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乳化沥青.ppt

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乳化沥青 乳化沥青 乳化沥青的发展过程1 沥青的乳化剂和乳化原理2 4 3 乳化沥青的检验标准和检验方法 乳化沥青在道路工程中的应用 乳化沥青的发展过程 v1.概念 一种物质以多个分子形成的集合体(微粒)的形式,分 散在另一种物质中,形成相对稳定的混合物,这一过程就叫 做乳化,形成的混合物叫做乳液。 水 油 水 油 乳化沥青的发展过程 1.概念 将沥青加热融化,在机械的作用下,使沥青以微小的 颗粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中,形成一种水包油 状的,相对稳定的乳液,叫做乳化沥青。 乳液: 油包水型 水包油型√ 普通乳液√(1—20) 精细乳液(0.01-0.05) 水 油 油 水 油包水型 水包油型 乳化沥青的发展过程 v乳化沥青的使用范围 表面处治沥青再生其他 雾状封层 砂封层 稀浆封层 微表处 开普顿封层 现场冷拌和 现场热拌和 全厚度再生 场拌 土壤稳定 透层 基层稳定 保护层 填坑 裂缝填补 粘层 贯入式 防尘剂 乳化沥青的发展过程 2.乳化沥青的发展 20世纪初 开始 喷洒防尘 20世纪20年代 应用于道路 20世纪30年代-50年代中期 乳化沥青用量 缓慢增长 1953年起 乳化沥青用量开始稳定上升 近30年来 乳化沥青迅速发展 乳化沥青的发展过程 3.乳化沥青在我国的发展 建国前 少量应用 建国初 停止 1978年交通部成立了“阳离子乳化沥青 路用性能研究”课题协作组 开始推广 1985左右 许多省市开始应用 90年代中期至今 在我国迅速普及应用 近几年 改性乳化沥青技术开始发展和应用 乳化沥青的发展过程 4.乳化沥青的未来发展 (1)使用量将越来越大 随着路网的逐渐形成与完善,低等级道路的升级要求, 乳化沥青使用量将越来越大;随着环保意识的增强和能源的 逐渐紧张,乳化沥青占沥青的比例也将越来越大。 (2)使用范围越来越广 乳化沥青的使用,除了新建道路外,更重要的应用领域 是预防性养护和矫正性养护。 (3)质量越来越高 随着配方技术、乳化技术、胶体磨技术的不断发展,乳 化沥青更趋于专用化,这有利于发展施工工艺和路面质量的 提高。 乳化沥青的发展过程 5.乳化沥青的特点及社会经济效益 扩大沥青适用范围提高道路质量 节省材料节约能源 延长施工季节 优点 减少环境污染,改 善施工条件 乳化沥青的发展过程 v 各种路面结构沥青用量的比较 路面结构形式热沥青用量乳化沥青节约沥 青(%) 用量折合沥青用量 简易封层(1cm)1.0-1.2kg/m21.2-1.4kg/m20.72-0.84kg/m230 表面处治(拌和 2cm) 3.0-4.5 %4.0-7.0 %2.4-4.2 %12 多层表处(层普 3cm) 4.0-4.6kg/m24.8-5.4kg/m22.88-3.24kg/m228 贯入式(4cm)4.4-5.1kg/m26.0-6.8kg/m22.4-4.08kg/m211 沥青碎石2.5-4.5 %3.5-6 %2.1-3.6 %20 中粒式混凝土4.0-5.5 %6.0-8.0 %3.6-4.8 %12 细粒式混凝土4.5-6.5 %6.5-9.5 %3.9-5.7 %13 粘、透层油0.8-1.2kg/m20.8-1.2kg/m20.48-0.72kg/m240 乳化沥青的发展过程 v乳化沥青车间与热沥青车间环境对比 检测项目乳化沥青车间热力青车间降低倍数 苯并(a)吡2.0×10-51.49×10-47.4 酚0.0233.14136 总烃2.522.279 乳化沥青的发展过程 应当认识到: 1.