貯運條件對SBS改性乳化瀝青穩(wěn)定性的影響

李海英++劉寶舉

DOI：10.7612/j.issn.10002537.2017.02.010

摘要研究了存放溫度、貯運條件和貯存容器等對苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性乳化瀝青貯存穩(wěn)定性的影響.試驗結(jié)果表明，乳化瀝青的穩(wěn)定性隨著存放時間的延長而逐漸降低；存放時間相同，貯存溫度不同時，溫度越高，乳化瀝青的穩(wěn)定性越差；貯存時間相同時，在試驗室存放樣品的穩(wěn)定性比在汽車上存放的好；鋁制容器與塑料制容器存放樣品貯存穩(wěn)定性相差不大，鐵制容器存放樣品的穩(wěn)定性較差.在貯存溫度、貯運條件和貯存容器3個因素中，對乳化瀝青貯存影響最大的是鐵質(zhì)容器，最小的是40 ℃貯存溫度.

關(guān)鍵詞乳化瀝青；貯存穩(wěn)定性；溫度；貯運條件；貯存容器

中圖分類號TB302.2文獻標識碼A文章編號10002537（2017）02006105

On the Impact of Storage Conditions on the Stability of

SBS Modified Asphalt Emulsion

LI Haiying， LIU Baoju*， HOU Weilin

（Civil Engineering College， Central South University， Changsha 410075， China）

AbstractThe impact of storage temperature， storage conditions and containers on the stability and particle size distribution of SBS modified asphalt emulsion was studied in this work. Our test results show that the stability of emulsified asphalt decreases with the storage time. Under the same storage time， the higher the storage temperature， the worse the stability of emulsified asphalt. The stability of asphalt emulsion stored in the laboratory is better than that in the car. The stability of asphalt emulsion stored in an aluminum container is same as that stored in a plastic container， but the stability of asphalt emulsion stored in an iron container is worst.

Key wordsemulsified asphalt； storge stability； temperature； storage conditions； container

由于瀝青本身具有的弱點，因此乳化瀝青無法擺脫易老化、溫度敏感性大等缺點.在瀝青和乳化瀝青中加入各種聚合物改性劑，可以大大改善瀝青和乳化瀝青的性能.隨著我國高速鐵路的快速建設，水泥乳化瀝青砂漿已被大量使用.采用乳化苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性瀝青制成乳液將會顯著改善乳化瀝青的性能，也有助于提高水泥乳化瀝青砂漿的性能.

瀝青乳液是一種不穩(wěn)定的懸浮液，其貯存穩(wěn)定性與乳化工藝、乳化劑體系、溫度、固含量等因素有關(guān).乳化工藝影響到乳化瀝青顆粒的大小和分散性，乳化體系決定了瀝青乳液中瀝青顆粒表面的電荷性質(zhì)、pH值和破乳速度等，這些均對瀝青乳液的穩(wěn)定性起著決定性作用.從熱力學的角度來看，任何乳液都是不穩(wěn)定體系，隨著時間的推移、環(huán)境溫度的變化或接觸介質(zhì)的變化，均會引起乳液分層、絮凝和聚集，最終導致破乳[19].

SBS改性瀝青乳液在貯存過程中，會發(fā)生分層現(xiàn)象，但經(jīng)過重新攪拌后，SBS改性瀝青乳液的性能發(fā)生變化，產(chǎn)生變化的原因可能與細小的瀝青顆粒在布朗運動的作用下發(fā)生凝聚成為大顆粒有關(guān)[10]，也可能與內(nèi)部水分的析出有關(guān)[11].同時，溫度的變化可能會加速或減緩該變化過程.

SBS改性瀝青乳液在裝運過程中可能會受到污染.運輸車輛的振蕩使瀝清乳液的結(jié)構(gòu)被破壞，從而降低其機械穩(wěn)定性[12].

現(xiàn)有的研究主要討論瀝青乳液貯存穩(wěn)定性的影響因素，特別是貯存溫度和時間的影響，而很少涉及貯運條件對乳化瀝青穩(wěn)定性的影響.王發(fā)洲等人[13]研究了貯存溫度和時間對乳化瀝青穩(wěn)定性的影響，認為溫度對乳液穩(wěn)定性有顯著影響，較高的溫度下瀝青乳液更容易聚結(jié).本文主要研究貯存溫度、貯運條件和貯存容器對SBS改性瀝青乳液穩(wěn)定性的影響.

1試驗

1.1原材料

SBS改性乳化瀝青：南粵物流生產(chǎn)，主要性能指標如表1所示.

1.2試驗方法

乳化瀝青貯存穩(wěn)定性試驗按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E202011）[14]進行.乳化瀝青顆粒分布采用激光粒度計（Winner 2000型）測量.

