膨潤土基乳化瀝青制備與性能試驗(yàn)研究

王永泰

（1.沈陽建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，遼寧 沈陽1101682.遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護(hù)有限公司，遼寧 沈陽110101）

膨潤土基乳化瀝青制備與性能試驗(yàn)研究

王永泰1，2

（1.沈陽建筑大學(xué)交通工程學(xué)院，遼寧 沈陽1101682.遼寧新發(fā)展公路科技養(yǎng)護(hù)有限公司，遼寧 沈陽110101）

通過膨潤土乳化、陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化、陰離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化、非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化和表面活性劑復(fù)配與膨潤土協(xié)同乳化五種乳化方式對膨潤土基乳化瀝青制備與性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，膨潤土乳化、陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化不能制備合格乳化瀝青；陰離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化、非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同乳化能夠制備合格乳化瀝青，但混合料性能不佳；采用膨潤土、十二烷基硫酸鈉和NP-10復(fù)配協(xié)同乳化制備乳化瀝青性能和混合料性能良好。

道路工程；瀝青路面；膨潤土；表面活性劑；乳化瀝青

隨著我國公路交通建設(shè)領(lǐng)域中 “修養(yǎng)并重”方針逐漸得到認(rèn)可和重視，乳化瀝青以及與其相關(guān)的材料和技術(shù)得到了快速發(fā)展［1］。乳化瀝青主要應(yīng)用在道路升級和養(yǎng)護(hù)工程，如石屑封層，還應(yīng)用在許多其它瀝青材料不可替代的地方，如冷拌料、冷再生、稀漿封層、微表處［2］，同時還可應(yīng)用在新建道路的施工，如粘層油、透層油等［3］。膨潤土基乳化瀝青是一種以膨潤土作為乳化劑和穩(wěn)定劑的瀝青乳液，其形成原理是膨潤土顆粒在水相中吸水崩解分散成微小的顆粒，這些微小的顆粒通過物理或化學(xué)吸附作用排布于油—水界面，以保證油水界面的穩(wěn)定性［4］。針對乳化瀝青制備而言，膨潤土既可單獨(dú)作為瀝青乳化劑，也可與其他表面活性劑和添加劑復(fù)合制備乳化瀝青。筆者主要通過室內(nèi)試驗(yàn)對膨潤土基乳化瀝青制備和性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，以便拓寬乳化瀝青制備的方法。

1 原材料

1.1 膨潤土

試驗(yàn)研究采用的膨潤土來源于遼寧法庫，屬于鈣基膨潤土，天然狀態(tài)懸浮分散性不好，需進(jìn)行鈉化提純［5］。根據(jù)筆者以往研究通過控制碳酸鈉用量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和pH值能夠制得粘稠、均勻、分散性好的膨潤土漿液。鈉化膨潤土試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 鈉化膨潤土基試驗(yàn)結(jié)果

將制得的鈉基膨潤土配制成10%的土漿盛于250mL量筒中，并使其液面高度調(diào)整至200mL的位置，攪拌均勻待其形成懸浮液后靜止存放10天，觀察土漿的情況。試驗(yàn)結(jié)果表明土漿穩(wěn)定，未出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象，懸浮分散效果理想。

1.2 基質(zhì)瀝青

試驗(yàn)所用瀝青為遼河90號道路石油瀝青，瀝青質(zhì)量檢測結(jié)果見表2［6-7］。

表2 瀝青試驗(yàn)結(jié)果

2 乳化瀝青制備研究

2.1 采用鈉基膨潤土制備乳化瀝青

采用鈉基膨潤土作為乳化劑制備乳化瀝青，制備的乳化瀝青為黑色粘稠狀乳液，均勻一致，與水能夠混溶，但瀝青乳液顆粒粗大，肉眼可見。通過分析認(rèn)為僅使用膨潤土對瀝青進(jìn)行乳化時，效果十分不理想，膨潤土的乳化能力有限，當(dāng)加入瀝青超過40%時，乳化現(xiàn)象停止，結(jié)團(tuán)破乳。當(dāng)瀝青含量小于40%時，乳液呈淺褐色，并且瀝青液滴很粗，肉眼可以分辨，這種瀝青乳液不符合要求。要使瀝青在膨潤土中形成高度分散而穩(wěn)定的乳膠體，必須使瀝青—水—膨潤土系統(tǒng)界面上的剩余表面能減小、表面張力降低，加入表面活性劑能夠形成均勻而穩(wěn)定的乳液。