乳化沥青不是热沥青的替代品,各有其优缺点,互相 补充,相辅相成。 2.有一定的适用范围和方法,不是万能的,必须科学地 使用乳化沥青。 3.其技术含量很高,必须掌握它的内在规律,才能真正 发挥出它独特的作用。 4.乳化沥青技术发展至今还不十分完善,许多技术方面的 问题还需要我们做进一步研究和探讨。 总的来说 乳化沥青是一种节约、安全、环保、有效且通用的道路材 料系统。 沥青的乳化剂和乳化原理 一、表面活性剂 分子内含有亲水基和亲油基,能够降低液体的表面张力 和不相容两液面间的界面张力的物质,叫做表面活性剂。 表面活性剂分子的特殊结构 亲油基 C-H结构 非极性 与油相似 易溶于油 亲水基 离子或相似离子结构 极性 与水相似 亲油基 亲水基 沥青的乳化剂和乳化原理 v表面活性剂的基本性质 1、胶束的形成 当表面活性剂溶于水后,它的亲水基一端可溶于水,而 亲油基的一端有排斥水的趋势,这样,表面活性剂分子就会 在水溶液的表面或油水界面,采取一种定向的排列。 水 油 沥青的乳化剂和乳化原理 2、表面张力与表面活性剂浓度之间的关系 0.20.40.60.8 10 80 90 70 60 50 40 30 20 表面活性剂浓度(%) 表面张力(N/m) 沥青的乳化剂和乳化原理 2、表面张力与表面活性剂浓度之间的关系 1、极稀溶液 2、稀溶液 3、临界胶束浓度4、大于临界 胶束浓度 沥青的乳化剂和乳化原理 2、表面张力与表面活性剂浓度之间的关系 v 表面活性剂溶液,只有当其浓度高于临界胶束浓度的时候, 才能显示其作用。 v 临界胶束浓度不是一个特别明显的界限,所以临界胶束浓度 应看作是一个范围,它不是一个精确的点。 v 表面活性剂的临界胶束浓度都很低,一般为0.001- 0.02mol/L,即0.02%-0.04%。 v 沥青乳化剂是表面活性剂的一种,它也遵循上述规律。 沥青的乳化剂和乳化原理 3.表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB) (1)概念 规定:石蜡的HLB=0 (亲水性最差) 油酸的HLB=1 油酸钾的HLB=20 烷基硫酸钠的HLB=40 (亲水性最好) 其他的表面活性剂的HLB值,用乳化试验的乳 化效果来确定。 沥青的乳化剂和乳化原理 (2)HLB值的计算 HLB=20(1-M0/M) MO—亲油基的分子量 M—表面活性剂的分子量 HLB=7+∑(亲水基团数)- ∑(亲油基团数) HLB混=∑(HLB单×质量%) 沥青的乳化剂和乳化原理 (3)HLB值的作用 大体判断该表面活性剂的水溶性 HLB值表面活性剂的水溶性 1-4在水中基本不能分散 3-6在水中分散不完全 6-8加以搅拌即能分散 8-10分散液稳定 10-13具有透明感的分散 13透明溶液 沥青的乳化剂和乳化原理 大体判断其作用 03579 1012151820 消泡作用 乳化作用 油包水W/O 渗透作用增容作用 洗涤作用 乳化作用 水包油O/W 沥青的乳化剂和乳化原理 v大体判断其用途 HLB值工业中的用途 3-6乳化剂(W/O) 7-9湿润剂 8-18乳化剂(O/W) 13-15洗涤剂 15-18增溶剂(加溶剂) 沥青的乳化剂和乳化原理 二、沥青乳化剂 1.概念 用于沥青乳化的表面活性剂,一般叫做沥青乳 化剂。 1、沥青乳化剂具有表面活性剂的基本特性。 2、表面活性剂有几千种之多,但可用于沥青乳 化的表面活性剂只有很少一部分。 3、沥青乳化剂的HLB值一般在8-18之间。 沥青的乳化剂和乳化原理 2.