乳化沥青的制备及其乳化剂对乳化沥青性能的影响

　　摘 要：乳化沥青就是将沥青热融，经过机械的作用以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成水包油状的沥青乳液。使用这种沥青乳液修路时，不需加热，可以在常温下进行喷洒、贯入或拌和摊铺，铺筑各种结构路面的面层及基层，也可以用作透层油、粘层油以及用于各种稳定基层的养护。 　　关键词：乳化沥青 乳化剂 　　一、研究的目的与意义 　　随着我国道路建设事业的蓬勃发展，在公路建设高速发展和路面等级迅速提高的同时，应该十分重视已铺路面的经常性的维修与养护。传统的路面修补材料主要使用的是热拌沥青混凝土，但是该材料受天气等条件制约，使用困难，修补效果不理想，而且污染环境。而乳化沥青混凝土在潮湿低温的条件下即可以施工，能够有效解决沥青路面的修补问题。同时乳化沥青还具有节约能源和资源、保护环境和减少污染的作用。如今乳化沥青普遍应用于道路施工中，作为粘层油、透层油和稀浆封层用油非常广泛， 已为许多道路设计施工所采用。 　　二、国内外发的展概况及本项目技术所处的地位 　　20世纪初开始采用喷洒防尘，到了20世纪20年代乳化沥青开始应用与道路，30年代-50年代，乳化沥青的用量开始缓慢增长，1953年起，乳化沥青用量开始稳定上升，近30年来，乳化沥青发展迅速迅速。在我国，建国前乳化沥青只有少量应用，建国初期停止了使用。直至1978年交通部成立了“阳离子乳化沥青录用性能研究”课题协作组，才开始推广使用。1985年左右，推广至许多省市应用。90年代中期至今，在我国迅速普及应用。近几年，改性乳化沥青技术开始发展和应用。 　　三、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题 　　制备乳化沥青时会用到一种沥青乳化的表面活性剂，即沥青乳化剂。沥青乳化剂具有表面活性剂的基本特性，表面活性剂分子内含有亲水基和亲油剂，能够降低液体的表面张力和不相容两液面间的界面张力。乳化剂大体上分为阳离子乳化剂和阴离子乳化剂，制备乳化沥青时要根据乳化沥青和路面石料的破乳时间及两者结合情况对乳化剂进行复配，单一的乳化剂有时乳化效果不好，如果加入其他一些乳化剂或者助剂（如稳定剂）进行复配则能达到较好的效果，以起到改善乳化沥青的加工性能、经济性、路用性能的作用。 　　四、实验的内容与方案 　　1.实验的机理 　　一种物质以多个分子形成的集合体（微粒）的形式，分散在另一种物质中，形成相对稳定的混合物，这一过程就叫做乳化，形成的混合物叫做乳液。乳化剂连接了沥青与水两种互不相溶的体系，降低了沥青与水界面的表面张力，使沥青能够以微小的颗粒状态分散于水溶液中，形成相对稳定的混合物 。 　　2.实验的实施过程 　　在一定的温度下，将沥青、水、和乳化剂的混合物送入胶体磨，在胶体磨的强力搅拌、剪切、摩擦的作用下，使沥青形成微小的颗粒，均匀分散于乳化剂水溶液中。 　　乳化沥青由一些三种主要物质组成：沥青、水、乳化剂，除此之外可以含有其他添加剂，如稳定剂、特殊助剂、改性剂等。 　　2.1沥青 　　沥青是乳化沥青中的最主要组成部分，一般占到乳化沥青总质量的50%～65%。当乳化沥青喷洒或拌和使用后，其中的水分蒸发最终留在路面的是沥青，乳化沥青的各项检验指标的高低沥青是一项决定性因素。石油沥青是由碳、氢等复杂有机物组成的混合物，其化学组成及胶体结构随油源不同、加工工艺不同，沥青的路用性质、乳化的难易程度、改性的方法都会有所区别。因此生产乳化沥青首先考虑的是选择适宜的沥青品牌和标号，除了满足最终的应用要求外，还应满足乳化生产的要求。芳香份和胶质含量多的容易乳化，饱和份和沥青质含量越多越不易乳化。从胶体结构来讲，溶胶型沥青比凝胶型沥青容易乳化。 　　2.2水 　　将水加热，保证乳化剂水溶液的温度稳定在60±5℃之间。水是沥青分散的介质，水的洁净度和硬度会对乳化沥青产生影响。钙、镁离子的存在对阳离子型乳化剂来说有利有弊，一方面需要消耗一定酸来中和，一方面中和产物CaCl2作为乳化沥青稳定剂存在。对阴离子型乳化剂来说有弊，可溶性的钙、镁离子与阴离子型乳化剂的阴离子反应生产不溶性物质，消耗了乳化剂。水中杂质微粒也会影响沥青的乳化，所以生产乳化沥青的水最好是洁净的硬度低的水。 　　2.3乳化剂 　　严格按要求的比例控制乳化剂的用量， 过少乳化不完全，乳液不稳定，破乳速度快，过多则浪费，成本高 ，影响原质沥青的性能，破乳速度慢。需要调酸的乳化剂，要小心地加酸，保证乳化剂水溶液的pH值达到要求。乳化剂在乳化沥青中的比例很小，一般在0.2%～1.8%之间（占沥青乳液的质量），乳化剂的作用使得乳化沥青可以以稳定的乳状液的形式存在，实现了从沥青到沥青乳液的转变。乳化剂的分子结构和组成决定了沥青乳液的电荷性质、油水界面的结构、以及在油水两相中的可溶性，由此决定了乳液的化学性质，所以乳化剂的性能在乳化沥青中起着决定性的作用。 　　五、结果与讨论 　　1.对于非液态的乳化剂，要先稀释 　　2.对于复配乳化剂 应该注意各组分的用量、加料顺序、温度、pH值等 　　3.更换不同离子类型的乳化剂时，生产线的各个部分都应清洗 　　4.如果生产改性沥青，应该按比例加入改性剂 　　5.按要求控制沥青和乳化剂水溶液的配比 ，油水比一般50～60% 　　6.生产前，必须对乳化机和沥青泵预热至70℃左右 　　7.乳化机间隙的调整一般0.1—0.8mm 　　8.乳化剂可以使沥青的性能提高、不变、降低、或大幅降低，一般情况下会使沥青的性能降低 　　9.不同种类的乳化剂对沥青的性能影响不同 　　10.同一种乳化剂，用量不同，对沥青的性能影响不同，一般用量越大，影响越大； 　　11.质优纯净的乳化剂对沥青的影响不大，质劣不纯的乳化剂会使沥青的性能明显下降，尤其破乳快； 　　12.添加剂、乳化工艺都会对沥青的性能产生影响。 　　参考文献 　　[1] 王丽娜，范维玉，南国枝，李水平. 沥青乳化剂及沥青乳液性能研究. 石油大学学报（自然科学版），2002，26（6）；101～109. 　　[2] 李红梅. 沥青乳化剂的研制. 化学工程师，2005.6； 59～60. 　　[3] 李莉，张承红，杨郭. 沥青乳化剂的合成及乳化性能研究. 化工时刊，2006，20（8）；40～41.