乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青性能及微觀形態(tài)的影響課件

乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青性能

及微觀形態(tài)的影響

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)長(zhǎng)江西路66號(hào)“乳化瀝青創(chuàng)新技術(shù)與瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)”技術(shù)交流研討會(huì)2023/3/272問(wèn)題的提出●乳化過(guò)程是一種分散過(guò)程●乳化和破乳過(guò)程會(huì)引起相態(tài)和聚集態(tài)的變化●聚集態(tài)的變化會(huì)影響到瀝青尤其是改性瀝青微觀形態(tài)和宏觀性質(zhì)的變化2023/3/273主要內(nèi)容●SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青的制備●化學(xué)改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●物理改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●結(jié)語(yǔ)改性瀝青制備方法（化學(xué)改性）

熱瀝青中加入SBS和穩(wěn)定劑，利用高速剪切機(jī)的剪切作用，使改性劑和穩(wěn)定劑分散到基質(zhì)瀝青中，剪切后在烘箱中發(fā)育(和消泡)，之后測(cè)定其性質(zhì)。（通過(guò)考察和優(yōu)化確定工藝條件）改性瀝青制備方法（物理改性）

方法（1），以上方法不加穩(wěn)定劑。方法（2），加膠乳法，乳化時(shí)同時(shí)加入

或制備好乳化瀝青后加入

改性乳化瀝青的制備

乳化工藝條件為，改性瀝青溫度160～170℃（化學(xué)改性）、皂液溫度55℃、乳化劑用量(占乳液總量)為2.0%，皂液pH=2.0，油水比為60:40。（通過(guò)考察和優(yōu)化確定工藝條件）

實(shí)驗(yàn)用瀝青4種AH-70中海36-1、遼河、齊魯、加德士表1四種AH-70瀝青的四組分分析(方法：SH/T0905)組分中海油SZ36-1中石化齊魯中石油遼河加德士飽和分(S)/%23.315.217.114.4芳香分(A)/%35.047.041.445.0膠質(zhì)(R)/%35.428.229.630.1瀝青質(zhì)(At)/%6.39.611.910.5中海油AH-70：S、R含量max；A和AT含量min；另三種瀝青各組分含量較為接近，特別是齊魯和加德士瀝青的組分含量。表2SBS改性瀝青的主要技術(shù)要求指標(biāo)單位SBS類(I類)實(shí)驗(yàn)方法I-AI-BI-CI-D針入度(25℃，100g，5s)0.1mm﹥10080-10060-8030-60T06045℃延度，不小于cm50403020T0605軟化點(diǎn)，不小于℃45505560T0606彈性恢復(fù)(25℃)，不小于%55606575T0662貯存穩(wěn)定性(48h軟化點(diǎn)差)，不大于℃2.5T0661試驗(yàn)項(xiàng)目單位BCR試驗(yàn)方法破乳速度--慢裂T0658粒子電荷--陽(yáng)離子(＋)T0653篩上剩余量(1.18mm)，不大于%0.1T0652恩格拉粘度E25--3～30T0622蒸發(fā)殘留物含量，不小于%60T0651針入度(100g，25℃，5s)0.1mm40～100T0604軟化點(diǎn)，不小于℃53T0606延度(5℃)，不小于cm20T0605貯存穩(wěn)定性1天，不大于%1T06555天，不大于%5T0655JTGF40-2004JTJ052-2000此外，還測(cè)定了乳化瀝青的粒度。對(duì)改性瀝青和改性乳液殘留物進(jìn)行了紅外、核磁共振氫譜、差示掃描量熱和微觀形態(tài)等測(cè)定分析。性能及微觀形態(tài)分析表3改性乳化瀝青技術(shù)要求2023/3/2710目錄●SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青的制備●化學(xué)改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●物理改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●結(jié)語(yǔ)表4SBS改性乳化瀝青的基本性能改性瀝青編號(hào)ZH3%LH2%LH3%QL3%JDS3%JDS3%WL瀝青種類中海油SZ36-1中石油遼河中石油遼河中石化齊魯日本加德士日本加德士改性瀝青組成SBS含量/%323333相容劑含量/%200022穩(wěn)定劑MDA含量/%0.2650.2650.2650.2650.2650破乳速度慢裂慢裂慢裂慢裂慢裂慢裂粒子電荷++++++篩上剩余物含量/%0.1000.20.20.1恩格拉粘度E25657454蒸發(fā)殘留物含量/%646265636562針入度/0.1mm486461546356軟化點(diǎn)/℃59.553.964.979.779.949.05℃延度/cm201823213222貯存穩(wěn)定性1天/%1.04.01.06.33.35.05天/%2.914.44.419.97.019.9對(duì)比技術(shù)規(guī)范JTGF40-2004BCR要求合格不合格合格不合格不合格不合格化學(xué)改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)

