浅谈乳化沥青的储存稳定性

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浅谈乳化沥青的储存稳定性

谢利宝，杨建新，凌晨

（江苏省交通厅工程质量监督站，江苏

南京

１

２

２

２１０００１；江苏省交通科学研究院，江苏南京）２１００１７

摘要：文章通过由乳化沥青储存稳定性不足引起的路面病害与多组试验数据的分析，阐述了储存稳定性对路用

性能的影响及机理，并从多方面较为详细的分析了影响乳化沥青储存稳定性的多种因素。关键词：乳化沥青；储存稳定性；性能；影响因素中图分类号：Ｕ４１４

文献标识码：Ｂ

乳化沥青在国内的使用已经有２０多年的历史，它良好的经济性和使用的便利性是普通的道路石油沥青所不能替代的，但随之带来的储存稳定性（即离析）不足却给乳化沥青的应用带来了障碍，使得乳化沥青不能长期保存，或是已离析的乳化沥青用在路面上导致石料表面沥青膜不均匀，色泽不一致，甚至出现部分不能成型的情况。因此，乳化沥青的储存稳定性应该引起足够的重视。

本文通过对乳化沥青使用时出现的问题与多组试验数据的分析，详细阐述了储存稳定性对乳化沥青路用性能的影响及其原因，并从多方面分析了影响乳化沥青储存稳定性的多种因素。

先看表１、表２随机抽取的几组数据。

表１８种普通乳化沥青的试验结果

沥青编号

１ｄ稳定性

５ｄ稳定性

恩氏粘度

残留物含量

针入度软化点

１２３４５６７８

２．１０４．３０５．４０２．６０２．６００．２２０．３８８．７

７．００８．２０１５．７０６．５０７．８００．５８２．０３４９．１

４．６５．８６．０４．１４．７４．３２．８２．５

６１６０６０６０６１５３５４３４

９２８５８４８７８９７６８４５６

４５．０４５．０４５．５４５．５４５．５４７．０４６．５４９．０

表２８种改性乳化沥青的试验结果

１乳化沥青储存稳定性影响路用性能的机理

储存稳定性是在规定的容器和条件下，储存规定的时间后，竖直方向上乳化沥青浓度的变化程度，以判断乳液储存后的稳定性能，它是影响乳化沥青性质的重要指标之一。作为路面使用的乳化沥青，不管是从施工的难易程度还是其路用性能出发，我们当然希望乳化沥青越均匀越好，也就是其储存稳定性越小越好，但在各种因素的影响下通常事与愿违。在２００４年检测的８２组乳化沥青中，常温５ｄ储存稳定性有１８组达不到规范要求，不合格率超过２０％，２００５年的不合格比例更高。从大量的试验数据来看，其常温的５ｄ贮存稳定性的差异性也非常大，从０．３％到６０％都有，波动范围很广。从储存后的形态来看，一些稳定性较差的乳化沥青出现了明显的分散相（沥青相）和连续相（水相）的分层，这样的材料如果用在路面上必然会对路面的质量带来隐患。

储存稳定性究竟怎样影响乳化沥青路用性能的呢？

作者简介：谢利宝（

沥青编号

１ｄ稳定性

５ｄ稳定性

恩氏粘度

残留物含量

针入度软化点

１２３４５６７８

０．０７８．７０２．０００．３４９．００６．２００．８０３．７０

０．３２３０．１０７．７０３．５４１８．００２７．６０４．９０１６．００

８．６５．０２．４３．９４．８１．８２．１２．２

６３６２５５５５６４５４５７５３

９８９３７６８８１２０７１８２８４

５９７２．５６４５３．５５５．５５５．５５３．５５６．５

从表中数据看来，乳化沥青的稳定性与反映其中基质沥青路用性能的指标几乎不存在相关性，这说明乳化沥青的稳定性不会影响到沥青残留物本身的性能，然而为什么离析严重的乳化沥青用于路面时会导致路面沥青膜厚度不均匀、色泽不一致、易松散、不成型等病害的呢？原因是严重离析后的乳化沥青中沥青微粒分布已不均匀，微粒已相互凝聚成大颗粒或块状，加上施工前没

１９７３－），男，河北平泉人，工程师，现从事公路工程建设质量监督工作。

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有充分搅拌或是经搅拌已不能再使其中的沥青以细小微粒均匀分散，导致部分石料未被沥青膜完全均匀裹覆。然而沥青本身的性能没有受到影响。因此，规范中也有规定，在个别情况下改性乳化沥青的储存稳定性难以满足要求时，如经搅拌后能够达到均匀并不影响正常使用，那么乳化沥青在运抵工地后在不断搅拌的情况下可以使用，否则不允许使用。美国ＡＳＴＭ标准也有说明，只要乳化沥青得到了成功运用，１ｄ储存稳定性可不作要求。至于各种外掺剂对沥青残留物性能的影响，由于涉及的因素比较多，还必须进行其他相关的研究。

