn)結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,當(dāng)膠體改性劑添加量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1.0%以上,黏附性符合要求。表明所制備的不黏輪乳化瀝青具有良好的抗黏附性性能。

        2.3 斜向剪切試驗(yàn)

        斜向剪切試驗(yàn),模擬道路交通荷載作用下,黏層抵抗行車荷載水平力產(chǎn)生剪切作用力的能力。本文采用300 g·m-2撒布量,剪切角度45°,分別進(jìn)行了30 ℃和50 ℃黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn),并對(duì)比了改性乳化瀝青和添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%界面改性劑不黏輪乳化瀝青的區(qū)別。檢測(cè)結(jié)果如表8所示。

        斜向剪切實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,常溫30 ℃或高溫50 ℃不黏輪乳化瀝青都顯示出良好的層間黏結(jié)效果。在相同試驗(yàn)條件下,不黏輪乳化瀝青比改性乳化瀝青相比都略有提高。這是因?yàn)椴火ぽ喨榛癁r青經(jīng)硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑改性后,在相同溫度下具有較大黏度,因此有效提升層間剪切力。

        3 結(jié) 論

        1)以基質(zhì)瀝青,硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑為原料,制備不黏輪乳化瀝青。

        2)對(duì)不黏輪乳化瀝青性能進(jìn)行評(píng)價(jià),當(dāng)基質(zhì)瀝青,硬質(zhì)瀝青和膠體改性劑的質(zhì)量比為74.0∶25.0∶1.0,其各項(xiàng)性能較佳。

        3)將試驗(yàn)輪荷載提高到1.0 MPa,形成次數(shù)增加到往復(fù)10次,膠體改性劑添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí),不黏輪乳化瀝青黏附性符合要求。

        [1]LONG P L, YU J Y, CHEN S F. Effects of epoxy resin on the rheological properties of epoxy-asphalt blends[J]., 2010,118(6):3678-3684.

        [2]弓銳,郭彥強(qiáng),徐鵬.SBS/SBR復(fù)合改性乳化瀝青的性能研究[J].中外公路,2019,39(01):234-237.

        [3]王慧峰.高摩阻薄層罩面材料設(shè)計(jì)與技術(shù)性能研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2017.

        [4]牛小玲.黏層用氯丁膠乳與丙烯酸酯改性乳化瀝青研究[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2017,34(06):62-66.

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        [6]趙陽(yáng),周啟偉,王慶珍,等.非黏輪改性硬質(zhì)乳化瀝青性能評(píng)價(jià)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,36(07):29-32.

        [7]郭婷婷,江凱,馮雯雯,等.不黏輪乳化瀝青的制備及其作用機(jī)理研究[J].中外公路,2021,41(01):242-248.

        [8]王懷慶,馬培建. 乳化瀝青破乳速度定量研究進(jìn)展[J]. 路基工程,2021(03):19-23.

        [9]TANG F L, XU G J, MA T, et al. Study on the Effect of Demulsification Speed of Emulsified Asphalt based on Surface Characteristics of Aggregates. Materials[J]. 2018, 11(9):1488.

        [10]TANG F L, ZHU S C, XU G J, et al. Influence by chemical constitution of aggregates on demulsification speed of emulsified asphalt based on UV-spectral analysis[J].,2019, 212:102-108.

        Preparation and Performance Evaluation of Non-stick Wheel Emulsified Bitumen

        (Xiamen Gute Environmental Protection Asphalt Concrete Investment Co., Ltd., Xiamen Fujian 361008, China)

        Non-stick wheel emulsified bitumen was prepared from bitumen, low-mark hard bitumen and colloidal modifier. The performance of the non-stick wheel emulsified bitumen was evaluated from aspects of storage stability, viscosity and adhesion. The result showed that the optimal material proportion of non-stick wheel emulsified bitumen preparation was as follows: bitumen 74.0%, low-mark hard bitumen 25%, and colloidal modifier 1.0%. The performance of non-stick wheel emulsified bitumen prepared under above conditions was better.

        Emulsified bitumen; Adhesion; Stability; Non-stick wheel

        2021-09-01

        朱明(1988-),男,福建省廈門市人,工程師,碩士研究生,2013年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工大學(xué)高分子化學(xué)與物理專業(yè),研究方向:瀝青及瀝青衍生產(chǎn)品研究

        TV442+.2

        A

        1004-0935(2021)10-1464-04

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