皂液pH值對陽離子乳化瀝青穩(wěn)定性的影響研究★

杜雪潔 王 歡 馮新宇 譚明忠

(長安大學(xué)，陜西 西安 710064)

1981年交通部組織成立了“陽離子乳化瀝青及其路用性能研究”課題協(xié)作組，開始對該項目進(jìn)行研究。該課題于1985年基本完成，解決了一系列的技術(shù)難題。由于陽離子乳化瀝青有著節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、延長施工季節(jié)等優(yōu)勢，而得到廣大筑路部門廣泛應(yīng)用［1］。在實際應(yīng)用中，乳化瀝青能否穩(wěn)定存在，將會嚴(yán)重影響乳化瀝青的生產(chǎn)、儲存和使用。因此，乳液穩(wěn)定性的好壞是評價乳化瀝青性能的關(guān)鍵性指標(biāo)。影響陽離子乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性的因素很多，有生產(chǎn)設(shè)備、乳化溫度、乳化劑等。但是，目前對于皂液pH值對陽離子乳化瀝青的研究較少，課題組通過理論與試驗相結(jié)合的方法探討皂液pH值對陽離子乳化瀝青穩(wěn)定性的影響。

乳化瀝青的穩(wěn)定性取決于粒子間的相互作用，只有分散的瀝青微粒之間具有相當(dāng)大的排斥力，足以抵消瀝青微粒之間的范德華力和布朗運動引起的碰撞，并能抵消重力作用引起的沉降作用時才能穩(wěn)定的存在。

1 陽離子乳化瀝青穩(wěn)定機理

根據(jù)膠體溶液的定義［2］，陽離子乳化瀝青乳液屬于膠體溶液。膠體溶液的不穩(wěn)定主要表現(xiàn)在微粒之間相互碰撞聚沉。DLVO穩(wěn)定理論［2-4］認(rèn)為，顆粒之間的相互作用是顆粒之間吸引力和排斥力疊加的結(jié)果，當(dāng)二面或二粒接近時，有靜電造成的斥力和分子間造成的吸引力。排斥力越大，則微粒之間就越不容易發(fā)生碰撞聚沉，乳液就越穩(wěn)定。質(zhì)點間的總勢能Φ為吸引能ΦA(chǔ)和排斥能ΦB之和。

其中，A為Hamarker常數(shù);a為膠體微粒半徑;d為兩微粒間的距離。

其中，D為介電常數(shù);Φ為雙電層電位;1/k為擴(kuò)散層厚度。

吸引能公式表明:微粒半徑越大，吸引力越大;微粒間的距離越大，引力越小。排斥能公式表明:微粒半徑越大，排斥力越大;雙電層電位越大，排斥力越大;擴(kuò)散層厚度越大，排斥力越大;微粒間的距離越大，排斥力越小。乳化劑溶于水后發(fā)生離解，當(dāng)親水基吸附于瀝青時，使瀝青微滴帶有正電荷，此時在瀝青—水界面上形成擴(kuò)散雙電位，水—瀝青體系成為穩(wěn)定體系［5］。乳液中的瀝青微粒的雙電層電位與乳液的pH值有關(guān)。

2 試驗

2.1 原材料性能檢測

試驗采用重交90號基質(zhì)瀝青，其性能檢測結(jié)果如表1所示。

表1 重交90號基質(zhì)瀝青性能檢測結(jié)果

乳化劑采用慢裂快凝瀝青乳化劑kzw-801U乳化劑。

采用鹽酸35%調(diào)節(jié)pH值。

2.2 實驗安排

采用kzw-801U慢裂快凝乳化劑對重交90號基質(zhì)瀝青進(jìn)行乳化。加入鹽酸調(diào)節(jié)皂液的pH值，用酸度計檢測。1)乳化劑用量在1.4%和1.2%時，在不同pH值皂液中乳化后，檢測1 d儲存穩(wěn)定性;2)乳化劑的用量為1.4%時，改變皂液的pH值，檢測篩上剩余量。瀝青用量都為60%。

2.3 結(jié)果與討論

由圖1可以看出，kzw-801U慢裂快凝乳化劑對重交90號基質(zhì)瀝青乳化效果，當(dāng)乳化劑用量為1.4%時，皂液pH值小于3，篩上剩余量滿足要求;當(dāng)乳化劑用量為1.2%時，皂液pH值小于2，篩上剩余量滿足要求。因此，乳化效果與乳化劑的用量和皂液pH值的大小有關(guān)。當(dāng)乳化劑用量相同時，pH值越小，篩上剩余量越小。說明降低pH值有增強乳化效果的作用。篩上剩余量相同時，pH值越小，乳化劑用量越少。說明降低pH值可以提高乳化劑活性，節(jié)約乳化劑用量。

圖1 篩上剩余量

由圖2可以看出，當(dāng)乳液的pH值在2～6范圍內(nèi)，隨著pH值的降低，陽離子乳化瀝青乳液穩(wěn)定性提高。當(dāng)pH值繼續(xù)減小到1時，穩(wěn)定性變差。說明:在一定范圍內(nèi)，調(diào)小pH值可以提高乳液的儲存穩(wěn)定性。pH值減小的過程，是氫離子濃度增加的過程。一方面，氫離子的加入，改變了乳化劑分子的電離平衡，提高了陽離子乳化瀝青溶液中微粒的雙電層電位，從而使微粒間的排斥力變大，不容易發(fā)生碰撞聚沉，穩(wěn)定性增強;另一方面，較小的pH值，增強了乳化劑的乳化效果，使乳液中未充分乳化的微粒減少，從而提高乳液的穩(wěn)定性。但是，pH值過低，反而離子濃度(Cl－)會變得很大，它破壞了雙電層，降低雙電層電位，從而降低了穩(wěn)定性。因此pH值應(yīng)在一個最佳的范圍內(nèi)。

圖2 1 d儲存穩(wěn)定（乳化劑用量1.4%）

3 結(jié)語

1)分析了陽離子乳化瀝青乳液穩(wěn)定劑機理，乳液的不穩(wěn)定主要表現(xiàn)為微粒間排斥力減小，發(fā)生碰撞聚結(jié);2)微粒半徑越大、擴(kuò)散層厚度越大、微粒間距離越大、雙電層電位越大，則排斥力越大，從而陽離子乳化瀝青乳液越穩(wěn)定;3)較小皂液的pH值可以提高乳化劑的活性，增強乳化效果，節(jié)約乳化劑用量;4)在一定范圍內(nèi)降低皂液pH值，陽離子乳化瀝青乳液穩(wěn)定性提高，酸度過低，則穩(wěn)定性減弱。

［1］交通部陽離子乳化瀝青課題協(xié)作組.陽離子乳化瀝青路面［M］.北京:人民交通出版社，1997.

［2］江 龍.膠體化學(xué)概論［M］.北京:科學(xué)出版社，2002.

［3］DcrjaguinBV，LangauLP，ActaPhysicochimURSS.14633(1941)［Z］.

［4］賀 華.改性乳化瀝青及微表處性能研究［D］.西安:長安大學(xué)，2006.

［5］申愛琴.道路工程材料［M］.北京:人民交通出版社，2009.