增稠剂

应用技术版

的粘度须要在规范规定的范围以内。表３是中科院广州化学研究所的数据，可以明显看出增稠剂对改善５ｄ储存稳定性的作用。

表３增稠剂用量与储存稳定性关系／％

增稠剂掺量

０．２８．３８．０

０．４７．８６．１

０．６５．４３．４

０．８３．９３．２

１．０２．５２．３

ＰＶＡＨＥＣ

再来看表１和表２，从表１普通乳化沥青的数据来看，在去除８号乳化沥青的影响时，其余样品的储存稳定性与恩氏粘度有比较好的相关性，粘度越大则稳定性越好，且相关系数Ｒ２达到了０．７以上，这也进一步证明了斯托克公式对与普通乳化沥青的适用性。但从表２的数据来看，改性乳化沥青的稳定性与其粘度的相关性由于改性剂的加入变得不明显，因此，改性剂对改性乳化沥青稳定性的影响很大。同样从表１可以看出普通乳化沥青的稳定性与残留物含量也存在一定的联系，除一些特殊的乳化沥青外，在残留物含量较低时，稳定性试验值会随残留物含量的增加有微弱减小的趋势，但当含量超过６０％左右时，它们的相关性已基本消失，原因也是由于随着沥青含量的增加，整个乳化沥青体系的粘度也会随之增大，但含量达到一定程度后，沥青微粒之间相互作用的影响已经超过粘度的影响。表２中改性乳化沥青的稳定性与残留物含量从表中的数据看来基本不存在相关性，改性剂的加入使得沥青含量的影响减弱。所以在适当的范围增加基质沥青含量有助于提高普通乳化沥青的稳定性。

２影响乳化沥青储存稳定性的因素

２．１

沥青微粒尺寸、密度、连续相粘度的影响

通常乳化沥青的成分包括：基质沥青、水、乳化剂、稳定剂，ｐＨ调节剂等，如果是改性乳化沥青还包括各种改性胶乳或固体改性剂。这些组成部分通过一定的加工工艺混合分散均匀后就形成了我们通常使用的乳化沥青。而储存稳定的实质就是原本均匀的乳液内部的这些成分之间发生了分离，密度稍大的沥青微粒逐渐向下沉淀，造成乳化沥青的下部浓度增大而上部浓度减小。其沉淀速度可以用斯托克公式来计算

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υ＝ｇｒ（ρ１－ρ２）／９η

式中，υ为分散相颗粒的下沉速度；ｇ为重力加速度；ｒ为分散相颗粒的半径；ρ１为分散相的密度；ρ２为连续相的密度；η为连续相的粘度。

从公式可以很容易看出影响沥青微粒沉淀速度的因素有微粒半径、沥青微粒与连续相的密度差，连续相的粘度。也就是说减小沥青微粒的尺寸、减小沥青与连续相的密度差、增大连续相的粘度可以有利于乳化沥青的储存稳定。

沥青微粒越细小时，它受连续相中分子不规则运动的影响就越大，相对而言，受重力的影响就会越小，越有利于乳化沥青的稳定。沥青微粒的大小除受乳化剂的影响外，乳化设备是最重要的影响因素。有研究表明，微粒直径在１～５μｍ时，乳液的总体性能最好，现在较好的高剪切分散乳化机，一般都能满足沥青的超细分散。

密度差的影响很容易理解，从浮力的角度来看，在材料的选择中首先我们应该首选密度相互接近的材料，这样沥青微粒可以更长时间悬浮在连续相中，有利于乳液的稳定。

而连续相的粘度则可以控制沥青微粒在乳液中移动的阻力，粘度越大则阻力越大，乳液的稳定性也就越好，粘度可以通过添加某些增稠剂来控制，但最终乳液

２．２各种外掺剂的影响

乳化沥青中的各组成成分种类很多，除了水和沥青两种主要成分以外，还有掺量很少的各种外掺剂，如：改性剂、乳化剂、稳定剂等，它们的掺量虽然很少，却会对乳化沥青的各种性质产生很大的影响，包括储存稳定性。