沥青乳化剂的类型 按离子的类型分类 离子型乳化剂 阳离子型乳化剂 非离子型乳化剂 两性离子型乳化剂 阴离子型乳化剂 - + +/- 沥青的乳化剂和乳化原理 沥青 - - - - - - - - 乳化剂与沥青微粒的结合形式 沥青 + + + + + + + + 阴离子乳化剂阳离子乳化剂 沥青的乳化剂和乳化原理 v按亲水基的种类分类 (1)阴离子乳化剂 R-COONa 羧酸盐 RSO3Na 磺酸盐 ROSO3Na 硫酸脂盐 ROPO3Na 磷酸脂盐 (2)阳离子型乳化剂 R-NHCH2CH2CH2NH2 烷基胺 R-NH2HCl 伯胺盐 R-NH2(CH3)Cl 仲胺盐 R-NH(CH3)2Cl 叔胺盐 R-N(CH3)4Cl 季胺盐 沥青的乳化剂和乳化原理 按亲水基的种类分类 (3)两性离子型乳化剂 R-NHCH2CH2COOH 氨基酸型 R-N(CH3)2CH2COOH 甜菜碱型 (4)非离子型乳化剂 R-O-(CH2CH2O)n-H 聚氧乙烯型 R-COOC(CH2OH)3 多元醇型 沥青的乳化剂和乳化原理 v按施工时的破乳速度分 慢裂型 中裂型 快裂型 慢裂快凝型 沥青的乳化剂和乳化原理 3.乳化剂的复配 单一的乳化剂,有时乳化效果不好,如果加入其他一些 乳化剂或者助剂则能达到较好的效果。 助剂加入达到的作用 生产出合格的乳化沥青 降低乳化沥青的生产成本 满足不同的施工要求 如果加入的物质属于乳化剂 第二乳化剂 如果加入的物质不属于乳化剂 添加剂或助剂 沥青的乳化剂和乳化原理 (1)复合乳化剂 1、阳-阳复配 2、阳-非复配 3、阴-阴复配 4、阴-非复配 (2)稳定剂或助剂的加入 1、无机类助剂 2、增稠剂 3、调酸碱类助剂 沥青的乳化剂和乳化原理 4.乳化剂对乳化沥青性能的影响 (1)乳化剂对沥青性能的影响 原沥青延度与乳化沥青蒸发残留物延度的实验对比 乳化剂编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 原沥青粘度(cm)92.0 60.0 80.0 100 100 100 100 100 98.0 蒸发残留物(cm)30.0 25.0 38.0 51.0 55.0 69.0 69.0 100 100 延度降低率(%)67.4 58.3 52.5 49.0 45.0 31.0 4.0 0 -2.0 沥青的乳化剂和乳化原理 (2)乳化沥青的起泡性 防止起泡:生产和运输过程中,输送液体时,将管子插到 容器底部,也可加入消泡剂消泡,但会增加成本。 (3)乳化剂对储存稳定性的影响 用不同的乳化剂生产的乳化沥青,其稳定性不同。一般情 况下乳化剂用量越多,乳液的稳定性越好 (4)乳化剂对破乳速度的影响 影响破乳速度的因素很多,最主要的是乳化剂的结构。阴 离子乳化剂多数为慢裂乳化剂,阳离子乳化沥青的破乳速度 趋于加快。 乳化剂用量大,破乳速度就慢,乳化剂的用量小,则破乳 速度加快。 沥青的乳化剂和乳化原理 三、沥青的乳化原理 乳化剂连接了沥青与水两种互不相溶的体系,降低了沥 青与水界面的表面张力,使沥青能够以微小的颗粒状态分散 于水溶液中,形成相对稳定的混合物。 乳化沥青的必要条件 1.沥青 2.水 3.乳化剂 4.稳定剂 减少乳化剂用量,降低成本。提高乳液的稳定性 。有些乳化剂,需调酸才可使用。 沥青的乳化剂和乳化原理 v乳化沥青的性质 1、常温下,乳化沥青是一种黑色或棕黑色的易流 动的液态混合物。 2、乳化沥青由沥青、水、乳化剂三种基本成分组 成。 3、沥青以微粒的形式分散(或悬浮)于水溶液中 。 4、乳化沥青是一个不稳定的体系,在某些条件改 变时会破乳析出沥青。 5、乳化沥青是一种水包油状的乳液。 