2.2 陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青

試驗(yàn)采用季銨鹽陽離子表面活性劑和膨潤土協(xié)同作用制備乳化瀝青。本試驗(yàn)使用十六烷基三甲基溴化銨 （1631）陽離子表面活性劑，其為淡黃色固狀物，易溶于異丙醇，可溶于水［8］。采用十六烷基三甲基溴化銨 （1631）陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表3［6-7］。

表3 陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表3試驗(yàn)結(jié)果可知，采用十六烷基三甲基溴化銨 （1631）陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青的篩上殘留物、粘度、蒸發(fā)殘留物含量等指標(biāo)不能滿足 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 （JTG T40-2004）中乳化瀝青的技術(shù)要求［7］。

2.3 陰離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青

考慮到膨潤土與陽離子表面活性劑協(xié)同制備乳化瀝青性能較差，本試驗(yàn)選擇了十二烷基硫酸鈉陰離子 （SDS）表面活性劑進(jìn)行試驗(yàn)研究，其為白色粉末，有特征氣味，易溶于水。采用陰離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表4［6-7］。

表4 陰離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表4試驗(yàn)結(jié)果可知，膨潤土與陰離子表面活性劑協(xié)同制備的乳化瀝青能夠滿足規(guī)范要求［7］，但筆者對膨潤土與陰離子表面活性劑協(xié)同制備的乳化瀝青進(jìn)行簡單的混合料試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混合料破乳時間長，凝結(jié)慢，影響到稀漿封層的路用性能。

2.4 非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本文選取了NP-10非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青。NP-10非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表5［6-7］。

表5 非離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，膨潤土與非離子表面活性劑協(xié)同制備的乳化瀝青能夠滿足規(guī)范要求［7］，乳液黏度理想，與骨料拌和容易，并且乳化瀝青混合料稠度適宜，易于攤鋪刮平制得試件，混合料的凝結(jié)時間也較短。但是試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)混合料固結(jié)后發(fā)脆，用手容易折斷，缺少韌性，石料與瀝青裹附較差，掰開后可見未裹附瀝青膜的石料。

2.5 表面活性劑復(fù)配與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青

根據(jù)陰離子、非離子與膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青的結(jié)果，筆者采用NP-10、SDS和膨潤土協(xié)同制備乳化瀝青。乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同乳化劑乳化瀝青試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，采用NP-10、SDS和膨潤土協(xié)同制備的乳化瀝青能夠滿足規(guī)范要求［7］，同時通過觀察乳液黏度理想，易與骨料拌和，乳化瀝青混合料稠度適宜，易于攤鋪刮平制得試件，混合料的凝結(jié)時間適宜，試件柔韌性較好，試件破壞后石料與瀝青裹附較好。

3 乳化瀝青性能研究

（1）膨潤土用量對乳化瀝青性能影響研究。

將NP-10和SDS比例設(shè)定為1∶1，確定用量為1.0%，分析不同膨潤土用量對乳化瀝青性能的影響，膨潤土摻配比例為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。首先把膨潤土加水制成漿液，pH值調(diào)整為9.5，然后摻入NP-10和SDS，乳液溫度控制為60℃，瀝青加熱溫度為130～140℃，制成膨潤土基乳化瀝青，膨潤土用量與乳化瀝青性能關(guān)系曲線見圖1。

圖1 膨潤土用量與乳化瀝青性能關(guān)系

由圖1可以看出，隨膨潤土用量的增大，篩上殘留物變少，乳化瀝青粘度變大，蒸發(fā)殘留物針入度、延度降低，軟化點(diǎn)升高，乳化瀝青5d儲存穩(wěn)定性提高。膨潤土用量超過1.5%后，篩上殘留物減少幅度、軟化點(diǎn)升高幅度、乳化瀝青5d儲存穩(wěn)定性提高幅度趨緩，但粘度增加幅度變大，針入度、延度下降幅度增大。

