陳憲宏 孫立夫

（湖南大學(xué) 材料學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙  410082）

摘要：本文通過(guò)采用SBR膠乳為改性劑、三種不同種類(lèi)的乳化劑以及它們的復(fù)配乳化劑制備

SBR改性乳化瀝青，并測(cè)試了SBR改性乳化瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性以及性能。得到了以下結(jié)論：液/非復(fù)合乳化劑(7∶3)制備SBR改性乳化瀝青，乳液質(zhì)量最好；各種不同的乳化劑和復(fù)合乳化劑以及存儲(chǔ)的溫度對(duì)SBR

改性乳化瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性有很大影響，液/非復(fù)合乳化劑(7∶3) 所制備的SBR改性乳化瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性較好，并且常溫25℃最為適合。

關(guān)鍵詞：SBR；改性；乳化瀝青；溫度穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ047.5  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A          文章編號(hào)：1673-2219（2007）03-0110-03 

隨著交通事業(yè)的繁榮，公路的車(chē)流量與重載車(chē)輛迅速增加，其路面磨耗較以前大大加劇，導(dǎo)致公路在使用年限內(nèi)較早出現(xiàn)病害。為了提高路面的質(zhì)量，延長(zhǎng)公路的使用壽命，對(duì)路面早期病害的防治便變得刻不容緩。大量研究與事實(shí)表明乳化瀝青具有節(jié)能、施工方便和環(huán)境污染小等等特點(diǎn)，人們深刻地認(rèn)識(shí)到發(fā)展和應(yīng)用乳化瀝青技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)公路的修筑（微表處）

要求的可取途徑，并且在公路的維修養(yǎng)護(hù)中具有很大的發(fā)展?jié)摿?/span>[1]。然而用于路面修補(bǔ)的普通乳化瀝青與聚合物改性乳化瀝青存在一些缺陷，表現(xiàn)為隨著季節(jié)的變化，尤其是陽(yáng)光的照射，使其老化速度加劇，使用性能急劇降低；此外，與集料粘附性差等原因，使之難以滿(mǎn)足目前的使用要求。因此，尋求一種新的乳化瀝青改性方法就顯得很有意義。

苯橡膠（SBR）是丁二烯和苯乙烯的共聚物，其中丁二烯可以順式－1，4結(jié)構(gòu)，反式－l，4結(jié)構(gòu)和1，2結(jié)構(gòu)存在于分子鏈中。丁苯膠乳是綜合性能較好的通用性合成膠乳，它的薄膜物理機(jī)械性能雖然比天然橡膠膠乳要低很多。丁苯膠乳與瀝青摻配制備的丁苯橡膠膠乳改性乳化瀝青具有良好的熱穩(wěn)定性和耐久性，因此被廣泛應(yīng)用于道路工程中的材料改性。

本論文通過(guò)采用SBR膠乳為改性劑、三種不同種類(lèi)的乳化劑以及它們的復(fù)配乳化劑制備SBR改性乳化瀝青，并測(cè)試了SBR改性乳化瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性以及性能。

1 實(shí)  驗(yàn) 

1.1 原料

 瀝青：廣州高富70#瀝青。

改性材料：SBR膠乳，固含量40%，乳白色液體，齊魯石化公司生產(chǎn)。

 乳化劑：

（1）液體乳化劑：季銨鹽陽(yáng)離子乳化劑，快裂慢凝型，褐色粘稠液體，有效成分45%；

（2）固體乳化劑：陽(yáng)離子乳化劑，土黃色固體，有效成分95%；

（3）非離子乳化劑：OP-10，非離子乳化劑，透明液體，有效成分99.5%。

1.2主要實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

本研究所用到的主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器有：電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9240A）、電子天平（BS110S）、膠體磨乳化機(jī)（RH-3）、電腦瀝青針入度儀（IQZR—2）、瀝青延度實(shí)驗(yàn)器（SYD—4508C）、瀝青軟化點(diǎn)儀（SYD—2086）、光學(xué)顯微鏡（BX51/BX52）、示差掃描量熱分析儀（DSC 2910）。

1.3 SBR改性乳化瀝青制備方案與工藝

 采用油水質(zhì)量比為6∶4，改變?nèi)榛瘎┖?/span>SBR膠乳的用量，通過(guò)對(duì)比乳化效果得到最佳配比（即SBR加入量固定時(shí)能夠順利進(jìn)行乳化的最小乳化劑用量），從而達(dá)到降低成本、獲得最佳性?xún)r(jià)比的目的。

經(jīng)過(guò)前期探索實(shí)驗(yàn)可知，溫度對(duì)乳化劑的乳化能力影響很大。制備改性乳化瀝青時(shí)，溫度高固然容易乳化，但溫度過(guò)高時(shí)乳液中微粒的布朗運(yùn)動(dòng)加劇，互相之間的碰撞劇烈，瀝青/橡膠微粒表面的乳化劑界面膜易受破壞，造成體系破乳。此外，溫度太高還會(huì)致使乳液中水分蒸發(fā)過(guò)多，使制備的乳液表面結(jié)皮和乳化泡沫增多，嚴(yán)重影響改性乳化瀝青的質(zhì)量。溫度過(guò)低，瀝青粘度就會(huì)過(guò)大，乳化過(guò)程不易進(jìn)行，瀝青/橡膠微粒粒徑分布很寬[2]。本文確定，熱熔瀝青溫度在140℃，乳化劑與SBR膠乳混合水溶液溫度為40℃左右時(shí)乳化效果較好。

1.4 改性乳化瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性觀察

將改性乳化瀝青裝入直徑6cm，高10cm的塑料杯中，每隔一定時(shí)間（12h）觀察一次杯中乳液的表面結(jié)膜和體系的破乳現(xiàn)象。 

1.5改性乳化瀝青篩上剩余量試驗(yàn)