1.3試驗方案

試驗一：取同一批次SBS改性乳化瀝青樣品5份，分別放到養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度分別為20，25，30，35，40 ℃，當養(yǎng)護時間達到1，3，5，7，10，15，20，25，30 d時，每份樣品攪拌均勻，取300 g過1.18 mm篩，取篩下部分澆注穩(wěn)定性試驗管，然后分別測其5 d的貯存穩(wěn)定性.

試驗二：取同一批次SBS改性乳化瀝青樣品2份，一份放入實驗室室溫下存放，另一份放到汽車上存放，每天早晚運行不少于半小時.當存放時間達到1，3，5，7，10，15，20，25，30 d時，每份樣品攪拌均勻，取300 g過1.18 mm篩，取篩下部分澆注穩(wěn)定性試驗管，然后分別測其5 d的貯存穩(wěn)定性.

試驗三：取同一批次SBS改性乳化瀝青樣品3份，分別放入密封的塑料容器、鋁制容器和鐵制容器中貯存，當存放時間達到1，3，5，7，10，15，20，25，30 d時，每份樣品攪拌均勻，取300 g過1.18 mm篩，取篩下部分澆注穩(wěn)定性試驗管，然后分別測其5 d的貯存穩(wěn)定性.

2結(jié)果與分析

2.1存放溫度對瀝青乳液貯存穩(wěn)定性的影響

瀝青乳液貯存穩(wěn)定性隨存放時間變化情況見圖1.由圖1可見：在同一溫度條件下，存放時間越長，乳化瀝青的穩(wěn)定性越差；存放時間相同、貯存溫度不同時，貯存溫度越高，乳化瀝青的穩(wěn)定性越差，且存放時間越長，瀝青乳液的貯存穩(wěn)定性受溫度影響越大；存放時間在7 d以下、存放溫度不大于35 ℃時，溫度對乳化瀝青的貯存穩(wěn)定性影響不大.

瀝青乳液顆粒分布如圖2所示.由圖2可見，乳液中瀝青微粒的大小隨著存放溫度的增加而逐漸增大，溫度越高，瀝青的粒徑變化越明顯.取樣時的瀝青乳液粒徑分布類似正態(tài)分布，而貯存溫度高的曲線出現(xiàn)兩個峰，并且溫度越高第一個峰的峰值越小，第二個峰的峰值越大.這里用D10表示粒徑小于10 μm的瀝青所占體積百分比，取樣時D10=99.8；20 ℃環(huán)境存放的樣品30 d后，其D10=96.77，25 ℃環(huán)境存放的樣品D10=95.18，30 ℃環(huán)境存放的樣品D10=88.91，35 ℃環(huán)境存放的樣品D10=77.40，40 ℃環(huán)境存放的樣品D10=57.22.存放溫度對瀝青微粒粒徑大小與分布有顯著影響.

Stokes公式表明顆粒的沉降速率與顆粒粒徑的平方成正比[1516]：v=2gr2ρ1-ρ2/9η.式中：v為微粒的沉降速率；g為重力加速度；r為分散相（瀝青）顆粒半徑；ρ1為分散相（瀝青）的密度；ρ2為連續(xù)相（水）的密度；η為連續(xù)相（水）的粘度.由Stokes公式可以看出，瀝青微粒的粒徑越大，沉降速率越大，其穩(wěn)定性也越差；同時，乳化瀝青的粘度具有溫度依賴性，溫度升高則粘度降低[17].高溫下的低粘度致使顆粒更容易沉降，并導致乳液不穩(wěn)定.

2.2貯運條件對貯存穩(wěn)定性的影響

在乳化瀝青運送到施工現(xiàn)場的過程中，會因長時間的顛簸而產(chǎn)生破乳現(xiàn)象.試驗模擬運輸條件研究運輸條件對乳化瀝青穩(wěn)定性的影響，試驗結(jié)果見圖3，乳化瀝青顆粒分布如圖4所示.

由圖3可以看出，乳化瀝青的穩(wěn)定性隨著貯存時間的增加而逐漸變差，在同樣的貯存時間下，在試驗室存放的樣品穩(wěn)定性比在汽車上存放的好.這主要是因為在汽車上存放的樣品不斷受到車輛在運行過程產(chǎn)生的沖擊和震動，大大增加了樣品中瀝青微粒之間相互碰撞的機率.當瀝青微粒無限遠時，其瀝青微粒表面包封的乳化劑保護層并不是靜止的，而是處于反復吸附與脫附的狀態(tài)；當瀝青微粒受沖擊而接近時，由于靜電斥力，瀝青微粒盡量地離開接近點，此時會產(chǎn)生將瀝青微粒推向遠方的斥力.如果接近的瀝青微粒動能較小時，其能量完全消耗于為使雙電層變形所做的功，致使兩個瀝青微粒再度接觸，其離子分布又再度回到吸附與脫附平衡狀態(tài)；當瀝青微粒受沖擊的動能比微粒間相互作用的勢能屏障大得多，尤其是乳化劑對瀝青顆粒親和力小的情況下，由于微粒之間的接近，離子的脫附速度加快，引起脫附與吸附相對速度的變化，最終使吸附層受到破壞[12，18].