乳化沥青的检验标准和检验方法 一、乳化沥青的分类 根据乳化沥青的电离属性,分为: n 阳离子乳化沥青 n 阴离子乳化沥青 n 非离子乳化沥青 根据乳化沥青的破乳成型速度,分为: n 快裂型,中裂型,慢裂型 根据使用用途不同,可分为: n 喷洒用,如透层,粘层; n 拌和用,如稀浆封层,微表处,冷拌沥青混合料 喷洒粘层油 微表处 乳化沥青的检验标准和检验方法 一、乳化沥青的分类 我国规范规定乳化沥青按施工用处分类 种类用处 贯入洒布 用 PC-1 PA-1 表面处治及贯入式洒布用 PC-2 PA-2 透层油用 PC-3 PA-3 粘层油用 拌和用BC-1 BA-1 拌制粗粒式沥青混合料用 BC-2 BA-2 拌制中粒式及细粒式沥青混合 料用 BC-3 BA-3 拌制砂粒式沥青混合料及稀浆 封层用 (注:P—喷洒或洒布 B—拌合 C—阳离子 A—阴离子) 乳化沥青的检验标准和检验方法 分类品种及代号适用范围 阳离子乳化沥青PC-1表处、贯入式路面及下封层用 PC-2透层油及基层养生用 PC-3粘层油用 BC-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用 阴离子乳化沥青PA-1表处、贯入式路面及下封层用 PA-2透层油及基层养生用 PA-3粘层油用 BA-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用 非离子乳化沥青PN-2透层油用 PN-1与水泥稳定集料同时使用(基层路 拌或再生 乳化沥青品种及适用范围 乳化沥青的检验标准和检验方法 道路用乳化沥青技术要求 二、乳化沥青检验标准 PC-1 PA-2 PC-2 PA-2 PC-3 PA-3 BC-1 BA-1 BC-2 BA-2 BC-3 BA-3 筛上剩余量 不大于( %) 0.3 电 荷阳离子带正电(+)、阴离子带负电(-) 破乳速度试验 快裂慢裂快裂中或慢裂慢裂 粘 度 沥青标准粘度计 C25,3(s) 恩格拉度 E25 12-45 3-15 8-20 1-6 12-100 3-40 40-100 15-40 蒸发残留物含量不小于 (%) 60 505560 种类 项目 乳化沥青的检验标准和检验方法 道路用乳化沥青技术要求(续) PC-1 PA-2 PC-2 PA-2 PC-3 PA-3 BC-1 BA-1 BC-2 BA-2 BC-3 BA-3 蒸发残留物性质 针入度(100g,25℃,5s )(0.1mm) 80- 200 80- 300 60- 160 60- 200 60- 300- 80- 200 残留物延度比(25℃) 不小于(%) 80 溶解度(三氯乙烯) 不小于(%) 97.5 贮存 稳定性 5d 不大于(%) 5 1d 不大于(%) 1 与矿料的粘附性, 裹覆面积不小于 2/3 种类 项目 乳化沥青的检验标准和检验方法 道路用乳化沥青技术要求(续) PC-1 PA-2 PC-2 PA-2 PC-3 PA-3 BC-1 BA-1 BC-2 BA-2 BC-3 BA-3 粗粒式集料拌和试验 -均匀 - 细粒式集料拌和试验 -均匀 水泥拌和试验,1.18mm 筛上剩余量不大于(%) -5 低温贮存稳定度(-5℃ ) 无粗颗粒或结块 用处 表面 处治 及贯 入式 洒布 用 透层 油用 粘层 油用 拌制 粗粒 式沥 青混 合料 拌制 中粒 式及 细粒 式沥 青混 合料 拌制砂 粒式沥 青混合 料及稀 浆封层 种类 项目 乳化沥青的检验标准和检验方法 乳化沥青的检验标准和检验方法 三、乳化沥青各项评价方法和评价指标 1.乳化沥青筛上剩余量试验 检验乳化沥青中是否有未乳化的沥青颗粒或结块。 评价指标:筛上剩余量 我国《公路沥青路面施工技术规范》规定用1.18mm筛,要 求筛上剩余量不超过0.3%。 乳化沥青的检验标准和检验方法 2.乳化沥青蒸发残留物含量试验 检验乳液中实际的沥青含量 评价指标:蒸发残留物含量 含量过高,乳液粘度变大,储存稳定性不好,不利于施 工和储存;含量过低,乳液粘度变小,容易流失,不能保证 油石比,增加乳液的运输费,相对提高了乳化剂的用量,得 不到理想的经济效益。 