改性乳化瀝青性能分析圖4遼河聚合物改性乳化瀝青粒度分布曲線

表5遼河SBS改性乳化瀝青粒徑分析項(xiàng)目S.S.A/m2?gD[3,2]/μmD[4,3]/μmD(V,0.1)/μmD(V,0.5)/μmD(V,0.9)/μm2%SBS含量1.04742.396.020.993.6013.903%SBS含量1.21922.0116.220.882.8010.54乳液粒徑較小,主體粒徑小于4um。乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青性能的影響圖5乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響

圖6乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青25℃針入度的影響

乳化后，除LH之外，MA的軟化點(diǎn)均降低2.4%-7.4%。乳化劑的影響不可忽視（前期研究）。LH3%MA的軟化點(diǎn)升高乳化后，針入度或增或減，規(guī)律性不強(qiáng)。顆粒聚集、乳化劑的存在會(huì)有相反的影響結(jié)果。圖7乳化環(huán)節(jié)對(duì)改性瀝青材料5℃延度的影響

乳化后，MA的延度均降低(大于30%)。是SBS顆粒聚集和乳化劑共同作用的結(jié)果。乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青性能的影響

乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青微觀形態(tài)的影響圖10改性瀝青樣品JDS3%乳化前后FTIR譜圖

由乳化前后，JDS3%MA的FTIR譜圖中，丁二烯段(966cm-1)和苯乙烯段（699cm-1）的特征吸收峰強(qiáng)度比值可知，乳化過(guò)程改性瀝青未發(fā)生化學(xué)變化?；瘜W(xué)改性乳化瀝青微觀形態(tài)分析表6改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物各類氫的含量/%樣品編號(hào)ZH3%LH3%QL3%JDS3%JDS3%WLHa實(shí)測(cè)值3.5476.4226.0464.0183.260理論值3.8725.9593.7124.1293.164差值-0.3250.4632.334-0.1110.096Hα實(shí)測(cè)值12.70513.40015.88314.59013.248理論值14.66716.12717.01518.04216.299差值-1.962-2.727-1.132-3.452-3.051Hβ實(shí)測(cè)值62.44259.82159.92161.80462.302理論值62.26760.87164.23062.42963.212差值0.175-1.050-4.308-0.625-0.910Hγ實(shí)測(cè)值20.79319.75517.30918.97620.633理論值20.85818.49416.61316.99918.733差值-0.0651.2610.6961.9771.900假設(shè)乳化前后，未發(fā)生化學(xué)變化，將原料各類質(zhì)子含量線性加和作為理論值。理論值與實(shí)測(cè)值較為接近，乳化環(huán)節(jié)對(duì)氫質(zhì)子的類型沒(méi)有影響。說(shuō)明乳化過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青微觀形態(tài)的影響核磁共振氫譜圖11加德士改性瀝青乳化前后的DSC曲線

