乳化劑對(duì)乳化瀝青性能影響分析

汪生忠

（甘肅省公路管理局，甘肅 蘭 州 7 30030）

乳化劑對(duì)乳化瀝青性能影響分析

汪生忠

（甘肅省公路管理局，甘肅 蘭 州 7 30030）

采用不同的陽離子乳化劑CH-R、GY-2、MQ-S，變化其劑量制備不同乳化瀝青，對(duì)乳液乳化效果、標(biāo)準(zhǔn)粘度及蒸發(fā)殘留物性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，CH-R型乳化劑用量為0.8%和GY-2型乳化劑用量為0.3%時(shí)，乳化瀝青乳化效果較好，對(duì)應(yīng)的乳化瀝青性能相對(duì)較佳。同時(shí)，進(jìn)行不同乳化瀝青與不同集料的粘附性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明使用堿性集料使得乳化瀝青的破乳速度和凝固速度明顯加快，集料與瀝青之間具有較強(qiáng)的粘結(jié)力，稀漿混合料整體具有良好的柔韌性。

乳化瀝青；乳化劑；蒸發(fā)殘留物；性能指標(biāo)

0 引 言

乳化瀝青由于施工簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)不需加熱、節(jié)省能源、減少環(huán)境污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，在瀝青路面維修與養(yǎng)護(hù)中顯示了其特有的優(yōu)越性。瀝青材料不溶于水也不與水混合，但在乳化劑作用下通過高速攪動(dòng)或剪切作用，將瀝青剪切成微小顆粒，分散在有乳化劑作用的表面活性物質(zhì)的水溶液中，則可獲得一種均勻分散膠體。在乳化瀝青使用中，瀝青乳液只是在使用過程中的一種暫存形式，即過渡狀態(tài)，當(dāng)破乳之后，水分被析出，瀝青又恢復(fù)自身的原有狀態(tài)，在水分析出后，乳化劑仍然殘留在瀝青材料中，殘留的乳化劑對(duì)瀝青材料路用性能影響是研究乳化瀝青的關(guān)鍵。

本文選用CH-R、GY-2、MQ-S三種乳化劑（以A、B、C表示）、鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青分別制備乳化瀝青，對(duì)乳液的乳化效果及蒸發(fā)殘留物性能進(jìn)行試驗(yàn)分析，深入研究乳化劑對(duì)乳化瀝青性能影響規(guī)律。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原材料

基質(zhì)瀝青為鎮(zhèn)海70#，乳化劑選用CH-R、GY-2、MQ-S三種乳化劑，集料為石灰?guī)r和輝綠巖，乳化瀝青生產(chǎn)采用60：40的油水比。

1.2 試驗(yàn)方案

在其他試驗(yàn)條件不變的情況下，采用不同乳化劑及不同用量制備乳化瀝青，并對(duì)所得乳液的標(biāo)準(zhǔn)粘度、蒸發(fā)殘留物的延度、軟化點(diǎn)、針入度等性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，研究乳化劑對(duì)乳化瀝青性能影響，試驗(yàn)方法按照規(guī)范進(jìn)行。

2 乳化劑對(duì)乳化瀝青性能的影響

2.1 乳化機(jī)理

乳化劑之所以能將常溫下呈半固態(tài)的瀝青制備成常溫下呈液態(tài)的瀝青乳液，是因?yàn)槿榛瘎┯捎H水的極性基和親油的非極性基所構(gòu)成。當(dāng)乳化劑水溶液與瀝青混合后，乳化劑分子的親油基迅速插入瀝青微粒中，而親水基則插入水中。每個(gè)瀝青微粒表面層被許多個(gè)乳化劑分子包圍，形成一層界面膜。包圍瀝青微粒的乳化劑分子越多，界面膜越致密，膜的強(qiáng)度越高，對(duì)界面張力的降低作用越強(qiáng)。同時(shí)，界面膜外層排布的乳化劑分子親水基可以與水分子以氫鍵的方式締合，在界面膜表面形成一層牢固的水合層，親水基越多，親水性越強(qiáng)，則結(jié)合的水分子數(shù)目越多。界面膜外層乳化劑分子親水基在水中電離后帶有相應(yīng)的電荷，又形成界面電荷層。乳化劑分子電離度越高，所帶電荷數(shù)目就越多，界面電荷層就越強(qiáng)，同性相斥，加大了瀝青聚結(jié)的阻力。界面膜、水合層、界面電荷層使瀝青在水中乳化、分散并保持相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 乳化劑對(duì)乳化瀝青粘度影響

試驗(yàn)采用油水比為60:40，對(duì)摻加不同乳化劑及劑量的乳化瀝青分別在20℃、40℃和60℃標(biāo)準(zhǔn)粘度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可知，隨著溫度的升高，兩種乳液的粘度明顯降低，乳液變稀，流動(dòng)性增強(qiáng)；隨著乳化劑劑量增加，兩種乳液粘度增加，乳液變稠。試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乳化劑劑量較低時(shí)，乳液較稀，流動(dòng)性很強(qiáng)，流速較快；當(dāng)乳化劑劑量較大時(shí)，所得乳液顆粒性較強(qiáng)，流動(dòng)性差；只有在乳化劑劑量適宜時(shí)，乳液才能均勻連續(xù)地通過標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)流孔。按照規(guī)范要求，試驗(yàn)中GH-R乳化劑劑量選擇偏高，僅僅在大于0.6%時(shí)滿足，而對(duì)于GY-2乳化劑，摻量大于0.3%時(shí)即可滿足要求。

