用于稀漿封層的復(fù)配型慢裂乳化瀝青研究進(jìn)展

王懷慶，馬培建，王 珍

（1.青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 青島266000；2.上海市政交通設(shè)計研究院有限公司，上海市200000）

0 引 言

稀漿封層是指將流動的稀漿混合料，均勻地鋪在路面上形成的瀝青封層?？梢蕴岣呗访娴目够?、防水和耐磨性。稀漿封層使用的乳化瀝青一般是慢裂乳化瀝青。在影響乳化瀝青性能的諸多因素中，乳化劑的種類對乳化瀝青的性能起著決定性的作用。乳化劑按離子電荷的類型一般分為陰離子型、陽離子型和非離子型瀝青乳化劑。其中，陰離子瀝青乳化劑是最先發(fā)明使用的。但由于集料帶負(fù)電荷，與陰離子乳化瀝青產(chǎn)生排斥，降低粘附性，已逐漸被淘汰。陽離子乳化劑的種類眾多，并且有生產(chǎn)簡單，乳液粘稠，與石料粘結(jié)效果出色，開放交通快等優(yōu)點(diǎn)[1]，被廣泛使用。非離子瀝青乳化劑在水中不會離解成離子狀態(tài)，乳液穩(wěn)定性高，使用時不用調(diào)節(jié)PH 值，相容性好，非離子瀝青乳化劑能延緩乳化瀝青混合料的破乳時間，但是其拌和效果不佳。所以，離子型乳化劑和非離子型乳化劑復(fù)配，取長補(bǔ)短，就成為新的研究方向。

1 表面活性劑復(fù)配的優(yōu)勢

乳化劑是有乳化能力的表面活性劑。因此，表面活性劑特性也可延伸到乳化劑。根據(jù)國內(nèi)外對復(fù)配表面活性劑的研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)配體系的優(yōu)勢明顯更多。

1.1 低臨界膠束濃度（CMC）

CMC 為表面活性劑分子在溶劑中形成膠束的最低濃度。有研究發(fā)現(xiàn)，通過不同的復(fù)配體系測定得到單一表面活性劑CMC 高于復(fù)配表面活性劑CMC，并且混合體系的穩(wěn)定性明顯更優(yōu)秀，表面活性更高[2]。通過分析發(fā)現(xiàn)：（1）非離子組分嵌入陽離子表面活性劑的膠束中，使電荷基團(tuán)之間的排斥作用降低，提高了混合體系的靜電穩(wěn)定性。（2）混合表面活性劑離子組分和非離子組分頭部基團(tuán)之間的影響效果，有助于混合體系的穩(wěn)定性。

1.2 合理范圍的親水親油平衡值（HLB）

HLB 表示乳化劑的親水基和親油基在大小和力量上的平衡關(guān)系，瀝青乳化劑的HLB 值一般為8～18，通過對不同乳化劑進(jìn)行復(fù)配，得到的乳化劑混合物由于協(xié)同作用而具有更高的穩(wěn)定性[3]。這是由于復(fù)配前的單一的表面活性劑HLB 不同，復(fù)配后的表面活性劑分子間隔排列，形成了復(fù)配膜，增加了界面膜的強(qiáng)度，提高了穩(wěn)定性[4]。

1.3 綠色化學(xué)

近年來，在生產(chǎn)和生活中，表面活性劑被廣泛應(yīng)用，如果不進(jìn)行有效的處理，對環(huán)境影響就會越來越大，非離子表面活性劑中含有乙氧基，乙氧基化合物屬于可生物降解的化學(xué)物質(zhì)，對環(huán)境的影響相對較小，有更高的生態(tài)安全性[5]。使用復(fù)配瀝青乳化劑，可以減少陽離子乳化劑的使用，符合綠色化學(xué)的理念。

2 非離子瀝青乳化劑的分類

非離子瀝青乳化劑根據(jù)親水結(jié)構(gòu)的不同，大多數(shù)分為聚氧乙烯型和多元醇型，少部分為聚醚型。聚氧乙烯型非離子瀝青乳化劑分為烷基酚（代號OP、TX、NP）和脂肪醇（代號AEO）。其中，聚氧乙烯型乳化劑的乳化效果最好，常用來與其他乳化劑復(fù)配[6]。

2.1 烷基酚聚氧乙烯醚

烷基酚聚氧乙烯醚中烷基鏈為疏水基，聚氧乙烯鏈為親水基。烷基鏈的C 的數(shù)量，可以影響制備得到的瀝青乳化劑的儲存穩(wěn)定性，C 鏈越長，穩(wěn)定性越高[7]。環(huán)氧乙烷的聚合數(shù)影響親水性能，聚合數(shù)越高，親水性越大[8]。