3.乳化沥青的粘度试验 我国采用道路沥青标准粘度计或恩氏粘度计测定乳液的 粘度 乳化沥青的检验标准和检验方法 4.乳化沥青与矿料的粘附性试验 测定乳液薄膜与石料表面的粘附性,以评定其粘结力及 抗水剥落的性能。 对阳离子和阴离子采用了不同的方法。 1、阳离子乳化沥青的粘附性试验 2、阴离子乳化沥青的粘附性试验 5.乳化沥青储存稳定性试验 6.乳化沥青微粒离子电荷试验试验 确定沥青乳液为阳离子类型还是阴离子类型 在乳液中放两块电极板,通6V直流电,3min后,如负极 板吸附有大量沥青微粒,则沥青微粒带正电荷,乳液为阳离 子型,反之, 如正极板吸附有大量沥青微粒,则沥青微粒带 负电荷,乳液为阴离子型。 乳化沥青的检验标准和检验方法 乳化沥青的检验标准和检验方法 7.乳化沥青低温储存稳定性试验 8.乳化沥青水泥拌和试验 评价乳液与水泥拌合过程中,乳液凝结的情况。 9.乳化沥青破乳速度试验 乳液试样与规定级配的矿料拌合后,从矿料表面被乳液薄 膜裹覆的均匀情况,判断乳液的拌合效果,以鉴别乳液是属 于快裂、中裂、或慢裂类型。 影响乳液破乳速度的因素: (1)乳化剂的种类及用量 (2)气候 (3)矿料品质 (4)矿料级配 (5)外部荷载压力 乳化沥青的检验标准和检验方法 A组矿料拌合结果B组矿料拌合结果 破乳速 度 代号 混合料呈松散状态, 一部分矿料未裹覆沥 青,沥青分布不均匀 乳液中的沥青拌合后立即凝聚成团 块,不能拌合 快裂RS 混合料混合均匀 混合料呈松散状态,沥青分布不均 匀,并可见凝聚的固块 中裂MS 混合料呈糊状,沥青乳液分布均匀 慢裂SS 乳化沥青的检验标准和检验方法 10.乳化沥青与矿料的拌和试验 试样与规定级配的混合料在室温条件下拌和后,以矿料 裹覆乳液的均匀状态,来判断乳液类型的另一种方法。 11.乳化沥青蒸发残留物性质试验 检验沥青乳化之后和原沥青相比其性能有何变化。 12.乳液中沥青微粒直径的测定 乳液中沥青微粒直径的大小是乳液存储稳定性的重要因 素之一,也是检验乳化剂和乳化剂机械性能的重要指标。 13.乳液的PH值测定 确定乳液的酸碱度 测定乳液的PH值应使用酸度计 乳化沥青在道路工程中的应用 乳化沥青筑路的特点: 乳化沥青与矿料接触后,经过与矿料的粘附、破乳、析 水过程,然后乳液才恢复其沥青性能经过压实后可以基本 形 成稳定的路面,再经过行车的反复碾压,最后形成结实 的路面。 用乳化沥青筑路对路基和基层的要求 1. 具有足够的强度。 2.具有良好的稳定性。 3.干燥收缩和温度收缩变形较小。 4.表面平整、密实,拱度与面层一致,高程符合要求。 乳化沥青在道路工程中的应用 乳化沥青的应用 1.乳化沥青表面处治路面 2.乳化沥青贯入式路面 3.乳化沥青碎石混合料路面 4.乳化沥青混凝土路面 5.旧沥青路面材料冷再生 6.袋装常温沥青混合料 7.透层、粘层与封层 总结 一、乳化沥青的发展过程 乳化的概念 乳化沥青的定义 乳化沥青的特点 二、沥青的乳化剂和乳化原理 1.乳化剂:概念 乳化剂与表面活性剂的关系 乳化剂的分类与复配 乳化剂对乳化沥青性能的影响 2.乳化沥青:沥青的乳化原理 乳化沥青的必要条件 乳化沥青的性质 总结 三、乳化沥青的检验标准和检验方法 1.乳化沥青在施工中的分类及代号 (P—喷洒或洒布 B—拌合 C—阳离子 A—阴离子 N—非离子) 2.道路用乳化沥青的技术要求 3.乳化沥青各项评价方法和评价指标 四、乳化沥青在道路工程中的应用 1.乳化沥青筑路的特点 2.用乳化沥青筑路对路基和基层的要求 3. 乳化沥青的应用 结束!
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