圖1 GH-R乳化劑改性乳化瀝青標(biāo)準(zhǔn)粘度

圖2 GY-2乳化劑改性乳化瀝青標(biāo)準(zhǔn)粘度

2.3 乳化劑對(duì)蒸發(fā)殘留物指標(biāo)影響

試驗(yàn)采用油水比60：40，對(duì)摻加不同乳化劑的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，乳化劑劑量按照各自最佳用量摻加，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 不同乳化劑改性乳化瀝青蒸發(fā)殘留物指標(biāo)

圖3顯示，A型（CH-R）、B型（GY-2）、C型（MQ-S）三種乳化劑的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物軟化點(diǎn)差別不大，針入度最大差值為10（0.1 mm）左右，影響最敏感的是延度，最大差值達(dá)40 cm，而延度是表征瀝青韌性及低溫性能的重要指標(biāo)，因此在對(duì)延度有特殊要求尤其是低溫地區(qū)使用乳化瀝青時(shí)需慎重選擇乳化劑類型。

除乳化劑類型外，乳化劑劑量同樣對(duì)蒸發(fā)殘留物指標(biāo)有重要影響，不同乳化劑劑量的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能見圖4。

圖4 不同乳化劑劑量的蒸發(fā)殘留物指標(biāo)

從圖4可以看出，隨著乳化劑劑量增加，A型（CH-R）乳化劑的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物5℃延度值增大，B型 (GY-2)乳化劑的乳化瀝青蒸發(fā)殘留物5℃延度值則降低；軟化點(diǎn)變化規(guī)律和延度相同，而針入度變化規(guī)律則相反。由此可見，為了使得乳化瀝青具有良好的性能，對(duì)A型(CH-R)乳化劑而言需取其用量上限，而對(duì)B型(GY-2)乳化劑則取其用量下限。

4 集料對(duì)乳化瀝青粘附性影響

乳化瀝青與不同石料的粘附性均有差異，經(jīng)粘附性試驗(yàn)和拌和試驗(yàn)表明，對(duì)于棱角明顯、壓碎值較小的集料，粘附性能較好，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間拌和，瀝青與石料的裹附比較好，未發(fā)現(xiàn)瀝青剝落現(xiàn)象。而用扁平料偏多、細(xì)料含量大的石料做粘附性試驗(yàn)，其結(jié)果較差。做稀漿混合料拌和試驗(yàn)后，經(jīng)車輪磨耗試驗(yàn)，石料破碎較多，并且部分瀝青膜脫落，不適合拌和使用，尤其不適用于稀漿封層用料。

陽離子乳化瀝青通常顯酸性或中性，若采用酸性的石料，則石料不會(huì)加快乳化瀝青凝固，同時(shí)酸性石料與酸性的乳化瀝青的粘附性也較差；若采用堿性的石料，則可加快乳化瀝青的凝固速度，粘附性也好。

試驗(yàn)采用CH-R型和GY-2型乳化劑的乳化瀝青，采用輝綠巖，通過調(diào)整乳化劑的類型和劑量，進(jìn)行乳化瀝青的凝固性試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行乳化瀝青與輝綠巖、石灰?guī)r的試驗(yàn)比較，旨在得到最佳的乳化劑類型和劑量，試驗(yàn)結(jié)果見圖5～圖8。

試驗(yàn)結(jié)果表明上述的兩種不同乳化瀝青采用灰綠巖碎石拌合時(shí)，乳化瀝青的破乳和凝結(jié)速度均較慢，乳化瀝青破乳凝固后，瀝青與碎石之間為脆性連接；采用石灰?guī)r碎石時(shí)，乳化瀝青的破乳速度和凝固速度明顯加快，集料與瀝青之間具有較強(qiáng)的粘結(jié)力并且整體具有良好的柔韌性。

圖5 CH-R型乳化劑乳化瀝青拌輝綠巖碎石

圖6 CH-R型乳化劑乳化瀝青拌石灰?guī)r碎石

圖7 GY-2型乳化劑乳化瀝青拌輝綠巖碎石

圖8 GY-2型乳化劑乳化瀝青拌石灰?guī)r碎石

5 結(jié)語

通過本文試驗(yàn)研究，主要得到如下主要結(jié)論：

（1）不同乳化劑及不同用量對(duì)乳化瀝青的乳化效果顯著，隨著乳化劑用量增加，乳化能力增加，乳化效率及質(zhì)量提高，但過多的乳化劑會(huì)增加成本，并因過多乳化劑存在與瀝青中，會(huì)影響乳化瀝青破乳后性能。

（2）乳化瀝青粘度和殘留物的性能對(duì)乳化劑類型及用量敏感，CH-R型乳化劑為0.8%和GY-2型乳化劑為0.3%時(shí)，乳化瀝青的性能較佳。

（3）集料特性及表面構(gòu)造對(duì)乳化瀝青破乳及黏附性有重要影響，使用乳化瀝青碎石封層或纖維碎石封層時(shí)，采用棱角性好、具有較小壓碎值并呈堿性的石料為宜。

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U416.2

A

1009-7716（2017）01-0149-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.043

2016-10-26

汪生忠（1971-），男，甘肅定西人，高級(jí)工程師，從事高等級(jí)公路管理與養(yǎng)護(hù)工作。