2.1.1 壬基酚聚氧乙烯醚

壬基苯酚和環(huán)氧乙烷加成聚合制得壬基酚聚氧乙烯醚非離子表面活性劑，當(dāng)環(huán)氧乙烷加成數(shù)為8～12 時，是優(yōu)良的乳化劑。美國專利[9]以木質(zhì)素為主要原料，添加多胺轉(zhuǎn)化為銨鹽，在加入0.1%～1%的壬基酚聚氧乙烯醚，得到慢裂型瀝青乳化劑。制備出的乳化瀝青經(jīng)測試有較好的粘附性和儲存穩(wěn)定性，可以用于修復(fù)道路塌陷和裂縫，和稀漿封層。并且相對于普通陽離子乳化瀝青有更長的攤鋪時間，且原料成本低產(chǎn)量大。

張倩等[10]經(jīng)兩步反應(yīng)制得復(fù)配型瀝青乳化劑。此種合成方法是把壬基酚聚氧乙烯醚引入到陽離子中間體。通過最佳配比制成的乳化瀝青粘度，穩(wěn)定度達(dá)到最優(yōu)，破乳時間和初凝時間符合慢裂快凝型瀝青乳化劑標(biāo)準(zhǔn)，可以滿足稀漿封層的技術(shù)要求。此種合成工藝簡單，不足之處是此種乳化劑用量較大。

李新等[11]又以壬基酚聚氧乙烯醚為主要原料，合成新型的乳化劑。該種乳化劑在普通復(fù)合型瀝青乳化劑基礎(chǔ)上設(shè)計引一條親油基長鏈?？梢越档腿榛癁r青使用量，并且提高儲存穩(wěn)定性。該種乳化瀝青為慢裂快凝型瀝青乳化劑，與石料粘附性好，可用于稀漿封層。缺點(diǎn)是反應(yīng)需要高溫且合成線路長。

施來順等[12]合成了一種壬基酚聚氧乙烯醚型陽離子瀝青乳化劑，并通過在線紅外光譜手段實(shí)時跟蹤反應(yīng)的過程，分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理。該種乳化劑臨界膠束濃度較低，制備乳化瀝青時用量少。并且對制成的乳化瀝青進(jìn)行測試，表明此種乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)，同時也符合稀漿封層所要求的慢裂性能。

2.1.2 辛基酚聚氧乙烯醚

文獻(xiàn)[13]研究了非離子辛基酚聚氧乙烯醚與不同種類表面活性劑混合后的混合物的分子的協(xié)同作用。辛基酚聚氧乙烯醚的環(huán)氧乙烷聚合數(shù)不同，同其他表面活性劑混合之后CMC 也會不同。文獻(xiàn)[14]通過熱力學(xué)模型，分析了辛基酚聚氧乙烯醚的環(huán)氧乙烷聚合數(shù)不同，混合形成的溶液CMC 的變化，環(huán)氧乙烷聚合數(shù)少的表面活性劑親水鏈短，可以插入混合膠束，形成穩(wěn)定的溶液。

專利[15]制得酰胺多胺類陽離子瀝青乳化劑，再復(fù)配烷基酚聚氧乙烯醚和辛烷基苯酚聚氧乙烯醚這兩種混合非離子表面活性劑。這種合成方式用時短，制得的乳化劑，穩(wěn)定性好，用量為0.8%～1.2%，為慢裂快凝型陽離子乳化劑。制成的瀝青乳化劑用于稀漿封層，快放交通時間大大縮短。由于價格低，用量少，開放交通時間短等好處，此種乳化劑已被大量生產(chǎn)。

專利[16]以木質(zhì)素為原料，合成木質(zhì)素季銨鹽中間體，然后再加入聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑進(jìn)行復(fù)配。此種方法木質(zhì)素原料易得，環(huán)保，復(fù)配型瀝青乳化劑比單一瀝青乳化劑用量少，乳化能力強(qiáng)，瀝青乳液穩(wěn)定性得到提高。乳化劑性能測試為慢裂慢凝瀝青乳化劑，可用于稀漿封層。

Jin 等[17]以op-10 和環(huán)氧氯丙烷為原料，制備了非離子中間體；以三乙胺和環(huán)氧氯丙烷為原料，制備了季銨鹽中間體；以反應(yīng)得到的非離子中間體為原料，合成了op-10/陽離子表面活性劑復(fù)合瀝青乳化劑，且可以調(diào)整季銨鹽和非離子中間體的摩爾比來制備不同性能的乳化劑。這種復(fù)合瀝青乳化劑乳化效果和存儲穩(wěn)定性能較好，為慢裂快凝型瀝青乳化劑。

