高性能乳化沥青的制备
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摘 要：本文通过正交试验确定出影响改性乳化沥青性能指标的各因素，包括乳化剂配比、乳化剂含量、皂液PH值、乳化温度等，从而确定高性能乳化沥青的最优方案，进而根据对比试验分析主要影响因素对高性能乳化沥青指标的影响，得到高性能乳化沥青的最佳制备方案。
关键词：高性能乳化沥青；正交试验
中图分类号： G353 文献标识码： A
1原材料
乳化沥青在道路工程中已成为越来越重要的筑路及养护用材料，其质量的好坏对道路质量的影响及其显著。而乳化沥青的组成材料如沥青材料、乳化剂、改性剂、添加剂的选择和配伍则成为决定乳化沥青路用性能的重要因素。
1.1 基质沥青：
沥青材料是制造乳化沥青的主要材料，它决定着乳化沥青的主要性能，目前应用最多的为性能优良的石油沥青。考虑到道路工程使用技术要求及乳化难易程度这两方面的因素，溶一凝胶结构型沥青适宜用作乳化沥青原材料，其四大组分的最佳比例为:饱和分5-15%，芳香分30-35%，胶质30-35%，沥青质5-25%。
1.2乳化剂
乳化沥青是一热力学不稳定体系，随着时间的延长、环境温度的变化或接触介质的变化等可能会引起沥青乳化液分层、絮凝和聚集，从而导致沥青乳化液破乳。沥青乳化液的稳定性是由所加人的乳化剂、稳定剂等产生的各种作用维持。其中，乳化剂的配伍是最关键的因素，因为它是获得稳定性好的沥青乳化液的内在关键因素。
1.3稳定剂
本文选用有机稳定剂A聚乙烯醇和无机稳定剂A氯化钙复配以达到改善乳液稳定性的目的。
2 高性能乳化沥青的实验室研制工艺
乳化沥青就是将沥青、水、乳化稳定剂等按一定的比例，在适度温度条件下使沥青以细小的徽粒分散在水中形成相对稳定的乳状液。为了制备这种乳状液需要强力分散设备，通常利用的分散设备有简单搅拌器、胶体磨、均化器等。
2.1沥青的准备
沥青是乳化沥青中最主要的组成部分。沥青的准备过程就是将沥青加热到适宜的温度呈流动状态。在这个环节中，温度的控制很重要。若加热温度过低，沥青粘度大，流动性差，导致乳化困难；若加热温度过高，一方面沥青容易老化，另外沥青与乳化液的温差较大，在乳化过程中容易造成产生大量蒸汽，引起沸腾，而且乳液的出口温度也相应较高，乳化沥青在放置过程中会因为温度高而使表层乳液破乳，乳液的储存稳定性也会受到影响。
2.2乳化液的准备
(1)先加稳定剂。本文采用有机稳定剂和无机稳定剂复合使用，把计量好的水加热至70-80℃，将有机稳定剂A和无机稳定剂A溶解于热水中充分搅拌。(2) 加入乳化剂。温度对乳化剂的充分溶解有着重要影响，温度过高，会使乳化剂发生变质，故乳化剂不宜在80℃以上持续加热或保存；温度过低，乳化剂得不到充分的溶解，不能发挥最佳的乳化效果，故将温度控制在80℃左右。(3)加入HCI溶液，调节PH值。只有在合适的PH值下，乳化剂才能发挥最大的活性，已达到最佳的乳化效果，所以，一定要在加入乳化剂之前将PH值调节至适宜范围。
2.3稳定剂
（1）将热沥青注入乳化液。加入沥青时不可一次性倒完，应控制流量，缓慢而均匀地加入，边加沥青边用玻璃棒辅助搅拌，以便及时消除产生的气泡。（2）乳化时间为5min，乳化时间过短不足以充分乳化；时间过长，对乳化效果没有明显改善，而且浪费能源。
2.4乳化沥青的储存