乳化前后，除在120℃附近稍有差別外，出峰位置基本一致。相比改性瀝青，乳化后，DSC曲線計(jì)算的總吸熱量略有增加，說(shuō)明改性瀝青的熱穩(wěn)定性有所下降，這和離析試驗(yàn)的結(jié)果是一致的。圖12LH3%乳化前后熒光顯微照片(放大400倍)

乳化后，改性瀝青材料中的SBS發(fā)生聚集。乳化過(guò)程使得游離SBS發(fā)生聚集。乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青微觀形態(tài)的影響總之，乳化后，改性瀝青的性能下降，表現(xiàn)在軟化點(diǎn)和延度降低，離析度增大，熱貯存穩(wěn)定性下降；但乳化過(guò)程未有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，僅僅是游離SBS顆粒發(fā)生聚集態(tài)變化。乳化過(guò)程對(duì)改性瀝青微觀形態(tài)的影響2023/3/2722目錄●SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青的制備●化學(xué)改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●物理改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●結(jié)語(yǔ)乳化工藝條件：瀝青溫度140℃，混合液溫度55℃混合液pH=2.0，油水比為：62:38乳化劑在乳液中的劑量為1.6%圖14同時(shí)乳化改性法工藝流程圖乳化劑SBS改性乳化瀝青熱瀝青乳化混合液SBS膠乳德國(guó)HerbertRinkAF-90H/2S-12型膠體磨

同時(shí)乳化改性(物理改性)

圖15SBS劑量對(duì)乳液蒸發(fā)殘留物PI的影響

圖16含SBS聚合物乳液蒸發(fā)殘留物熒光顯微鏡分析SBS劑量增加，PI先增加后略降低4%劑量時(shí)PI最大乳化劑物理改性，殘留物中出現(xiàn)明顯的大顆粒。3.5%、4.0%劑量時(shí)，SBS顆粒在殘留物中分散較好，這與乳液性能分析結(jié)果一致。SBS改性乳化瀝青性能分析（物理改性）殘留物

圖173.5%SBS劑量乳液蒸發(fā)殘留物FTIR譜圖圖185.0%SBS劑量乳液蒸發(fā)殘留物FTIR譜圖

與圖10中特征吸收峰的位置和峰形基本一致。5%劑量下，SBS的966cm-1、757cm-1及699cm-1處峰強(qiáng)度較大。SBS改性乳化瀝青性能分析（物理改性）殘留物

2023/3/2729目錄●SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青的制備●化學(xué)改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●物理改性乳化瀝青的性能及微觀形態(tài)●結(jié)語(yǔ)（1）制備SBS改性乳化瀝青時(shí)，乳化過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，僅有SBS聚集態(tài)變化。因此乳化過(guò)程的影響，主要是因?yàn)镾BS聚集態(tài)變化對(duì)蒸發(fā)殘留物的影響。（2）乳化過(guò)程對(duì)物理改性影響大，對(duì)化學(xué)改性影響小。表現(xiàn)在物理改性乳化瀝青中SBS顆粒明顯大于化學(xué)改性乳化瀝青中SBS顆粒。（3）化學(xué)改性瀝青經(jīng)乳化后，微觀形態(tài)主要表現(xiàn)在SBS顆粒聚集體的變化，其宏觀性能（常規(guī)指標(biāo)）有較大程度的降低，包括延度減小、軟化點(diǎn)和彈性回復(fù)率下降，離析度升高等。（4）采用同時(shí)改性乳化法（物理改性）制得改性乳化瀝青性能分析結(jié)果表明：隨SBS劑量增加，改性乳化瀝青殘留物軟化點(diǎn)和5℃延度增加，針入度減小，達(dá)到一定用量時(shí)性能趨于穩(wěn)定（常規(guī)指標(biāo)）。不同類型瀝青制得的改性乳化瀝青，SBS顆粒均有聚集。對(duì)不同的物理改性方式的影響不同（如軟化點(diǎn)