2.2 脂肪醇聚氧乙烯醚

脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）是醇與環(huán)氧乙烷加成反應(yīng)所得到。AEO 屬于易降解的非離子表面活性劑，聚合單元數(shù)越小，降解效率越高。與陽離子表面活性劑復(fù)配時的CMC，小于單一表面活性劑[18]。

雙子型表面活性劑親水基和疏水基各有兩個，相當(dāng)于兩個聯(lián)結(jié)基團(tuán)連接了兩個單鏈的陽離子表面活性劑[19]，這種雙子型表面活性劑由于存在兩個陽離子基團(tuán)，所以更易于形成膠束，CMC 相應(yīng)的下降，降低表面張力的能力高，可以更好的與其他表面活性劑復(fù)配。

王月欣等[20]在雙子型陽離子瀝青乳化劑上引入脂肪醇聚氧乙烯醚非離子乳化劑，合成的 雙子型陽離子瀝青乳化劑，對瀝青具有良好的乳化效果．雙陽離子與非離子的組合，增大了空間位阻，破乳速度比同條件下其余乳化劑破乳速度明顯更長，為慢裂型瀝青乳化劑，可用于稀漿封層。缺點(diǎn)是乳化劑用量為2.5%時，乳化瀝青能穩(wěn)定存儲5 d，乳化劑用量較大。

王月欣等[21]脂肪醇聚氧乙烯醚為原料，制得單陽離子瀝青乳化劑，通過最佳摻量制得乳化瀝青，可以穩(wěn)定存儲5 d。該種乳化劑為慢裂快凝型瀝青乳化劑。又在此研究基礎(chǔ)上，繼續(xù)對此種乳化劑反應(yīng)，制得雙陽離子瀝青乳化劑，相比單陽離子瀝青乳化劑，雙陽離子瀝青乳化劑使電荷點(diǎn)數(shù)增多，同時聚氧乙烯醚中烴基填補(bǔ)了膠束的空間間隙，在兩種因素共同作用下，制得的瀝青乳化劑慢裂效果更顯著，儲存穩(wěn)定性更高[22]。之后又進(jìn)一步研究制得的雙陽離子瀝青乳化劑的性質(zhì)，通過調(diào)整聚氧乙烯單元數(shù)，既環(huán)氧乙烷聚合數(shù)，測得隨著聚氧乙烯的單元數(shù)的增加，CMC 值、HLB 值呈升高趨勢，乳化瀝青儲存穩(wěn)定性也會提高[23]。

王月欣[24]以兩種陽離子瀝青乳化劑（A,B）與脂肪醇聚氧乙烯型陽離子瀝青乳化劑（C）按照一定的比例進(jìn)行復(fù)配后，可降低復(fù)配乳化劑的用量，并且可以延緩破乳時間以及增加儲存穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

（1）非離子乳化劑和陽離子乳化劑不僅可以通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合，也可以按不同比例添加進(jìn)行混合，制成的復(fù)配瀝青乳化劑都有較長的拌和時間，乳化瀝青性能測試符合稀漿封層用慢裂型乳化瀝青規(guī)范的要求。

（2）制備出的復(fù)配型瀝青乳化劑的CMC 更小，使制成乳化瀝青的乳化劑用量減少。根據(jù)不同的復(fù)配方法可以選擇合適的HLB，滿足多種乳化瀝青的需求。復(fù)配型瀝青乳化劑之間的協(xié)同作用，可以使表面活性劑有更出色的表面活性，加強(qiáng)同石料的粘附性。

（3）非離子乳化劑有較好的穩(wěn)定性，陽離子乳化劑有同石料粘結(jié)性強(qiáng)，用量少等優(yōu)點(diǎn)，這兩種乳化劑進(jìn)行復(fù)配，可以使復(fù)配型乳化劑綜合兩種瀝青乳化劑的優(yōu)點(diǎn)，制備出性能更優(yōu)的乳化劑。

4 展 望

當(dāng)前用于稀漿封層的慢裂快凝型乳化瀝青種類較少，選用受限，要發(fā)展復(fù)配型瀝青乳化劑，根據(jù)需求靈活調(diào)整乳化劑的種類，拓寬選擇范圍。探索多種類型的非離子瀝青乳化劑與陽離子乳化劑進(jìn)行復(fù)配，探索不同的混合比例，可以成為一種研究思路。達(dá)到規(guī)范要求的乳化瀝青性能時，復(fù)配乳化劑的使用量較多，怎樣減少乳化劑的使用量，也是需要解決的問題。推廣環(huán)保，綠色，節(jié)省原料的復(fù)配方式，應(yīng)該成為制備復(fù)配型瀝青乳化劑的考慮方面。