一)乳化瀝青的組成材料
乳化瀝青是將粘稠瀝青加熱至熱熔狀態,經機械的強力攪拌作用,使瀝青以細微液滴(粒徑2-5甲)狀態分布在含有乳化劑的水溶液中,成為水包油(O/W)狀的瀝青乳液。
1.瀝青
瀝青是乳化瀝青中的基本成分,在乳化瀝青中占55%-70%。瀝青的選擇,應根據乳化瀝青在路面工程中的用途而定。一般來說,幾乎各種標號的瀝青都可以乳化,相同油源和工藝的瀝青,針入度較大者易于形成乳液。道路工程中用于配制乳化瀝青的瀝青針入度范圍多在100-200之間。瀝青的原油基屬、化學組成和結構對乳化瀝青的制作和形成后的性質有重要的影響,含蠟量較高的瀝青較難乳化,且乳化后儲存穩定性欠佳。
2.水
水是瀝青分散的介質,其硬度和離子性對乳化瀝青的形成和穩定性有較大的影響。一般要求水不應太硬。水中存在鈣、鎂等離子時,對于生產陽離子乳化瀝青有利,但不利于生產陰離子乳化瀝青;而碳酸離子和碳酸氫離子對兩種乳化瀝青的作用剛好相反。水中的粒狀物質通常帶有負電荷,由于對陽離子乳化劑的吸附,對生產陽離子乳化瀝青不利。因此,應根據乳化瀝青的離子類型、選擇符合水質要求的水源。
3.乳化劑
乳化劑在乳化瀝青中所占的比例較低(一般為干分之幾),但對乳化瀝青的生產、貯存及施工起著關鍵性的作用。
4.穩定劑
為了改善瀝青乳液的均勻性、減緩瀝青微粒之間的凝聚速度、提高乳液的穩定性、增強與石料的粘附能力,常在乳液中加入——定的穩定劑。摻加穩定劑還可能降低乳化劑的使用劑量。穩定劑分為無機和有機兩類。
1)無機穩定劑
常用的穩定效果最明顯的無機鹽類物質為氯化銨、氯化鈣和氯化鎂等。如氯化鈣可以降低季銨鹽陽離子乳化劑的用量。對于胺型陽離子乳化劑,由于不能直接溶解于水,需要用鹽酸將水的PN值調節至2左右,或用醋酸調節至4左右方能使用。但如果酸過量,則乳化性和穩定性將受到影響。
2)有機穩定劑
常用的有聚乙烯醇,它與陽離子乳化劑復合使用對含蠟量高的瀝青的乳化及儲存穩定性起良好的作用。此外,還可采用甲基纖維素、聚丙烯酰胺、糊精、MP廢液等。
?。ǘr青乳化劑的分類
乳化劑一般為表面活性物質,稱為表面活性劑,有天然產物和人工合成制品,現主要采用人工合成的表面活性劑。
乳化劑按其能否在溶液中解離生成離子或離子膠束而分為離子型乳化劑和非離子型乳化劑兩大類。離子型乳化劑按其解離后親水端所帶的電荷的不同而分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型乳化劑等三類。
1.陰離子型瀝青乳化劑
陰離子乳化劑原料易得、生產工藝簡單、價格低廉,早在20世紀20年代防離子型瀝青乳化劑就已開始廣泛使用。目前該類型乳化劑的使用量雖不及陽離子型乳化劑,但仍在使用。所生產的乳化瀝青一般為中裂型,也有部分是慢裂型,可用于稀漿封層、貫人式、表面處治等。
2.陽離子型瀝青乳化劑
陽離子乳化瀝青比陰離子乳化瀝青的發展要晚一些,但經過多年的實踐人們發現,陰離子瀝青的微粒上帶有負電荷,與濕潤集料表面普通帶有的負電荷相同,由同性相斥的原因,使得瀝青不能盡快的粘附到集料表面上,這樣會影響路面的早期成型,延遲交通的開放。而陽離子乳化瀝青則克服了以上的缺點,所以,近年來陽離子乳化瀝青的發展要快得多,用量要大得多。由于我國乳化瀝青的生產起步較晚,為趕超世界水平,交通部門一開始就是以陽離子乳化瀝青起步的。其標志之一就是交通部于1978年組織力量進行陽離子乳化瀝青及其路用性能的研究。
3.兩性離子型瀝青乳化劑
兩性例子瀝青乳化劑的特點是:其帶電性是隨著溶液的PH值變化而變化的,但其對氨基酸類乳化劑來所,由于有等電子的存在而在某個PH值時表現出不帶電的狀態,而溶解度最低,應用此類乳化劑應該注意。由于兩性離子的帶點狀態可隨環境的變化而變化,所以這類乳化劑可以在陰離子、陽離子以及不同PH值環境下應用。這類乳化劑屬于高檔乳化劑,成本較高,這可能是影響其推廣應用的主要因素。國內有單位用此類乳化劑進行乳化瀝青的試驗研究,但未見有大量應用的報道。