（2）表面活性劑用量對乳化瀝青性能影響研究。

使用確定的1.2%膨潤土，將NP-10和SDS固定為1.0%，研究比較NP-10和SDS不同摻配比例時乳化瀝青的性能，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 表面活性劑對乳化瀝青效果的影響

根據(jù)表7的試驗(yàn)結(jié)果，確定NP-10和SDS的摻配比例為5∶3。按此比例比較不同表面活性劑用量下乳化瀝青的性能，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 表面活性劑用量與乳化瀝青性能關(guān)系

由圖2看出，隨表面活性劑用量的增大，篩上殘留物減少，粘度降低，對蒸發(fā)殘留物針入度、軟化點(diǎn)、延度和乳化瀝青5d儲存穩(wěn)定性則影響不大。表面活性劑用量為0.8%時，乳化瀝青各項指標(biāo)滿足技術(shù)要求，超過0.8%后，乳化能力和乳化瀝青粘度變化不大。

4 結(jié)論

針對膨潤土制備乳化瀝青及其性能試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）僅采用通過鈉化的膨潤土對瀝青進(jìn)行乳化，乳化程度有限。采用陽離子表面活性劑與膨潤土協(xié)同對瀝青進(jìn)行乳化，不能得到合格性能乳化瀝青。

（2）膨潤土與陰離子表面活性劑協(xié)同制備乳化瀝青能夠滿足規(guī)范要求，但用其拌和的混合料破乳時間長，凝結(jié)慢，影響到稀漿封層的路用性能。

（3）膨潤土與非離子表面活性劑協(xié)同制備的乳化瀝青性能指標(biāo)能夠滿足規(guī)范要求，乳液黏度理想，與骨料拌和容易，并且乳化瀝青混合料稠度適宜，易于攤鋪刮平制得試件，混合料的凝結(jié)時間也較短。但是試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)混合料固結(jié)后發(fā)脆，用手容易折斷，缺少韌性，石料與瀝青裹附較差，掰開后可見未裹附瀝青膜的石料。

（4）通過對比不同乳化劑和基質(zhì)瀝青制備乳化瀝青得到，復(fù)配得到的膨潤土、十二烷基硫酸鈉和NP-10復(fù)配制備的乳化瀝青性能良好，混合料試件柔韌性較好，石料與瀝青裹附較好。

［1］楊彥海，楊野，曲泰霖，等.基于正交設(shè)計的乳化瀝青冷再生下面層力學(xué)特性分析 ［J］.沈陽建筑大學(xué)學(xué)報 （自然科學(xué)版），2016（2）：288-297.

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［8］趙敏敏.水溶液和微乳液中孔雀石綠與表面活性劑的相互作用研究 ［D］.蘭州：蘭州交通大學(xué)，2015.

Experimental Study on Preparation and Performance of Bentonite Emulsion Asphalt

WANG Yong-tai

Experimental study on preparation and performance of bentonite emulsion asphalt were carried outthroughfiveemulsifyingstyles:bentoniteemulsification,cationicsurfactantwithbentonite emulsification,anionic surfactant with bentonite emulsification,non-ionic surfactants with bentonite emulsification,and surfactant compound with emulsion with bentonite.Experimental results showed that bentonite emulsification and cationic surfactant with bentonite emulsification could not prepare qualified emulsified asphalt,while nionic surfactant with bentonite emulsification and non-ionic surfactants with bentonite emulsification could prepare qualified emulsified asphalt,but asphalt mixture performances were not good.Good performance of emulsified asphalt and mix were prepared through bentonite,Sodium Dodecyl Sulfate and NP-10.

road engineering,asphalt pavement,bentonite,surfactant,emulsified asphalt

U414.01

A

1008-3812（2017）05-001-06

2017-10-07

王永泰 （1978— ），男，山東文登人，高級工程師。研究方向：道路設(shè)計，路面材料，公路養(yǎng)護(hù)。