高性能彩色改性乳化沥青及其微表处技术——交通运输建
设科技成果介绍
国外对彩色沥青混凝土路面的应用以较为广泛，例如：日本北九州市199号国道（街道段）靠边的两侧车道铺成铁红色路面，法国巴黎东北路有一段长约30km的公路，路面是蓝色，荷兰阿姆斯特海牙、鹿特丹等城市在人行道上都设有1.5~2.0m的铁红色沥青路面自行车道等等。彩色沥青混凝土路面技术之所以在国外发达国家广泛的推广，不仅在于其良好的经济效益，更重要的是基于环保和可持续发展的国际潮流。国内彩色高分子沥青路面起步较晚，但是近几年发展取得了飞速的发展。同时，也出现了其他彩色路用材料，其性能对比分析如下：1．高性能彩色改性乳化沥青与其他乳化沥青的性能比较（1）储存稳定性：普通乳化沥青稳定管试验10d，＞5%，该项目彩色改性乳化沥青30d，＜5%；此外，彩色乳化沥青乳液经过钙离子稳定性、机械稳定性和冻融稳定性测试均无异常；（2）粒径分布：经激光粒度仪分析，该乳液微粒集中在1-5μm，可达95%以上，相比普通乳化沥青稳定性、渗透性以及与石料的裹附性大大提高；（3）粘附性：该乳化沥青因改性后与大部分碱性石料裹附性好，界面作用力强，耐水侵蚀和剥落，而普通彩色乳化沥青裹附性和耐水剥落较差；2．彩色微表处路面与其他彩色路面技术的
性能比较（1）耐久性：本技术铺设的彩色沥青路面具有良好的路用性能，在通常的温度和外部环境下，彩色沥青路面的高温稳定性、低温韧性、抗水损坏性及耐久性均很好，不易出现变形、沥青膜剥落等现象，并且与基层粘结性好，而环氧陶瓷颗粒彩色路面属于单粒径、刚性材料，表面粗糙表面容易深入水分，且和沥青混合料层属于不同材料，尤其在北方冬季冻融引起开裂、脱落。（2）骨料的性能对比：本技术采用彩色无机防滑石料，因而其色泽持久、不易退色，还可以耐77℃的高温和-23℃的低温，并且维护保养简便，损坏处易于修复，使用寿命较长；而类似产品，如彩色环氧陶瓷颗粒路面所用陶瓷颗粒为人工陶瓷组分，性能稳定，色彩鲜艳，但与胶结料裹腹性略差。（3）抗噪性：彩色沥青路面，尤其是彩色微表处加入多种级配骨料，使这种路面具有较好的吸音功效，当汽车轮胎高速滚动时，不会因路面空隙中的空气被压缩而产生很大噪声，同时还能吸收一部分外来的噪音，而彩色陶瓷颗粒路面因表面孔隙多，车内感觉明显。（4）舒适度：彩色沥青路面具有良好的柔性和一定的弹性，行走的脚感好，尤其是彩色微表处路面最适合作为行人步行的便道，而且这种路面还具有一定的防滑性能，环氧陶瓷颗粒路面刚性强。（5）环保性：彩色沥青路面色彩主要来自加入矿物石料的自身颜色或者一定的无机颜料，与胶结料粘结良好，在一般情况下这些骨料不会释放出有害的物质，因此通
常不会对周围的环境造成污染；环氧陶瓷颗粒彩色路面中环氧双组份自水性环氧树脂应用后，环保性能大为提升，但是固化剂部分仍有一定的副作用。一、技术原理
本项技术是以浅色改性石油树脂为原料，通过先进的乳化技术乳化而成，同时采用高分子改性剂（如SBS）通过物理与化学的方法对其基本性能进行改性，并赋予其功能性。乳化沥青的实质是一种油水悬浮液，具体为一种水包油结构。由于油相与水相的密度不同，形成乳液易发生分层离析，导致乳化沥青的组成和性能不稳定，本项目通过引入双亲性天然大分子，附着在油水相界面处，降低界面张力，从而起到稳定乳液的作用。未改性乳化沥青微表处路面，低温下易脆裂、高温下易粘附，因此必须进行改性。目前能够兼顾高低温性能的改性剂为SBS，但SBS固体常温下难以与乳化沥青融合，对此，本项目采用首先对SBS进行接枝改性，然后对改性SBS进行乳化以制备SBS乳液，通过将乳化沥青与SBS乳液复合达到SBS改性彩色乳化沥青的目的，从而显著提高了彩色乳化沥青的高温软化点和低温韧性。通过在彩色乳化沥青中添加功能性助剂或者填料，还赋予材料和产品多种功能性。
