在今年的两会上,与会代表提出“取消重大节假日高速公路免费通行政策,与此同时,全面降低高速公路收费标准”的建议,引起了大家的热议。高速公路已经与人们出行密不可分,影响高速公路质量的重要材料——沥青。
沥青乳液
沥青乳液不仅使沥青的加工和储存变得简单,也使得道路的铺设过程更为方便(1)。沥青乳液的物理、化学及应用性能在很大程度上取决于沥青、乳化剂和水的含量比,以及沥青乳液的粒径分布(2)。
常温下,沥青是不可加工的。因此,为了使沥青变的可加工,需采用不同的工艺对其处理。最常见的技术是将沥青加热到液态。另一种技术是将沥青加工成乳状液。然而,单纯将沥青和水混合在一起并不能形成一个稳定体系。因此,要根据具体的应用需求在沥青中添加一定的稳定剂和乳化剂。沥青乳液使用起来非常方便,同时也更容易对其储存、运输和进一步加工。
沥青乳液的优势及化学组成
沥青乳液的优势:
良好的润湿能力
低能源消耗和环境友好
可通过增塑剂对其改性
状态的多样性(如粘度)
沥青乳液的化学组成:
在沥青乳液中,沥青为分散相,水为连续相。为了保证能够乳化充分并形成稳定的颗粒,对乳化剂的选择变得十分重要。而粒径和乳化剂也同样会影响沥青乳液的加工性能和存储稳定性。
乳化剂分子附着在沥青颗粒的表面,使这些颗粒具有均匀的电荷。这导致颗粒间的静电斥力,从而阻止乳液颗粒在运输和储存过程中固化。根据电荷(正电荷或负电荷)的不同,可以将其分为阳离子或阴离子的沥青乳液。沥青乳液的应用取决于其电荷、沥青质量分数、乳化剂、水以及沥青乳液的粒径(2)。
实验
实验中选取四种不同的沥青乳液(样品1 - 4),固含量均为63%。实验分别研究了样品的粒径、电位及流变行为。
电位
zeta电位的测量采用安东帕Litesizer 500。样品经水稀释,pH 为8.6±0.2。实验中对电位的测量采用Ω样品池,分别对样品进行三次系列测试。
Litesizer 500
粒径
粒径分布(PSD)采用安东帕PSA 1090 L测定。实验设置为三次系列测量,水为流动相。样品分散不需要超声处理,搅拌和泵速分别设置为中速,遮光度设为10%,并采用夫琅和费近似理论对粒度分布进行计算。
PSA
流变行为
为了表征沥青乳状液的流变特性,采用Anton Paar公司的流变仪及其平板测量系统PP25对样品进行测试。实验中,对每个样品在25°C下的流变曲线和振幅扫描进行测量。流变曲线的剪切速率范围为0.01~100s -1,时间范围为100s~1秒。振幅扫描的角频率为10 rad / s,形变范围为0.01~100% 。
SmartPave
结果与讨论
zeta电位对稳定性的评估
通过对沥青乳液zeta电位的表征,可得到样品稳定性的相关信息。zeta电位值越高,体系越稳定。实验中的所有样品zeta电位均为负值,说明沥青乳状液为阴离子型。如表1所示。这说明热处理对沥青乳状液的稳定性没有影响。
样品加工性能的表征
实验中,对样品1和样品2的加工性能进行了比较。样品1比样品2的粒径分布更宽,同时包含了大颗粒和小颗粒(图1)。两个样品的D90值差异最为明显(表2)。
图2显示了样品的剪切速率粘度函数。样品1的小颗粒含量较少,与样品2(小颗粒含量较多)相比其表面积较小。较小的表面积说明颗粒和液体之间较小的界面,导致两相之间的摩擦力和相互作用力较小。从而造成较低的粘度,如图2所示。
样品的屈服应力也不同。样品1 (2.33 Pa)颗粒较大(图3),其屈服应力低于样品2 (15.99 Pa)。
质量控制
沥青配方及工艺参数对其最终产品的粘度均有影响,为了控制产品的粘度,可在生产过程中对工艺参数进行监测。例如,样品3和样品4在粘度上没有差异,但在加工后表现出不同的流变特性(图4)。
样品3的屈服应力为31.78 Pa,高于样品4的22.63 Pa。此外,样品3的损耗模量G”更高,这意味着它比样品4的粘性更大(图5)。
这些结果表明,沥青乳液样品的界面性质不同,可通过测量粒度分布来实现质量控制。表3和图6汇总了各个样品的粒径结果。
结论及参考文献
结论
实验展示了粒径对不同沥青乳液流变性能的影响。一般认为,沥青乳液的稳定性很好,同时具有以下特性:
粒径越小,粘度越大
粒径分布越宽,粘度越小
具有混合粒径的沥青乳液,比只有单一粒径的沥青乳液粘度更低
粒径分布影响样品的粘弹行为和屈服点
利用现代测量技术,有利于开发出黏度相对较低但固体含量较高的高稳定性沥青乳液。沥青乳液的屈服应力和粒径分布影响着沥青乳液的应用性能,因此对这些参数的分析具有重要的意
参考文献
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