?。ㄈ┤榛癁r青的生產工藝
乳化瀝青的生產工藝:重交瀝青——加熱到130度——加入乳化劑、穩定劑和水——高速剪切——乳化瀝青產品。
?。ㄋ模┤榛癁r青的有點和經濟性
1.節能
稀釋瀝青中的煤油或汽油含量可以達到50%,而乳化瀝青中則只含0~2%。所以,這是一項在白色燃料生產利用方面具有重要價值的節約行為,僅僅依靠增加輕制油溶劑來減少瀝青的粘度標準,瀝青就能夠被澆灌和撒布,并希望使用后的輕制油能夠揮發進入大氣中。事實上,如果輕制油不能夠揮發,那么瀝青就太軟了,在交通荷載作用下,道路表面就可能泛油或變形。
現將乳液和具有同樣固體的輕制油進行比較,結果如下。
輕制油(輕制瀝青):
加工1L攤鋪用的輕制瀝青大約需要能量700KJ,再加上切削器等增加的能量,即40000KJ/L,生產這樣1L60%的輕制瀝青乳液設整個能量需求是:
700+4.4X40000=16700(KN)
乳化瀝青:生產1L乳化瀝青需要能量576KJ,生產1L乳化瀝青的設乳化劑能量為584KJ,這樣生產1L乳化瀝青的總能量為1160KJ。
由此可以看出,大部分能量是被燃料消耗掉了。
2.多用途性
乳化瀝青有許多種應用方法,應用時要選擇合適設方法,因為它們有一個非常廣設應用范圍。同樣設乳液既能夠作大面積的封層撤布,也能夠用來進行小范圍設坑槽修補工作。因為它們能夠長期儲存在儲罐中,在偏遠地區應用時,利用滾筒灑布應用起來非常容易。
3.使用方便
乳液設專業化撒布,需要專業化設設備,如撒布機。然而,小面積設乳液應用可直接采用手工澆灌和手工撒布,如小面積設坑槽補工作、裂縫填縫料等,小數量設冷拌混合料只需要基本設備就行。例如,一只帶擋板的灑水壺和一個鐵鍬就能夠進行小面積的封層和裂縫修補,采用灌入式坑槽修補方法填充路面坑洞等應用簡單易行。
?。ㄎ澹┤橐旱酿B護方法和應用
在SHRP計劃中,美國和加拿大已經將路面設預防性養護計劃進行了試驗,效果比較好。持續時間較長設養護方法是稀漿封層、石屑罩面和灌入式坑洞修補方法。
路面損壞設分類如下:
A)變形或扭曲
路面的塑性變形是由于車輛超載造成的。包括車轍、擠漿和搓板現象及路面推擠。
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路面裂縫是由許多因素產生的,其中有許多是結構上設原因。例如,疲勞裂縫是由于路面剛度喪失和交通車輛的反復碾壓引起的;縱裂縫、網裂縫和溫縮裂縫是由于材料和設計因素引起的,既有路面的原因,也有材料老化和環境方面的原因。反射裂縫是由于已存在的裂縫損壞或在水泥混凝土路面中連接起來引起的。
C)破裂
隨著時間的推移,道路面層逐漸老化、瀝青的老化在不同程度上取決于環境和瀝青的化學性質,這些老化將導致路面斷裂、面層結構喪失和通常的裂縫和坑洞??佣词怯捎诨旌狭现屑毩系膯适Щ蚵访媪A陷^小及路面下沉造成的。
D)剝離——水分侵蝕
由于一些瀝青對水的敏感性,特別是在車輛和孔隙水壓力的作用下,引起瀝青的粘附性喪失和路面坍陷。
為了發揮乳化瀝青養護的優點,目前正在研究幾種重要的養護方法,其中SHRP計劃已經確認裂縫填縫料、稀漿封層、石屑罩面和噴射坑洞修補等四種方法是比較好的乳液養護方法。
稀漿封層
稀漿封層是一種冷拌瀝青混合料,具有骨料和瀝青混合的優點,在通常情況下,相似的級配稀漿封層具有比熱拌瀝青混合料高的模量,所以常用它來填充路面車轍。比較高的穩定度具有較高的抗變形能力。
混合料通常是由較硬設細骨料級配和耐磨的具有高砂當量的骨料組成,特別是微觀封層和聚合物改性封層這種情況極大地增加了路面的強度和完整性。這使路面具有高磨損阻力和極好的變形阻力。
乳化瀝青乳液也容易在移動的稀漿封層攤鋪機上使用,在該機器上進行拌和及運用摻加劑進行化學控制來滿足養護的需要。