二、关键技术或工艺流程该项目总体水平处于国际先进水平，是一系列技术创新的集成，其关键技术包括：（1）基于（1→3）-β-D-葡聚糖高效稳定彩色乳化沥青的核心技术
本项目开发的彩色乳化沥青是一种水包油结构的乳液，其中油相为改性石油树脂，其平均粒径为1-5微米。由于油相与水相的密度不同，形成乳液易发生分层离析，导致乳化沥青的组成和性能不稳定，严重影响了其使用和储存，造成了材料使用过程的浪费和高成本。对此，本项目通过引入双亲性天然大分子，即β-D-葡聚糖作为乳液稳定剂（代表性结构式如下图所示），通过调节乳液的pH值使其附着在油水相界面处，降低了两相界面张力，从而达到稳定乳液的作用（中国发明专利ZL200980116405.9）。该技术的核心是通过β-D-葡聚糖结构的优化可以最大限度提高稳定剂的效率和效果，例如当选用（1→3）β-D-葡聚糖用量为0.005~0.1wt%时即可使乳液保持长期稳定、不分层，如此低的稳定剂用量几乎不会对乳化沥青的其他性能产生任何负面影响，克服了目前通过增稠提高乳液稳定性却易导致施工过程中破乳时间过长的技术难题。 （2）新型乳化剂及液体SBS乳化技术苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）具有优异的耐低温和耐高温性能，因此成为沥青材料最为理想的高分子改性剂之一。但是SBS改性沥青通常是在180~200 ℃下借助于高速剪切才能实现，这不适合与彩色乳化沥青的改性条件。因为乳化沥青的温度不能超过100℃（水的沸点）而且高速剪切将导致乳化沥青的破乳。针对此问题，本项目采用本公司专有的 “星型液体SBS”技术成
功的对彩色乳化沥青进行了改性。该技术采用多种环保型复合乳化剂，其核心技术在于首先利用新型生物可降解乳化剂（甜菜碱酯和胆碱酯衍生物，中国发明专利
ZL200980116405.9）对化学接枝改性过的SBS进行高温乳化，获得了水包SBS微球结构的星型SBS乳液，然后将该乳液按照一定质量配比与上述彩色乳化沥青在室温下温和复配，即可得到一种高低温性能俱佳的高分子改性彩色乳化沥青产品。其中以胆碱酯衍生物为例，其结构通式如下所示： （3）彩色乳化沥青的功能化改性技术本项目通过对彩色乳化沥青固体组分进行化学改性或者引入功能性纳米材料作为填料，赋予材料及铺筑路面功能性。主要技术包括1）通过对彩色乳化沥青基材（石油树脂）接枝疏水分子链段显著提高了乳化沥青施工后的疏水性（水接触角达到110-120度），从而赋予该彩色乳化沥青铺设路面优异的抗渗性和排水性，同时提高了彩色路面的耐污性，可以长期保持彩色路面颜色鲜艳，雨水冲洗过后颜色更加靓丽；2）通过引入纳米二氧化硅和控制施工过程引入的彩色防滑石料粒径，显著提高了乳化沥青施工后路面的抗湿滑性能，已应用于需要高摩擦系数的各种路面（如刹车减速区路面和游园小区等城市景观路面）；3）通过向乳化沥青中添加少量的光敏性固化剂，使其施工后在强光照射下发生微交联，从而赋予铺设路面跟高的软化点和抗车辙性能，适合于高温地区和重载路面。上
高性能彩色改性乳化沥青及其微表处技术——交通运输建设科技成果介绍
