冷拌瀝青混合料乳化瀝青研究

錢俊懿，姜　藝，胡新華

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

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冷拌瀝青混合料乳化瀝青研究

錢俊懿，姜藝，胡新華

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

摘要：采用EA-300與美德維斯維克兩種乳化劑分別制備了乳化瀝青，并按照規(guī)范檢測了乳化瀝青的相關(guān)性能。對于EA-300的乳化劑，選用乳化劑摻量為2.8%，皂液pH為2—3時(shí)，制備出來的乳化瀝青的性能較好；對于美德維斯維克的乳化劑，選用乳化劑摻量為1.6%，皂液pH為1—2時(shí)，制備出來的乳化瀝青的性能較好。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，乳化瀝青均能滿足規(guī)范要求，可以很好的運(yùn)用于冷拌瀝青混合料中。

關(guān)鍵詞：乳化劑；pH值；陽離子；冷拌

1引言

眾所周知，熱拌瀝青混合料直接加熱瀝青至流動(dòng)狀態(tài)即可，而冷拌瀝青混合料是在常溫，甚至低溫的情況下進(jìn)行拌合。因此，這也限制了冷拌瀝青混合料在道路工程中的運(yùn)用。同時(shí)，冷拌瀝青混合料的關(guān)鍵則是乳化瀝青的制備。若是有較好的乳化瀝青，那么拌合后形成的冷拌瀝青混合料也能達(dá)到規(guī)范所要求。冷拌瀝青混合料可以運(yùn)用于道路養(yǎng)護(hù)，而冷拌瀝青混合料的關(guān)鍵就在于乳化劑的選擇及相應(yīng)的乳化瀝青的制備。筆者選用了2種乳化劑制備了乳化瀝青，并對其性能進(jìn)行了相關(guān)規(guī)范要求的檢驗(yàn)。

2試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料選擇

乳化瀝青主要由瀝青、水和乳化劑3部分組成。

2.1.1瀝青

瀝青是乳化瀝青的主要原料，也是用于筑路的最終黏結(jié)料[1]。用于制備乳化瀝青時(shí)所采用的瀝青一定要滿足乳化要求。不同牌號(hào)的瀝青，之間的性能也大不相同，同樣的被乳化的程度也不同，因此首先需要選擇合適的瀝青才能更好地進(jìn)行乳化瀝青的制備。本實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一使用70#普通基質(zhì)瀝青，其三大指標(biāo)均滿足規(guī)范要求(具體數(shù)據(jù)見表1)。

表170#普通基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)

名稱指標(biāo)針入度/0.1mm79.4軟化點(diǎn)/℃46.76延度(15℃)/mm>200

2.1.2水

乳化瀝青中的水并不是主要成分，但是不可缺少。水主要用于瀝青的分散。水中會(huì)存在一些離子，而這些離子會(huì)對乳化瀝青的制備提供穩(wěn)定作用。同時(shí)，水里面同時(shí)有粒狀物質(zhì)，這些物質(zhì)通常情況下都是攜帶負(fù)電荷，若制備乳化瀝青采用的是陽離子乳化劑，那么，陽離子會(huì)被這些攜帶有負(fù)電荷的物質(zhì)吸附，這就會(huì)削弱乳化效果。所以，采用何種離子的乳化劑，需要擇取相適應(yīng)的水會(huì)比較好[2]。本實(shí)驗(yàn)配置皂液時(shí)所采用的水源均是采用蒸餾水，清除了雜質(zhì)和對乳化瀝青制備的影響。

2.1.3乳化劑

乳化劑在乳化瀝青中只是占有一小部分的分量，但是就是這一小部分的分量會(huì)對乳化瀝青的制備產(chǎn)生巨大的影響[3]。因此，根據(jù)乳化瀝青的用途來選擇乳化劑也是很必要的。本實(shí)驗(yàn)采用兩種乳化劑作對比，一種為南京蘇博特公司生產(chǎn)的EA-300型乳化劑，一種為美德維斯維克1468型乳化劑。筆者將采用這兩種乳化劑分別制備相應(yīng)的乳化瀝青并測定其性能。

