乳化瀝青技術(shù)特點及其穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

`【摘要】本文結(jié)合我國公路建設(shè)現(xiàn)狀，分析了乳化瀝青組成、穩(wěn)定性機理及穩(wěn)定性影響因素，包括乳化瀝青組成、分類、作用機理、存儲穩(wěn)定性等，最后結(jié)合乳化瀝青冷再生的工程實踐及現(xiàn)階段面臨的主要問題，提出了從集料酸堿性和銑刨料潔凈程度兩個方面對乳化瀝青破乳速度影響的研究。

【關(guān)鍵詞】道路工程；瀝青路面；乳化瀝青；冷再生；破乳速度

【Abstract】In this paper， the composition of the emulsified asphalt， the mechanism of stability and the influencing factors of emulsified asphalt， including the composition， classification， mechanism and storage stability of emulsified asphalt， are analyzed in combination with the present situation of highway construction in China. Finally， combined with the engineering practice of emulsified asphalt The effect of emulsification and asphalt on the demulsification rate of emulsified asphalt was studied.

【Key words】Road engineering；Asphalt pavement；Emulsified asphalt；Cold regeneration；Demulsification rate

1. 引言

（1）近30年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)始終保持高速發(fā)展，截止到2016年底，我國高速公路已突破12.5萬公里，超過美國成為世界第一，公路網(wǎng)總里程也已突破450萬公里。自2015年后，我國新建公路里程數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于公路的養(yǎng)護(hù)里程數(shù)量，標(biāo)志著我國已經(jīng)從重建設(shè)開始轉(zhuǎn)向建養(yǎng)并重，并逐步向養(yǎng)護(hù)市場過度的階段。眾所周知，對于新建公路，熱瀝青是大量被采用，乳化瀝青往往作為封層和透層油等輔助材料使用；而對于養(yǎng)護(hù)市場而言，乳化瀝青則變成了主要采用的材料，尤其是在冷再生方面，乳化瀝青更是被廣泛采用。

（2）乳化瀝青是將熱熔的石油瀝青，經(jīng)過機械作用，以細(xì)小的微粒分散到含有乳化劑、助劑的水溶液中形成的水包油乳狀液。使用這種瀝青乳液修路時，無需加熱，可以在常溫狀態(tài)下進(jìn)行噴灑、灌入或拌合鋪筑，鋪筑各種結(jié)構(gòu)路面的面層和基層。乳化瀝青可冷態(tài)施工，具有節(jié)約能源，便利施工、節(jié)約瀝青，保護(hù)環(huán)境等許多的優(yōu)越性。尤其是高聚物改性乳化瀝青的性能比乳化瀝青的性能又有了本質(zhì)的提高，有使路面瀝青高溫不發(fā)軟和低溫不脆裂、防止高溫車轍和低溫裂縫的效果，不僅能大幅度改善瀝青路面層間結(jié)合狀況，減少使用過程中各種病害的發(fā)生，在道路養(yǎng)護(hù)中，特別是對高等級路面的養(yǎng)護(hù)具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2. 乳化瀝青組成

2.1瀝青材料在常溫下一般以半固體粘稠狀的形態(tài)存在，如果應(yīng)用在公路和鐵路工程中，就必須改變它的形態(tài)使其成為液態(tài)物質(zhì)，只有這樣才能便于在施工中噴灑或者與集料拌和。目前，使用瀝青成有三種方法：（1）將瀝青加熱（2）用溶劑稀釋瀝青（3）使用乳化瀝青。

2.2瀝青乳液是將瀝青加熱熔融，經(jīng)過膠體磨或剪切機的機械作用，瀝青被分散到含有乳化劑和穩(wěn)定劑的水溶液中形成細(xì)小的微粒。乳化瀝青在常溫條件下以呈液態(tài)形式存在。 乳化瀝青主要由瀝青、水和乳化劑三種物質(zhì)組成[5]，有時為了滿足乳化瀝青的一些特殊用途，仍需加入某些助劑以調(diào)整乳化瀝青的性能。此外，在制備過程中，適宜的乳化溫度，良好的乳化設(shè)備等都是不可或缺的條件[6]。

（1）瀝青。乳化瀝青的主要原料是瀝青，也是乳化瀝青用到鋪路等方面的最終形式。生產(chǎn)乳化瀝青用瀝青，除滿足滿足乳化要求，還必須應(yīng)用的要求外。目前各種標(biāo)號的道路瀝青，都可用于制備乳化瀝青，但硬瀝青乳化比較困難，工藝要求較高。

