SBS改性乳化沥青制备工艺的正交优化及应用

2012-06-12刘九竹沈国鹏吴鸣建

河南建材 2012年5期

刘九竹沈国鹏吴鸣建

郑州大学工学院（450002）

近年来，改性乳化沥青是国内外发展较快的一种新型材料，在道路工程中的应用日益广泛[1]。他是以沥青为基料，以高分子聚合物为改性材料，在一定的设备和工艺条件下，通过乳化剂和助剂的作用，使沥青、改性剂与水乳化成的乳液，既具有改性材料的优点，又保留着乳化沥青的特性，但在其制备技术上有一定难度[2]。对此，许多学者做了大量研究工作，而且取得了不少成果[3]。

以SBS为改性剂、OP-10为乳化剂制备改性乳化沥青，用正交设计优化了配方，测试了SBS改性乳化沥青的性能指标，确定了使SBS改性乳化沥青性能最优合理配比，制备出各项性能良好的改性乳化沥青，为工业生产提供了参考。

1 实验部分

1.1 原料和仪器

70#基质沥青,洛阳石化总厂；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS），北京金凯越改性材料有限公司；壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10）等。

高剪切乳化剂一台；

高速搅拌机一台，

其他实验设备（针入度仪、软化点仪、延度仪、稳定性测定仪、标准粘度仪等。

1.2 SBS改性乳化沥青的制备方法

采用对改性沥青进行乳化的方法制备SBS改性乳化沥青，主要工艺过程如下∶

1）将一定量的SBS颗粒置于一定量的正己烷中,溶胀2 h后搅拌1 h，得SBS溶液。

2）将一定量的切割成适当大小的块状70#基质沥青置于适量的正己烷中,搅拌使沥青完全溶解，得沥青液。

3）将一定量OP-10、蒸馏水及稳定剂[4]放入配料罐中加热搅拌至OP-10完全溶解，得乳化剂水溶液备用。

4）把SBS溶液和沥青液混合后高速搅拌制成改性沥青液。

5）把经过滤后的改性沥青液和乳化剂水溶液输送到乳化机中,在此过程控制乳化剂进料的流量、温度和压力,乳化30 min后减压蒸馏除去溶剂,制成稳定性较好的SBS改性乳化沥青[5]。

1.3 SBS改性乳化沥青的性能测试

严格执行2000年中华人民共和国交通部批准的中华人民共和国行业标准《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》中T 0604-2000、T 0605-1993、T 0606-2000的规定[6]，分别测试改性乳化沥青各项性能指标。

2 结果与分析

在预实验中发现，用上述工艺制备的不同配方的乳化液储存稳定性较好，粘度适中。但配方不同对蒸馏残留物性能影响较大。因此，确定考察因素为基质沥青中SBS的质量加入量（A）、基质沥青与水的质量比（B）、水中 OP-10 的质量加入量（C）,设计正交实验优化各项指标,考察因素及水平见表1。

选用L9（34）正交表，第四列为误差列，按正交表要求，进行了9次实验，以SBS改性乳化沥青蒸发残留物的针入度、延度、软化点为考察指标。

2.1 针入度结果分析

针入度是沥青稠度的一种表示方法，针入度越小表示沥青的稠度越大；反之，则越小。它反映了沥青的流变学性能，对于高软化点沥青，针入度也表示软硬度，针入度越小表明沥青越硬，针入度测试结果见表2。

表1 正交实验因素水平表

表2 针入度正交实验结果

由极差分析可知，在实验范围内制备条件对软化点的影响规律为B＞A＞C，最佳配比是B2A2C3。

表3方差分析表明，沥青与水的比例对针入度的影响很显著，SBS和OP-10的加入量的影响次之。

表3 针入度方差分析

2.2 延度结果分析

延度反映沥青的柔韧性，延度越大沥青的柔韧性越好，如沥青在低温下延度大，则沥青的抗裂性好，延度测试结果见表4。

由极差分析可知，在实验范围内制备条件对软化点的影响规律为B＞C＞A,较合理配比为B1C2A3。

表5方差分析表明,各因素都对延度影响显著，其中沥青与水的比例对延度的影响最为显著,其次为OP-10的加入量，SBS的加入量对延度的影响相对较小。

2.3 软化点结果分析

沥青是非晶体物质，无确定的熔点，软化点反映沥青的粘度和温度敏感度，软化点高等粘温度也高，温度稳定性好，软化点测试结果见表6。

表4 延度正交实验结果

表5 延度方差分析

表6 软化点正交实验结果

表7 软化点方差分析

由极差分析可知，在实验范围内制备条件对软化点的影响规律为A＞B＞C，最佳配比为A3B1C3。

由表7方差分析表明，SBS的加入量对软化点的影响很显著，沥青与水的比例影响次之，乳化剂的加入量对软化点的影响很小。

2.4 优化结果

经过分析各因素水平的极差和方差，得出软化点最高时的配比为A3B1C3,延度最大时的配比为B1C2A3，针入度最小时的配比为B2A2C3，根据各因素作用的主次，综合考虑各因素水平的影响，最后确定最优的制备条件为B1C2A3，即SBS的加入量为沥青量的8%,沥青与水的比例为5∶5，OP-10的加入量为沥青量的8%。