乳化條件對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

楊炎生，柳 浩，李恩光，董雨明

（北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司，北京102600）

乳化條件對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

楊炎生，柳 浩，李恩光，董雨明

（北京市政路橋建材集團(tuán)有限公司，北京102600）

考察了制備工藝（乳化溫度和磨出口壓力）、乳化劑用量和改性瀝青中SBS含量對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響。通過激光粒度儀測(cè)定高黏改性乳化瀝青平均粒徑，探討高黏改性乳化瀝青平均粒徑與其儲(chǔ)存穩(wěn)定性的相關(guān)性。結(jié)果表明：高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值隨乳化溫度的升高和改性瀝青中SBS含量的增加均呈先降低后增加趨勢(shì)，隨膠體磨出口壓力和乳化劑用量的增加均呈先降低后趨于變緩趨勢(shì)；高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值與其平均粒徑呈正相關(guān)。在優(yōu)化工藝條件下，即SBS改性瀝青溫度為165℃、乳化劑溶液溫度為55℃、磨出口壓力為0.2MPa、乳化劑用量為0.4%及改性瀝青中SBS含量為3.2%時(shí)，制備出的高黏改性乳化瀝青已成功應(yīng)用在2014年和2016年的西長(zhǎng)安街大修工程中。

高黏改性乳化瀝青 儲(chǔ)存穩(wěn)定性 平均粒徑 SBS 黏度

層間結(jié)合質(zhì)量是影響瀝青路面使用壽命的重要因素［1－2］，乳化瀝青、熱瀝青、稀釋瀝青等常被用作黏層油。乳化瀝青因具有節(jié)能降耗、常溫施工、延長(zhǎng)施工季節(jié)、減少環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的關(guān)注［3－4］，在道路施工中被廣泛采用。現(xiàn)在市售作為黏層油的乳化瀝青多為SBR改性乳化瀝青或普通乳化瀝青。普通乳化瀝青穩(wěn)定性差，黏結(jié)能力有限；SBR改性乳化瀝青在一定程度上提高了黏層的高溫性能和黏結(jié)力，但提高幅度有限。對(duì)于層間黏結(jié)要求較高的路況，難以滿足要求。如原路面加鋪薄層罩面、水泥路面加鋪高黏高彈改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層、橋面鋪裝層、重載路段、長(zhǎng)大縱坡路段等，有些路面通車不久就會(huì)發(fā)生擁包、推擠、層間滑移等損壞，嚴(yán)重破壞路面的整體性和結(jié)構(gòu)受力［2，5］。因此，研發(fā)一種黏度大且黏結(jié)力強(qiáng)的高黏改性乳化瀝青顯得尤為重要。由于SBS改性瀝青具有黏度大、黏結(jié)力強(qiáng)及高低溫性能良好的特性，以此制成的高黏改性乳化瀝青抗裂性和耐疲勞性良好，具有很好的應(yīng)用前景［6－8］。

相對(duì)于重交通道路瀝青來說，SBS改性瀝青黏度大、軟化點(diǎn)高、較難乳化，且乳化后儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差，這嚴(yán)重制約了其推廣應(yīng)用［9］。為此，本研究主要考察制備工藝（乳化溫度和膠體磨出口壓力）、乳化劑用量、改性瀝青中SBS含量對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響，并對(duì)高黏改性乳化瀝青粒徑進(jìn)行測(cè)定，探討粒徑與其儲(chǔ)存穩(wěn)定性的關(guān)系。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

SBS改性瀝青的基本性質(zhì)見表1，乳化劑為陽離子快裂乳化劑。

表1 SBS改性瀝青的基本性質(zhì)

1.2 高黏改性乳化瀝青制備

將分別預(yù)熱到設(shè)定溫度的SBS改性瀝青和乳化劑溶液按固定的配比同時(shí)泵送進(jìn)膠體磨，產(chǎn)品經(jīng)過換熱系統(tǒng)，并保持一定的磨出口壓力，待系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后接取高黏改性乳化瀝青產(chǎn)品。

1.3 高黏改性乳化瀝青性能分析

按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中試驗(yàn)方法檢測(cè)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性（儲(chǔ)存穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果數(shù)值越小，儲(chǔ)存穩(wěn)定性越好）及其它性能指標(biāo)；高黏改性乳化瀝青的平均粒徑采用珠海歐美克POP（6）型激光粒度儀進(jìn)行測(cè)量，用D（4，3）表示其體積平均粒徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備工藝對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

