乳化劑對乳化瀝青性能影響分析

汪生忠

（甘肅省公路管理局，甘肅 蘭 州 7 30030）

乳化劑對乳化瀝青性能影響分析

汪生忠

（甘肅省公路管理局，甘肅 蘭 州 7 30030）

采用不同的陽離子乳化劑CH-R、GY-2、MQ-S，變化其劑量制備不同乳化瀝青，對乳液乳化效果、標準粘度及蒸發殘留物性能進行試驗研究，結果表明，CH-R型乳化劑用量為0.8%和GY-2型乳化劑用量為0.3%時，乳化瀝青乳化效果較好，對應的乳化瀝青性能相對較佳。同時，進行不同乳化瀝青與不同集料的粘附性試驗，試驗結果表明使用堿性集料使得乳化瀝青的破乳速度和凝固速度明顯加快，集料與瀝青之間具有較強的粘結力，稀漿混合料整體具有良好的柔韌性。

乳化瀝青；乳化劑；蒸發殘留物；性能指標

0 引 言

乳化瀝青由于施工簡單、現場不需加熱、節省能源、減少環境污染等一系列優點，在瀝青路面維修與養護中顯示了其特有的優越性。瀝青材料不溶于水也不與水混合，但在乳化劑作用下通過高速攪動或剪切作用，將瀝青剪切成微小顆粒，分散在有乳化劑作用的表面活性物質的水溶液中，則可獲得一種均勻分散膠體。在乳化瀝青使用中，瀝青乳液只是在使用過程中的一種暫存形式，即過渡狀態，當破乳之后，水分被析出，瀝青又恢復自身的原有狀態，在水分析出后，乳化劑仍然殘留在瀝青材料中，殘留的乳化劑對瀝青材料路用性能影響是研究乳化瀝青的關鍵。

本文選用CH-R、GY-2、MQ-S三種乳化劑（以A、B、C表示）、鎮海70#基質瀝青分別制備乳化瀝青，對乳液的乳化效果及蒸發殘留物性能進行試驗分析，深入研究乳化劑對乳化瀝青性能影響規律。

1 原材料與試驗方案

1.1 試驗原材料

基質瀝青為鎮海70#，乳化劑選用CH-R、GY-2、MQ-S三種乳化劑，集料為石灰巖和輝綠巖，乳化瀝青生產采用60：40的油水比。

1.2 試驗方案

在其他試驗條件不變的情況下，采用不同乳化劑及不同用量制備乳化瀝青，并對所得乳液的標準粘度、蒸發殘留物的延度、軟化點、針入度等性能指標進行測試，研究乳化劑對乳化瀝青性能影響，試驗方法按照規范進行。

2 乳化劑對乳化瀝青性能的影響

2.1 乳化機理

乳化劑之所以能將常溫下呈半固態的瀝青制備成常溫下呈液態的瀝青乳液，是因為乳化劑由親水的極性基和親油的非極性基所構成。當乳化劑水溶液與瀝青混合后，乳化劑分子的親油基迅速插入瀝青微粒中，而親水基則插入水中。每個瀝青微粒表面層被許多個乳化劑分子包圍，形成一層界面膜。包圍瀝青微粒的乳化劑分子越多，界面膜越致密，膜的強度越高，對界面張力的降低作用越強。同時，界面膜外層排布的乳化劑分子親水基可以與水分子以氫鍵的方式締合，在界面膜表面形成一層牢固的水合層，親水基越多，親水性越強，則結合的水分子數目越多。界面膜外層乳化劑分子親水基在水中電離后帶有相應的電荷，又形成界面電荷層。乳化劑分子電離度越高，所帶電荷數目就越多，界面電荷層就越強，同性相斥，加大了瀝青聚結的阻力。界面膜、水合層、界面電荷層使瀝青在水中乳化、分散并保持相對穩定。

2.2 乳化劑對乳化瀝青粘度影響

試驗采用油水比為60:40，對摻加不同乳化劑及劑量的乳化瀝青分別在20℃、40℃和60℃標準粘度進行測試，結果見圖1和圖2。

由圖1和圖2可知，隨著溫度的升高，兩種乳液的粘度明顯降低，乳液變稀，流動性增強；隨著乳化劑劑量增加，兩種乳液粘度增加，乳液變稠。試驗過程中發現，當乳化劑劑量較低時，乳液較稀，流動性很強，流速較快；當乳化劑劑量較大時，所得乳液顆粒性較強，流動性差；只有在乳化劑劑量適宜時，乳液才能均勻連續地通過標準粘度計流孔。按照規范要求，試驗中GH-R乳化劑劑量選擇偏高，僅僅在大于0.6%時滿足，而對于GY-2乳化劑，摻量大于0.3%時即可滿足要求。