2.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用膠體磨(如圖1所示)制備乳化瀝青。制備時(shí)，首先需將瀝青加熱到140 ℃，使其具有一定的流動(dòng)性，方便其與乳化劑的充分乳化；其次制備皂液，采用適量的乳化劑含量與水充分?jǐn)嚢瑁偌尤霛恹}酸，調(diào)取到需要的pH值，最后再將皂液加熱到50—60 ℃。皂液需要同時(shí)制備兩份，一份作為洗液，一份用于制備。先將加熱到足夠溫度的洗液倒入膠體磨，對膠體磨進(jìn)行預(yù)熱，避免因膠體磨的溫度太低而導(dǎo)致乳化失?。划?dāng)膠體磨的溫度達(dá)到適宜溫度時(shí)，可將洗液放出，用于制備結(jié)束之后清洗膠體磨；其次，將皂液倒入膠體磨里面，再將有一定流動(dòng)性的熱瀝青緩慢、均勻地倒入到膠體磨中；循環(huán)一段時(shí)間之后，放出制備好的乳化瀝青到準(zhǔn)備好的容器中。在加入熱瀝青的過程中，應(yīng)要注意上導(dǎo)管是否流通順暢，若不順暢，應(yīng)當(dāng)降低倒入熱瀝青的速度，同時(shí)采用攪拌棒攪拌，加速瀝青的乳化；若不能流出，說明膠體磨發(fā)生堵塞，乳化瀝青失敗，應(yīng)當(dāng)及時(shí)停止試驗(yàn)，并及時(shí)清理膠體磨[4]。

圖1　膠體磨

3乳化瀝青性質(zhì)的影響因素

乳化瀝青性質(zhì)的影響因素有很多，本試驗(yàn)主要研究了乳化劑種類、乳化劑用量及pH值對乳化瀝青性質(zhì)的影響。并通過三大指標(biāo)試驗(yàn)對性能進(jìn)行檢測，試驗(yàn)儀器如圖2—4所示。

圖2　針入度試驗(yàn)儀

圖3　軟化點(diǎn)試驗(yàn)儀

圖4　延度試驗(yàn)儀

3.1乳化劑類別和劑量對乳化瀝青性質(zhì)的影響

乳化劑種類的影響在上面講訴原材料的時(shí)候已經(jīng)闡述過，在此不再重復(fù)。

乳化劑用量直接關(guān)系到乳化效果和產(chǎn)品的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，同時(shí)對乳液蒸發(fā)殘留物的性質(zhì)由很大的影響。用量較少，篩上剩余量增加，瀝青微粒容易凝聚而分層；用量較多，增加基質(zhì)瀝青的損失，也增加了成本。此外乳化劑的用量還會(huì)影響到乳化瀝青的破乳時(shí)間，加大用量，破乳時(shí)間減少[5]。

為此，應(yīng)通過乳化效果及乳化瀝青的性質(zhì)來確定合適的乳化劑與乳化劑含量。本試驗(yàn)中采用了兩種種乳化劑與同種基質(zhì)瀝青乳化，并在乳化劑建議參量的范圍內(nèi)改變劑量的大小確定最佳乳化劑劑量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2乳化劑種類和劑量對乳化瀝青性質(zhì)的影響

乳化劑種類乳化劑含量/%乳化瀝青蒸發(fā)殘留物三大指標(biāo)針入度/0.1mm軟化點(diǎn)/℃延度15℃/mmEA-3002.664.853.45>1002.865.453.59>1003.066.052.11>100美德維斯維克1.452.648.24>1001.654.149.56>1001.851.547.37>100