 稱(chēng)量潔凈的濾篩（篩孔為1.18mm）及潔凈金屬盤(pán)質(zhì)量總質(zhì)量m1；在一燒杯中稱(chēng)取攪拌均勻的改性乳化瀝青試樣質(zhì)量為m，將篩網(wǎng)用蒸餾水潤(rùn)濕后支在空的燒杯上，再將燒杯中的乳液試樣邊攪拌邊徐徐注入篩內(nèi)過(guò)濾。在過(guò)濾暢通的情況下，篩上乳液試樣僅保留意薄層，如發(fā)現(xiàn)篩孔有堵塞或過(guò)濾不暢時(shí)，用手輕輕拍打篩框。待試樣全部過(guò)濾后，用蒸餾水多次清洗稱(chēng)取乳液的燒杯，并將洗液過(guò)篩，再用蒸餾水沖洗濾篩，直至過(guò)濾的水完全清潔位置。將濾篩置于金屬盤(pán)中，并置于105℃烘箱中烘干2~4h。取出濾篩后，連同金屬盤(pán)一起置于干燥器中冷卻至室溫稱(chēng)其質(zhì)量m2。根據(jù)公式（1）計(jì)算篩上剩余量P。

P =[(m2-m1)/m]*100%                         （1）

式中：P ——篩上殘留物含量（%）

M ——乳化瀝青試樣質(zhì)量（g）

 m1——濾篩及金屬盤(pán)質(zhì)量（g） 

m2——濾篩、金屬盤(pán)與篩上殘留物合計(jì)質(zhì)量（g）

2結(jié)果 

2.1乳化劑的選擇

2.1.1不同種類(lèi)乳化劑和復(fù)合乳化劑的乳化能力

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)的探索，得到采用不同種類(lèi)的乳化劑和復(fù)合乳化劑可以成功制備改性乳化瀝青的最低乳化劑用量的數(shù)據(jù)，以此來(lái)評(píng)價(jià)乳化劑得乳化能力。結(jié)果見(jiàn)表2.3（將用慢裂快凝型液體陽(yáng)離子與非離子乳化劑OP-10按質(zhì)量7∶3配制的復(fù)合乳化劑簡(jiǎn)記為“液/固（7∶3）”，其他乳化劑也采用類(lèi)似記法）。

表1 制備不同改性劑含量改性乳化瀝青時(shí)各種乳化劑的最小用量

乳化劑  0%SBR 1%SBR 3%SBR 5%SBR 7%SBR  9%SBR

液體    0.5% 0.7% 1.5% 2.5%        3%     4% 

固體     0.7%     1% 2% 3% 4% 6% 

液/固(7:3) 0.5% 0.7% 1.5%       2%   2.5%   3.5%

液/非(9:1) 0.5% 0.7%  1%        1.5% 2.5%   3.5%

液/非(7:3) 0.5%  0.7% 1% 1.5% 2%            3% 

由表1可知，乳化同等SBR含量的改性乳化瀝青，液/非復(fù)合乳化劑(7∶3)用量最少，乳化能力最好。固體乳化劑的用量最大，乳化能力較差。

 2.1.2乳化劑對(duì)SBR改性乳化瀝青篩上剩余量的影響

     篩上剩余量是衡量乳化瀝青的質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，它反映了乳化瀝青的乳化效果。根據(jù)表2中最低乳化劑用量制備改性乳化瀝青，根據(jù)式（1）計(jì)算其篩上剩余量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2.4。

     由表2可知，不論采用何種乳化劑，隨著SBR含量的增大，改性乳化瀝青的篩上剩余量是逐漸增大的；在SBR含量相同的情況下，液/非復(fù)合乳化劑(7∶3)制備的改性乳化瀝青的篩上剩余率最小，質(zhì)量較好。

表2 各種乳化劑制備的改性乳化瀝青的篩上剩余量

乳化劑  0%SBR  1%SBR  3%SBR  5%SBR  7%SBR  9%SBR

液體     0. 08%   0.16%  0.20% 0.25% 0.31%      0.56%

固體    0.08%    0.16%  0.26% 0.27% 0.35%      0.63%

液/固(7:3)0.08%    0.15%  0.22% 0.25% 0.32%      0.62%

液/非(9:1)0.07%    0.13%  0.17% 0.22% 0.28%      0.58%

液/非(7:3)0.07%    0.11%  0.18% 0.19% 0.28%      0.47%

2.2改性乳化瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性

 2.2.1乳化劑對(duì)改性乳化瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響

     分別采用不同種類(lèi)的乳化劑和復(fù)合乳化劑制備3%SBR含量的改性乳化瀝青，考察其在常溫下（25℃）的存儲(chǔ)穩(wěn)定性進(jìn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 常溫下不同種類(lèi)乳化劑對(duì)SBR改性乳化瀝青 存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響

乳化劑類(lèi)型    12h后表面結(jié)皮情況   3天后 破乳情況   5天后破乳情況

固體乳化劑    厚                   底部破乳        破乳嚴(yán)重

液體乳化劑    較厚                 未破乳          輕微破乳

液/固復(fù)合乳化

劑(7∶3)       較厚                 輕微破乳        底部破乳

液/非復(fù)合乳化

劑(7∶3)       輕微                 未破乳          未破乳

    由表3可知，采用液/非復(fù)合乳化劑(7∶3)乳化劑制備的SBR改性乳化瀝青，其存儲(chǔ)穩(wěn)定性最好。

2.2.2溫度對(duì)改性乳化瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響

     選取采用液/非復(fù)合乳化劑(7∶3)制備的3%SBR