由圖4可以看出，取樣時瀝青微粒粒徑分布圖近似正態(tài)分布，其中D10=98.6，波峰處的數(shù)值接近17%；而30 d之后，在試驗室存放樣品的粒徑分布圖上開始出現(xiàn)兩個峰，且波峰處的數(shù)值接近16%；在汽車上存放樣品的粒徑分布圖上明顯出現(xiàn)兩個峰，且波峰處的數(shù)值分別為11%和7%.這說明存放時間和貯運條件對乳化瀝青微粒的粒徑大小和分布均有較大影響，進而對改性乳化瀝青的貯存穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響.

2.3貯存容器對貯存穩(wěn)定性的影響

乳化瀝青在貯存和運輸過程中需要放在容器內(nèi)，不同材質(zhì)的容器對乳化瀝青穩(wěn)定性的影響如圖5所示，顆粒粒徑分布試驗結(jié)果見圖6.由圖5可以看出：存放時間越長，乳化瀝青的穩(wěn)定性越差；鋁制容器與塑料制容器存放樣品其貯存穩(wěn)定性差別不大，用鐵制容器存放的樣品穩(wěn)定性比前兩者差.

從圖6可以看出：取樣時瀝青微粒的粒徑分布曲線近似正態(tài)分布，小于10 μm的顆粒占99%；鋁制容器與塑料容器盛放樣品30 d，兩者粒徑分布曲線幾乎重合，并且曲線的峰值都比取樣時低，大于10 μm的顆粒有所增加；用鐵制容器存放樣品30 d，其粒徑分布明顯出現(xiàn)兩個峰，與取樣時相比，第一個峰峰值急劇下降.這說明鋁制容器和塑料容器對瀝青微粒的粒徑影響不大，鐵制容器在存放樣品的過程中對粒徑影響較大.產(chǎn)生這種變化的主要原因是，樣品為陽離子型乳化瀝青，乳液呈酸性，在用鐵制容器盛放的過程中，乳化瀝青中的酸性物質(zhì)與鐵反應生成亞鐵鹽和氫氣，消耗乳化瀝青中的H+，使乳化瀝青的pH值增大，瀝青微粒表面的雙電層受到破壞，增大瀝青微粒之間碰撞的機率，從而影響乳化瀝青的穩(wěn)定性；另外，鐵在潮濕的空氣中容易被氧化生成不溶于水的鐵銹，當容器內(nèi)壁中的鐵銹掉落到乳化瀝青中，使瀝青受到污染，也會降低其穩(wěn)定性.

2.4三種因素的比較

為了比較存放溫度、貯存容器和貯運條件3種因素對乳化瀝青穩(wěn)定性影響程度，在其他因素相同的情況下對最不利的因素進行比較.結(jié)果如圖7所示.由圖7可以看出，當存放時間較短時，三者對乳化瀝青5 d貯存穩(wěn)定性的影響無明顯區(qū)別；隨著時間的延長，3種情況下存放樣品的貯存穩(wěn)定性都逐漸下降，變化速度有所不同.3種情況對乳化瀝青貯存穩(wěn)定性影響程度為：鐵質(zhì)容器影響最大，汽車上貯存稍大于40 ℃下存放.

3結(jié)論

基于試驗結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1） 乳化瀝青存放時間越長，其穩(wěn)定性越差；在存放時間和環(huán)境相同的情況下，貯存溫度越高，乳化瀝青的穩(wěn)定性越差；貯存時間越長，溫度對貯存穩(wěn)定性的影響越大；乳化瀝青的顆粒隨著貯存時間的延長或溫度的升高而增大.

（2） 在同樣的貯存時間和其他條件下，在試驗室存放的樣品穩(wěn)定性比在汽車上存放的好.在車輛運輸過程的顛簸會增加顆粒碰撞的幾率，乳化瀝青中小顆粒更容易凝聚成大顆粒.

（3） 鋁制容器存放的樣品與塑料制容器存放的樣品貯存穩(wěn)定性差別不大，但鐵制容器存放樣品的穩(wěn)定性差；鐵與酸之間的反應會導致瀝青乳液顆粒變大，從而降低瀝青乳液的穩(wěn)定性.

（4） 在貯存溫度、貯運條件和貯存容器3種影響因素中，對乳化瀝青穩(wěn)定性影響最大的是鐵質(zhì)容器，最小的是40 ℃貯存溫度.

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（編輯WJ）