由表2中的數(shù)據(jù)可以看出，同種乳化劑都顯示出隨著乳化劑含量的增加，針入度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，試驗(yàn)得到針入度范圍是5—7 mm之間，而規(guī)范要求用于拌合的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的針入度范圍是4.5—15 mm，可見本實(shí)驗(yàn)的針入度均滿足規(guī)范要求；隨著乳化劑含量的增加，軟化點(diǎn)也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；規(guī)范中要求的用于拌合的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的延度不小于40 cm，本試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)均能滿足要求;EA-300乳化劑與美德維斯維克乳化劑制備的乳化瀝青相比較，EA-300的乳化劑制備出來的乳化瀝青的總體性能都比美德維斯維克乳化劑制備出來的乳化劑性能要好。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果分析，對于EA-300乳化劑，當(dāng)乳化劑含量為2.8%，蒸發(fā)后殘留物的三大指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求且最佳，EA-300乳化劑最佳摻量應(yīng)當(dāng)選為2.8%；對于美德維斯維克乳化劑，當(dāng)乳化劑含量為1.6%，蒸發(fā)后殘留物的三大指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求且最佳，因此美德維斯維克最佳摻量應(yīng)當(dāng)選為1.6%。

3.2PH值對乳化瀝青性質(zhì)的影響

乳化劑溶液在恰當(dāng)?shù)腜H值下，乳化劑的活性能夠得到增強(qiáng)，乳化能力也同時(shí)得到提高，因此提高了乳化瀝青乳化的效果和儲(chǔ)存的穩(wěn)定性，降低了成本。不同的乳化劑，需要的pH值也同樣不同。本試驗(yàn)在制備皂液時(shí)，分別將PH值控制在為1—2，2—3,3—4之間，取之前試驗(yàn)所得到的最佳乳化劑摻量制備相應(yīng)的乳化瀝青，并對制取的乳化瀝青三大指標(biāo)對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3pH值對乳化瀝青性質(zhì)的影響

乳化劑種類pH值乳化瀝青蒸發(fā)殘留物三大指標(biāo)針入度/0.1mm軟化點(diǎn)/℃延度15℃/mmEA-3001—265.453.59>1002—368.651.79>1003—476.248.32>100美德維斯維克1—254.149.56>1002—370.049.09>1003—473.949.11>100

由表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，對于同種乳化劑水溶液，隨著水溶液pH值的增加，針入度呈現(xiàn)先一直增大的趨勢，試驗(yàn)得到針入度范圍是5—8 mm之間，而規(guī)范要求用于拌合的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的針入度范圍是4.5—15 mm，可見本實(shí)驗(yàn)的針入度均滿足規(guī)范要求；隨著水溶液pH值的增加，軟化點(diǎn)大致上呈現(xiàn)減小的趨勢；5 ℃時(shí)的延度在規(guī)范要求中有，用于拌合的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的延度不小于40 cm，本試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)均能滿足要求；對于兩種乳化劑制備的乳化瀝青之間的性能比較，就針入度而言相差不大，軟化點(diǎn)是EA-300的乳化劑制備的乳化瀝青較美德維斯維克稍高一點(diǎn)。根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果分析，所有pH值時(shí)制取的乳化瀝青蒸發(fā)后殘留物三大指標(biāo)均能達(dá)到規(guī)范要求，結(jié)合拌合試驗(yàn)得到的破乳時(shí)間，對于EA-300乳化劑，當(dāng)pH值為1—2時(shí)，雖然針入度不是很高，但是軟化點(diǎn)較其他兩組的高，因此EA-300乳化劑水溶液的pH值合理值應(yīng)為1—2；對于美德維斯維克乳化劑，當(dāng)pH值為2—3時(shí)，針入度軟化點(diǎn)均較適宜，且這個(gè)pH值范圍的破乳時(shí)間最佳，因此EA-300乳化劑水溶液的pH值合理值應(yīng)為2—3。