圖1 GH-R乳化劑改性乳化瀝青標準粘度

圖2 GY-2乳化劑改性乳化瀝青標準粘度

2.3 乳化劑對蒸發殘留物指標影響

試驗采用油水比60：40，對摻加不同乳化劑的乳化瀝青蒸發殘留物指標進行測試，乳化劑劑量按照各自最佳用量摻加，試驗結果見圖3。

圖3 不同乳化劑改性乳化瀝青蒸發殘留物指標

圖3顯示，A型（CH-R）、B型（GY-2）、C型（MQ-S）三種乳化劑的乳化瀝青蒸發殘留物軟化點差別不大，針入度最大差值為10（0.1 mm）左右，影響最敏感的是延度，最大差值達40 cm，而延度是表征瀝青韌性及低溫性能的重要指標，因此在對延度有特殊要求尤其是低溫地區使用乳化瀝青時需慎重選擇乳化劑類型。

除乳化劑類型外，乳化劑劑量同樣對蒸發殘留物指標有重要影響，不同乳化劑劑量的乳化瀝青蒸發殘留物性能見圖4。

圖4 不同乳化劑劑量的蒸發殘留物指標

從圖4可以看出，隨著乳化劑劑量增加，A型（CH-R）乳化劑的乳化瀝青蒸發殘留物5℃延度值增大，B型 (GY-2)乳化劑的乳化瀝青蒸發殘留物5℃延度值則降低；軟化點變化規律和延度相同，而針入度變化規律則相反。由此可見，為了使得乳化瀝青具有良好的性能，對A型(CH-R)乳化劑而言需取其用量上限，而對B型(GY-2)乳化劑則取其用量下限。

4 集料對乳化瀝青粘附性影響

乳化瀝青與不同石料的粘附性均有差異，經粘附性試驗和拌和試驗表明，對于棱角明顯、壓碎值較小的集料，粘附性能較好，經長時間拌和，瀝青與石料的裹附比較好，未發現瀝青剝落現象。而用扁平料偏多、細料含量大的石料做粘附性試驗，其結果較差。做稀漿混合料拌和試驗后，經車輪磨耗試驗，石料破碎較多，并且部分瀝青膜脫落，不適合拌和使用，尤其不適用于稀漿封層用料。

陽離子乳化瀝青通常顯酸性或中性，若采用酸性的石料，則石料不會加快乳化瀝青凝固，同時酸性石料與酸性的乳化瀝青的粘附性也較差；若采用堿性的石料，則可加快乳化瀝青的凝固速度，粘附性也好。

試驗采用CH-R型和GY-2型乳化劑的乳化瀝青，采用輝綠巖，通過調整乳化劑的類型和劑量，進行乳化瀝青的凝固性試驗，同時進行乳化瀝青與輝綠巖、石灰巖的試驗比較，旨在得到最佳的乳化劑類型和劑量，試驗結果見圖5～圖8。

試驗結果表明上述的兩種不同乳化瀝青采用灰綠巖碎石拌合時，乳化瀝青的破乳和凝結速度均較慢，乳化瀝青破乳凝固后，瀝青與碎石之間為脆性連接；采用石灰巖碎石時，乳化瀝青的破乳速度和凝固速度明顯加快，集料與瀝青之間具有較強的粘結力并且整體具有良好的柔韌性。

圖5 CH-R型乳化劑乳化瀝青拌輝綠巖碎石

圖6 CH-R型乳化劑乳化瀝青拌石灰巖碎石

圖7 GY-2型乳化劑乳化瀝青拌輝綠巖碎石

圖8 GY-2型乳化劑乳化瀝青拌石灰巖碎石

5 結語

通過本文試驗研究，主要得到如下主要結論：

（1）不同乳化劑及不同用量對乳化瀝青的乳化效果顯著，隨著乳化劑用量增加，乳化能力增加，乳化效率及質量提高，但過多的乳化劑會增加成本，并因過多乳化劑存在與瀝青中，會影響乳化瀝青破乳后性能。

（2）乳化瀝青粘度和殘留物的性能對乳化劑類型及用量敏感，CH-R型乳化劑為0.8%和GY-2型乳化劑為0.3%時，乳化瀝青的性能較佳。

（3）集料特性及表面構造對乳化瀝青破乳及黏附性有重要影響，使用乳化瀝青碎石封層或纖維碎石封層時，采用棱角性好、具有較小壓碎值并呈堿性的石料為宜。

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U416.2

A

1009-7716（2017）01-0149-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.043

2016-10-26

汪生忠（1971-），男，甘肅定西人，高級工程師，從事高等級公路管理與養護工作。