在乳化劑用量為0.4%，改性瀝青中SBS含量為3.2%條件下，考察制備工藝（包括乳化溫度和膠體磨出口壓力）對(duì)SBS改性瀝青乳化后儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響。

2.1.1 乳化溫度在膠體磨出口壓力為0.2 MPa條件下，考察乳化溫度對(duì)SBS改性瀝青乳化后儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響，其中在考察SBS改性瀝青溫度的影響時(shí)，乳化劑溶液的溫度為55℃。圖1為乳化溫度對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響。圖1表明：隨SBS改性瀝青和乳化劑溶液溫度升高，高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值和平均粒徑變化趨勢(shì)相同，均呈現(xiàn)先降低后增加趨勢(shì)，二者呈正相關(guān)，這是因?yàn)槿榛瘻囟容^低時(shí)，SBS改性瀝青黏度較大，難以分散，乳化后平均粒徑較大，儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差；隨乳化溫度升高，SBS改性瀝青的黏度降低，分散難度減小，乳化后平均粒徑變小，儲(chǔ)存穩(wěn)定性變好；而溫度過高，乳化過程易產(chǎn)生爆沸現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品溫度較高，加速高黏改性乳化瀝青中改性瀝青顆粒聚結(jié)的趨勢(shì)，使其平均粒徑增大，儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差。從圖1（a）可以看出，SBS改性瀝青溫度從165℃升至175℃，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性沒有明顯改善，且升高溫度會(huì)增加生產(chǎn)成本，因此較優(yōu)的SBS改性瀝青溫度為165℃。從圖1（b）可以看出，較優(yōu)的乳化劑溶液溫度為55℃。

2.1.2 膠體磨出口壓力在SBS改性瀝青和乳化劑溶液溫度分別為165℃和55℃的條件下，考察膠體磨出口壓力對(duì)高黏改性乳化瀝青性能影響，結(jié)果見圖2。圖2表明：膠體磨出口壓力為0.10～0.30MPa時(shí)，隨壓力升高，高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值和平均粒徑均呈先降低后趨于穩(wěn)定趨勢(shì)；當(dāng)出口壓力大于0.2MPa時(shí)，其對(duì)高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響不大，且壓力過大對(duì)設(shè)備的損害也較大，因此較為合適的磨出口壓力為0.2MPa，因?yàn)殡S膠體磨出口壓力增加，減小了水的汽化，使高黏改性乳化瀝青聚結(jié)破乳的速率下降，從而使其平均粒徑變小，儲(chǔ)存穩(wěn)定性變好；當(dāng)壓力增大到一定程度后，這種作用減弱，對(duì)高黏改性乳化瀝青平均粒徑已沒有太大影響。

2.2 乳化劑用量對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

圖1 乳化溫度對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響

圖2 膠體磨出口壓力對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響

在SBS改性瀝青和乳化劑溶液溫度分別為165℃和55℃、磨出口壓力為0.2MPa和改性瀝青中SBS含量為3.2%的條件下，考察乳化劑用量對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響，結(jié)果見圖3。圖3表明：乳化劑用量為0.2%～0.5%時(shí)，隨乳化劑用量增大，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值和平均粒徑均呈先降低后趨于平緩趨勢(shì)；當(dāng)乳化劑用量為0.4%時(shí)，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性已趨于穩(wěn)定，而乳化劑用量過高會(huì)增加成本，因此較優(yōu)的乳化劑用量為0.4%。這是因?yàn)殡S乳化劑用量增大，油水界面張力降低［10］，乳化效果增強(qiáng)，SBS改性瀝青更易被分散，粒徑變小，從而使儲(chǔ)存穩(wěn)定性得到改善；當(dāng)乳化劑用量增大到一定程度后，油水界面張力變化趨于平緩，導(dǎo)致平均粒徑減小的趨勢(shì)也變緩，儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善的程度趨于平緩。另外，乳化劑用量增大，高黏改性乳化瀝青中改性瀝青顆粒表面電荷增強(qiáng)，改性瀝青顆粒間的靜電斥力增加，使其不易聚集沉降，從而改善其儲(chǔ)存穩(wěn)定性［11］。

