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改性沥青技术及生产工艺介绍

发布时间:2018-10-23


改性沥青技术及生产工艺介绍 

一、前言

1、沥青

传统意义上的沥青是由树脂包裹的沥青质分子团组成的胶体物质,它呈现出很强的油质状态(即石油质)。胶体分为溶胶(主要指液态密度)和冻胶(主要指固体密度),这取决于其成分间的平衡状态。对沥青来说,两种状态的平衡取决于沥青质和树脂间的相互作用,并受到外界温度的强烈影响。事实上,沥青温度的升高打破了其冻胶状态,使沥青分子团演变成溶胶状态。

因而沥青的一个重要特性就是常温下呈现出固体或半固体,但随温度升高极易溶化。这一显著的热敏感性是沥青的最重要的特征,也是其主要弱点。事实上,沥青混合物应能够在全年不同的工作条件下保持其良好的性能。显著的热敏感性妨碍了沥青混合物在高温和低温时呈现出良好的性能,因而必须改进沥青的特性以提高产品性能。

二十多年来,国际国内交通容量增长迅速,重型车辆在其中的比例也不断增长。面对现在和将来的繁重的交通容量,使用传统材料、按传统方法设计的高速公路和机场跑道的沥青路面的寿命将不断降低。为了提高沥青的产品性能,一个可行的方法就是选用某些高分子聚合体改变传统沥青的特性。

2、高分子聚合物

现有的高分子聚合体种类繁多,特性各异,一般分为塑性体和弹性体。同样工作温度下,其性能在很多方面都不同,特别是劲度、可变形性以及冲击强度。图表-1显示了塑性体和高弹体代表性的应力应变特性。

 

图(一)

很多高分子聚合体材料可以用来改变沥青的特性,下面我们举例说明:

1、热塑(性)塑料(高弹体):

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯 (Styrene-Butatriene-StyreneSBS

苯乙烯-丁二烯         (Styrene-ButatrieneSB

苯乙烯基-丁二烯-苯乙烯(radical Styrene-Butatriene-StyreneRsbs

2、热塑(性)塑料(塑性体)

乙烯-乙酸-乙烯脂      (Ethylene-Vinyl-AcetateEVA

乙烯-丙烯酸-甲酯      (Ethylene-Methyl-AcrylateEMA

聚乙烯                PolyethylenePE

低密度聚乙烯          Low Density PolyethyleneLDPE

高密度聚乙烯          High Density PolyethyleneLDPE

3、乳胶

氯丁橡胶              Polychloroprene

天然橡胶              Nature Rubber)

4、脆性橡胶           (Crumb Rubber

在某些应用实例中,几种高分子聚合体也可以一同使用来改变沥青性能(即复合改性)。目前在中国应用最多的是SBS改性沥青。

3、改性沥青

在过去公路建设的很多年中,虽然传统材料性能良好,但随着20年来交通容量的不断增加,人类建设更安全、耐久的公路的要求日益迫切,这就使传统沥青性能上的局限性日益明显。这实际上暴露出传统沥青本质上的局限性:

温度敏感性(高温下易软化,低温下易碎裂);

较低的机械性能和弹力性能;

易老化

表面状况表现为:车辙、龟裂、松散

由于传统沥青的这些特定缺陷,同时从经济上考虑,公路工程人员,高速公路和机场建设的有关部门都希望采用更好的沥青材料。传统沥青的缺陷可通过采用特殊设备,添加高分子聚合体来加以消除。改性沥青的使用在欧洲已经有了30年的历史,在中国正大力普及。它不仅提高了道路的质量,同时带来了下列好处:

改进了沥青的高温及低温性能

改进了沥青的弹塑性,包括:提高了抗疲劳强度;提高了凝聚性和胶合性;提高了抗衰老性和抗氧化性。

4、改性沥青的生产

现在生产高分子聚合物改性沥青的技术流程已相当成熟,并经过在大量工程项目中实际应用的验证。改性沥青的生产可以在专门的工厂内加工完成—即工厂改性,也可以在铺设现场加工完成—即现场。

现场改性因为改性沥青随生产随铺设,不会长期堆存,能保证改性沥青性能稳定,但生产环境一般不好,对生产方的技术和设备要求交高。

工厂改性可以在改性沥青厂提前生产好,然后将其储存在沥青罐中,需要时再运输到施工现场。由于改性沥青不能长期储存,因此要加入稳定剂以保证其不离析。工厂改性的好处是在不需要改性沥青时工厂可以提前大量生产并储存,在大量需要时可以集中供货。但其也有须特别注意的,因为当长时间处于高温或低温储藏状态时,很多预处理过的改性沥青对温度的降低都十分敏感,在储存、运输、使用过程中的把握不好温度升降,将会对改性沥青的品质造成影响。

改性沥青的生产工艺流程见图二。

图(二)

有时还填充某些芳香族类成分来改进沥青的化学结构,从而增强其稳定性。

改性沥青生产的核心是高速剪切胶体磨,我公司MAT系列胶体磨是专门为生产改性沥青而研发出来的,并经过世界各地的改性沥青厂和施工现场的实地检验,性能良好。我们使用的胶体磨是目前最先进、最实用的,其结构见图三。

图(三)

生产时必要的剪切次数只能通过实验室试验并在改性沥青设备加工的检测结果来确定。生产时沥青的温度也是非常关键的,一般要求最低温度为摄氏170℃,具体值取决于沥青的标号和添加高分子聚合体的百分比。在正常情况下生产改性沥青所需高分子聚合体的添加量应在4%6%左右。

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