刚制备好的乳液，其温度肯定会高于室温，一般在80℃左右。为了保证乳液内部和表层温度均匀降低，防止表层因散失水分而结皮，应在乳化完成后的30min内对乳液进行搅拌，并用器皿将乳化沥青盖好，防止表层水分蒸发过快。待乳液降至室温后，灌入带瓶塞的密封容器，保存备用。
3 高性能乳化沥青的影响因素
乳化沥青的影响因素很多：沥青的种类、乳化剂的种类及剂量、皂液的 PH 值、乳化时皂液的温度及沥青的温度、乳化时间、稳定剂剂量等等。
3.1乳化剂的配比对沥青性能的影响
保持其它因素不变的前提下，改变乳化剂剂量，观测各指标变化。乳化沥青具体实验方案及结果如下
表2 乳化剂配方对各指标的影响
乳化剂配方 0.5:0.5 0.6:0.4 0.7:0.3 0.8:0.2
蒸发残留物的性质 软化点（℃） 45.8 45.0 44.8 44.8
针入度（0.1mm） 102.8 107.3 112.2 112.0
延度（10℃，cm） 35 35 35 36
固含量 74% 71% 72% 71%
由表2可以看出，随着乳化剂的增加，软化点不断减小，当乳化剂的配比为0.7:0.3时，软化点的下降趋势平缓，但都满足指标规范要求；随着软化剂的增加，延度逐渐增大；随着乳化剂含量增大，针入度主将增大，当乳化剂配比为0.7:0.3时针入度达到最大值。
3.2稳定剂的剂量对沥青的影响
乳化沥青的生产过程中加入适量稳定剂，能明显改善乳液的储存稳定性，但稳定剂的加入也明显降低了沥青原材料的性能，尤其是延度指标，损失显著。因此确定合理的稳定剂剂量是关键。
3.3乳化剂含量对沥青性能的影响
乳化剂是乳化沥青生产的关键性原材料，虽然在乳液中所占比例较小，但在乳化沥青的生产、储存以及混合料施工过程中都起着相当重要的作用，它的性能直接影响到改性乳化沥青的分散性和稳定性。大体上，乳化剂对沥青材料性能的影响可分为四种类型：①使沥青原有性能提高；②使沥青保持原有性质；③使沥青原有性能略有降低；④使沥青原有性能大幅度降低。因此，乳化剂用量的确定不仅要考虑乳化效果，还要考虑两种乳化剂的配伍性。
通过实验表明，随着乳化剂剂量的增加，软化点随之减小，到0.3%时减到最小，在随着乳化剂的增加软化点又增高；随着乳化剂剂量的增加，延度逐渐减小，针入度逐渐增大。
4 主要结论
本文通过正交试验确定出影响改性乳化沥青性能指标的各因素，包括乳化剂配比、乳化剂含量、皂液PH 值、乳化温度等，从而确定高性能乳化沥青的最优方案，进而根据对比试验分析主要影响因素对高性能乳化沥青指标的影响，得到高性能乳化沥青的最佳制备方案。
当乳化剂用量增加时，沥青微滴表面的乳化剂吸附量增加，界面张力降低、界面膜的强度和乳化沥青胶粒表面电荷增加，便于乳化，同时能增加乳液稳定性，但乳化剂用量越多，会造成残留物延度、软化点下降。通过正交试验，得到本文最终优选方案为：乳化剂配方7：3，剂量为2.5%，皂液PH值为3~4，沥青温度150℃，稳定剂剂量0.2%。
参考文献：
［1］王丽娜，范维玉，南国枝等．沥青乳化剂及沥青乳液性能研究[J] ．石油大学学报(自然科学版)，2002，12
［2］王长安，吴育良，郭梅怡等．乳化沥青及其乳化剂的发展与应用[J] ．广州化学，2006，3
［3］严家极．道路建筑材料(第三版)．人民交通出版社，1996
［4］宋哲玉，徐培华．乳化剂对沥青材料性能影响研究．石油沥青，1997，12
［5］宋哲玉．乳化沥青生产原材料[J]．中国道路沥青，2003，12
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