2.3 改性瀝青中SBS含量對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

圖3 乳化劑用量對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響

在SBS改性瀝青和乳化劑溶液溫度分別為165℃和55℃、磨出口壓力為0.2MPa及乳化劑用量為0.4%的條件下，考察改性瀝青中SBS含量對(duì)高黏改性乳化瀝青性能影響，結(jié)果見圖4。圖4表明：改性瀝青中SBS含量為2.8%～4.0%時(shí)，隨SBS含量增加，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值呈先降低后增加的趨勢(shì)，說明其儲(chǔ)存穩(wěn)定性呈先變好后變差；當(dāng)w（SBS）不大于3.2%時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值和乳液中改性瀝青顆粒平均粒徑呈降低趨勢(shì)；當(dāng)w（SBS）大于3.2%時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值和乳液中的改性瀝青顆粒粒徑呈增加趨勢(shì)，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差；這是因?yàn)閣（SBS）增加到一定程度時(shí)，SBS改性瀝青的黏度較大，乳化時(shí)分散的難度增加，導(dǎo)致其平均粒徑變大，從而使其儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差。圖4表明，較為適宜的SBS含量為3.2%。

2.4 高黏改性乳化瀝青性能分析及應(yīng)用

圖4 改性瀝青中SBS含量對(duì)高黏改性乳化瀝青性能的影響

根據(jù)上述儲(chǔ)存穩(wěn)定性研究確定的優(yōu)化工藝條件制備高黏改性乳化瀝青，即SBS改性瀝青溫度為165℃，乳化劑溶液溫度為55℃，磨出口壓力為0.2MPa，乳化劑用量為0.4%，改性瀝青中SBS含量為3.2%，按照Q/SZLQGF01—2014《高黏高彈改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》）要求對(duì)高黏改性乳化瀝青的相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表2。

表2 高黏改性乳化瀝青性能指標(biāo)

表2表明，高黏改性乳化瀝青的各項(xiàng)性能均滿足《驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的要求，且儲(chǔ)存穩(wěn)定性好、黏度大、軟化點(diǎn)高、彈性恢復(fù)能力強(qiáng)，在2014年和2016年成功應(yīng)用于西長(zhǎng)安街大修工程中。

3 結(jié) 論

（1）高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨乳化溫度升高以及改性瀝青中SBS含量的增加均呈先降低后增加趨勢(shì)，隨膠體磨出口壓力和乳化劑用量的增加均呈先降低后趨于變緩趨勢(shì)。

（2）制備工藝（乳化溫度、膠體磨出口壓力）和乳化劑用量對(duì)高黏改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響表明，高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性數(shù)值與其平均粒徑呈正相關(guān)。

（3）高黏改性乳化瀝青最佳制備工藝條件為：SBS改性瀝青溫度為165℃，乳化劑溶液溫度為55℃，膠體磨出口壓力為0.2MPa，乳化劑用量為0.4%，改性瀝青中SBS含量為3.2%。

（4）在最佳工藝條件下制備出了各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足《高黏高彈改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中高黏改性乳化瀝青的要求，且其儲(chǔ)存穩(wěn)定性較優(yōu)、黏度大、軟化點(diǎn)高。

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EFFECT OF EMULSIFICATION CONDITIONS ON STORAGE STABILITY OF HIGH VISCOSITY MODIFIED ASPHALT EMULSION

Yang Yansheng，Liu Hao，Li Enguang，Dong Yuming
（Beijing Municipal Road ＆Bridge Building Materials Group Co.Ltd.，Beijing102600）

The effects of preparation conditions such as emulsion temperature and emulsifier solution，outlet pressure of colloid mill，emulsifier content as well as SBS content in modified asphalt on the storage stability of high viscosity modified asphalt emulsion（HVMAE）were investigated.The relations between average size of high viscosity emulsified asphalt and storage stability were studied by laser particle analyzer.The results show that the storage stability of HVMAE firstly decreases and then increases as emulsion temperature and SBS dosage increases，but reduces first followed by a slow decline trend with the increase of outlet pressure of colloid mill，indicating apositive relations of storage stability with average particle size.Under the optimum conditions：SBS modified asphalt at 165℃，emulsifier solution temperature of 55℃，outlet pressure of colloid mill 0.2MPa，dosage of emulsifier 0.4%and SBS content in modified asphalt 3.2%，the prepared HVMAE was applied successfully in overhaul project for Beijing west Chang’an Avenue in 2014and 2016.

high viscosity modified emulsified asphalt；storage stability；average particle size；SBS；viscosity

2016－11－28；修改稿收到日期：2016－12－27。

楊炎生，工學(xué)博士，主要從事特種改性瀝青、乳化瀝青及相關(guān)方向的研究工作。

楊炎生，E－mail：yys＿upc＠163.com。