乳化剂是为了将沥青在某种条件下利用一定的方法以非常细小的颗粒状均匀分散到水溶液中的一种物质，它能够使沥青与水这两种互不相溶的材料在常温下融合，并形成一种相对稳定的水包油的乳液体系，以达到工程使用的经济性和便利性。乳化剂一般以乳化沥青的施工方法和用途的不同按其离子形态和破乳速度分为阴离子、阳离子，快裂、中裂和慢裂几种类型。乳化剂的种类和掺量直接影响沥青的乳化效果，特别是对于改性乳化沥青，乳化剂选择不恰当，会导致乳化沥青中胶乳容易析出而影响改性效果，使之在石料表面成型的沥青膜达不到预期的性能，所以这样的乳化沥青在没有不间

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断搅拌设备的情况下一般不能使用。乳化剂掺量在一定范围内能够直接影响沥青分散的颗粒大小，根据斯托克公式，这样的影响也左右了沥青的稳定性。

改性剂是为了改善其中沥青的性能而加入的一种高分子聚合物，有固体类的也有胶乳类的，改性剂的加入使得沥青的乳化变得更加困难，通常分子量越高、掺量越多越难乳化，这样会直接影响到沥青微粒的大小，同样根据斯托克公式，就会影响其储存稳定性的优劣。

我们以ＳＢＳ改性乳化沥青为例，不同掺量的ＳＢＳ对其储存稳定性影响显著，见表４。

表４ＳＢＳ掺量与储存稳定性关系

ＳＢＳ掺量１ｄ储存稳定性

００．２

１．００．４

１．７０．５

２．２０．７

２．７０．５

３．００．４

４．０１．８

５．０４．３

稳定性的差异，特别是改性乳化沥青，比如先改性后乳化与先乳化后改性，改性剂的固态掺入与液态掺入等生产出来的乳化沥青稳定性都有很大的区别，其中的情况也很复杂，需要另作讨论。对于不同类型的乳化沥青其生产工艺一般须通过试验加以确定。

在乳化沥青出厂后，使用前的这段时间，运输和存放也是影响其稳定性的关键因素，但这一影响通常被忽略。不恰当方法会造成乳化沥青离析的加快，运输与储存过程中乳化沥青应尽可能与外界隔绝，保持与生产时的室温环境相一致，条件允许的话可以使用一些具有控温、泵送、搅拌等功能的沥青运输和储存设备，避免直接与阳光空气接触，避免过热和受冻，以防因此产生破乳、冰冻、水分的进入或者散失等而导致稳定性下降。生产的乳化沥青应尽快运抵工地尽快使用，这样才能最大程度保证其使用性能不受影响。

从表中可以看出改性乳化沥青的稳定性数值随着改性剂掺量的增加有增加的趋势，其中两组的异常可能是由于乳化剂掺量的不同导致。从表１和表２的数据也能看出改性乳化沥青的稳定性的波动比普通乳化沥青要大，因此，改性剂对乳化沥青稳定性会产生较大的影响。

稳定剂是为了提高乳化沥青储存稳定性而掺入的一种物质，通常分为无机稳定剂和有机稳定剂两大类。无机稳定剂可以调节连续相的密度，利用盐类离子的电解效应增加沥青微粒之间双电层效应从而增大其相互排斥作用，阻止微粒之间的凝聚，防止因微粒尺寸的增大而出现微粒沉淀速度加快现象的发生；有机稳定剂则可以调节水相的粘度，并使沥青微粒表面形成一种界面膜，同样也阻止了沥青微粒之间的凝聚，减慢沥青微粒的沉淀速度，前面提到的增稠剂其实也属于有机稳定剂的范畴。

３结语

乳化沥青储存稳定性不足对路用性能的影响是由于组成成分的离析、沥青微粒的凝结导致石料表面裹覆的沥青膜不均匀引起，而沥青本身的路用性能不受影响；沥青微粒尺寸、密度、连续相粘度对乳化沥青储存稳定性的影响是本质原因；各种外掺剂可以针对沥青微粒尺寸、密度、连续相粘度这些本质原因合理添加，以改善乳化沥青的储存稳定性；正确的生产工艺、恰当的运输与储存方法也是避免乳化沥青储存稳定性降低的有效措施。

参考文献：

［１］［２］［３］

ＪＴＧＦ４０－２００４，公路沥青路面施工技术规范［Ｓ］．ＪＴＪ０５２－２０００，公路工程沥青及沥青混合料试验规程［Ｓ］．

王长安，吴育良，许凯，陈鸣才．影响乳化沥青稳定性的主要因素［Ｊ］．新型建筑材料，２００５（１）．［４］

钱卫民．ＳＢＳ改性乳化沥青生产技术探讨［Ｊ］．石油沥青，２００５，１９（６）．

２．３生产工艺及运输、储存的影响

除了以上的因素，乳化沥青的生产工艺也会造成其

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