由表2和表3可得出兩種乳化劑的最佳摻配比例，如表4所示。

表4兩種乳化劑的最佳摻配比例

乳化劑類型乳化劑摻量/%皂液PH值破乳時(shí)間/s不可施工時(shí)間/sEA-3002.81～2114209美德維斯維克1.62～3126157

4乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)及要求

本實(shí)驗(yàn)所研究開發(fā)的乳化瀝青必須經(jīng)過質(zhì)量檢測滿足相應(yīng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)后方可投入生產(chǎn)使用。用作面層冷拌瀝青混合料的乳化瀝青，應(yīng)符合BC-2型規(guī)定的拌合用類型乳液技術(shù)指標(biāo)。對所研究開發(fā)的乳化瀝青進(jìn)行質(zhì)量檢測[6]，EA-300、美德維斯維克乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)分別見表5、表6。

通過表5和表6可知，所研究開發(fā)的兩種乳化瀝青(最佳摻配比例)各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足道路用乳化瀝青技術(shù)要求，可以很好地運(yùn)用于道路工程當(dāng)中，為冷拌瀝青混合料的運(yùn)用提供一個(gè)基礎(chǔ)。

表5EA-300乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

檢測項(xiàng)目結(jié)果技術(shù)指標(biāo)技術(shù)規(guī)范篩上剩余量(1.18mm)/%0.08<0.3T0652蒸發(fā)殘留D物含量/%60≥55T0651破乳速度慢慢T0658電荷陽離子陽離子T0653針入度(25℃)/0.1mm65.460—300T0604軟化點(diǎn),℃53.59—T0606延度(15℃)/cm>100—T0605儲(chǔ)存穩(wěn)定度5d/%—<5T0655溶解度(三氯乙烯)/%99.2>97.5T0607

表6美德維斯維克乳化瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

檢測項(xiàng)目結(jié)果技術(shù)指標(biāo)技術(shù)規(guī)范篩上剩余量(1.18mm)/%0.05<0.3T0652蒸發(fā)殘留物含量/%60≥55T0651破乳速度慢慢T0658電荷陽離子陽離子T0653針入度(25℃)/0.1mm65.960—300T0604軟化點(diǎn)/℃49.09—T0606延度(15℃)/cm>100—T0605儲(chǔ)存穩(wěn)定度5d/%—<5T0655溶解度(三氯乙烯)/%98.8>97.5T0607

5結(jié)論

主要開發(fā)了兩種適用于冷拌瀝青混合料的乳化瀝青。乳化劑分別采用了EA-300和美德維斯維克兩種乳化劑，瀝青采用70#基質(zhì)瀝青。對于EA-300的乳化劑，選用乳化劑摻量為2.8%，皂液PH為2—3時(shí)，制備出來的乳化瀝青的效果較好；對于美德維斯維克的乳化劑，選用乳化劑摻量為1.6%，皂液PH為1—3時(shí)，制備出來的乳化瀝青的效果較好。乳化瀝青的性能測試表明，篩上剩余量及蒸發(fā)殘留量符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，能滿足冷拌瀝青混合料的需要。

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Study on emulsified asphalt of cold asphalt mixture

QIANJun-yi,JIANGYi,HUXin-hua

( School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan Polytechnic University , Wuhan 430023, China)

Abstract：A study was conducted to evaluate the performance of two types of emulsifiers, including EA-300 and Weiss Vic. The emulsifiers were utilized to produce emulsified asphalts. It was found that emulsified asphalt performed well when the EA-300 content was 2.8% and the soap solution had a pH value between 2 and 3. The corresponding values for Weiss Vic were 1.6% for the emulsifier content and a pH value between 1 and 2 for the sop solution. The results of this study indicate that the emulsified asphalt with either of the two emulsifiers will meet the requirements of the standards and specifications. This paper describes the evaluation procedures and presents the study results.

Key words：emulsifier; pH value; cation; cold mix

DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2015.04.018

文章編號(hào)：2095-7386(2015)04-0072-05

基金項(xiàng)目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃(2013-K3-10).

作者簡介：郭健(1968-)，男，教授，博士，E-mail：guojianxh@163.com.

收稿日期：2014-05-28.修回日期：2015-11-19.

中圖分類號(hào)：U 414

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A