（2）水。水是瀝青分散的連續(xù)相。水質(zhì)對于乳化瀝青的性能有較大的影響。鈣、鎂離子的存在對生產(chǎn)陽離子乳化瀝青有利。若需制備更穩(wěn)定的乳液，可選CaCl2作為穩(wěn)定劑。相反鈣、鎂離子的存在對陰離子乳化瀝青是有害的，將導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定破乳。

（3）乳化劑。雖然乳化劑在瀝青乳液中所占的比例很小，但是它對乳化瀝青的制備、性能及施工均有較大的影響。故乳化劑的選擇是生產(chǎn)乳化瀝青最重要的一步。

（4）乳化溫度。流動狀態(tài)好的瀝青才能滿足生產(chǎn)乳化瀝青要求。熱瀝青溫度一般在110～150℃之間，標(biāo)號高溫度較低，標(biāo)號低溫度較高。由于瀝青與皂液乳化混和時瀝青放熱，若瀝青溫度過高，可能使皂液發(fā)泡、沸騰，造成乳化不良。為了防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，需根據(jù)以下公式計算出瀝青和乳化劑的溫度：

A·Ca（Ta- T）

式中：A——瀝青量；Ca——瀝青的比熱；W ——乳化液量；Ta——瀝青的溫度；

Tw——皂液溫度；Cw——水的比熱；T——水的沸點（一般按100℃計算）

（5）助劑。在生產(chǎn)乳化瀝青是經(jīng)常加入助劑來調(diào)整其性能。其中，無機鹽類（如NH4Cl，CaCl2等）、有機穩(wěn)定劑（羥乙基纖維素、聚氨酯等）常用于瀝青乳液中。同時保持乳液一定的酸堿度可以提高瀝青的乳化性能，故制備乳液時需加入一定量的堿性或酸性物質(zhì)，如HCl和NaOH等，創(chuàng)造乳化必須的酸堿性條件。

3 . 乳化瀝青的分類

（1）按乳化劑的離子類型分類。按乳化劑的離子類型可分為：陽離子型乳化瀝青、陰離子型乳化瀝青、非離子型乳化瀝青及兩性乳化瀝青等。

（2）按照使用用途分類。乳化瀝青按用途可分為：道路用、建筑用、農(nóng)用乳化瀝青等。每一大類的使用領(lǐng)域中，又可細(xì)分。

（3）按照破乳速度分類。按照破乳速度，乳化瀝青可以分為：快裂型、慢裂型和中裂型。每種乳化瀝青的應(yīng)用范圍都不同。

（4）按照工程用途分類。乳化瀝青按照工程用途可以分為拌和用和噴灑用乳化瀝青，如表1所示：

4. 乳化瀝青穩(wěn)定性機理分析

4.1乳化瀝青之所以能夠形成一種相對穩(wěn)定共存的共混體，其機理通常有四種理論來解釋，包括：（1）降低界面張力作用、（2）DLVO理論、（3）擴(kuò)散雙電層理論、（4）界面膜作用。其中，降低界面張力作用和界面膜作用理論常被提及。

4.2降低界面張力作用理論分為，在制備乳化瀝青時，瀝青分散到水中需要克服很大的界面張力。比如100℃下水的表面張力是58.6mN·m-1，而勝利100#瀝青（125℃）的表面張力是27.8mN·m-1，即瀝青與水的間界面張力大約是30.8mN·m-1，可見將瀝青分散到水中確實要克服相當(dāng)大的界面張力，加之瀝青被分散成很小的顆粒時其比表面積增加，使得產(chǎn)生的瀝青乳液具有很高的能量狀態(tài)，乳液不穩(wěn)定。能較大地降低水的表面張力、用于瀝青乳化時的添加劑叫做瀝青乳化劑，加入瀝青乳化劑可以極大的降低水與瀝青的界面張力，降低乳液的能量狀態(tài)。

4.3界面膜作用理論則認(rèn)為，在油/水體系中加入乳化劑后，界面張力降低，同時，必然在界面發(fā)生吸附，形成界面膜。界面膜有一定的強度，對分散的瀝青液滴有保護(hù)作用，使得液滴在相互碰撞時不宜聚結(jié)。界面膜的強度和緊密度取決于乳化劑的性能和用量。乳化劑用量適宜時，界面膜為比較緊密的、定向的吸附分子組成，膜強度較大，瀝青乳液液滴在聚結(jié)時受到的阻力較大，故形成的瀝青乳液穩(wěn)定性較好。一般而言，吸附分子相互作用大，則形成的界面膜強度較大；相互作用較小時，則膜強度較小。

5. 乳化瀝青穩(wěn)定性影響因素及其研究現(xiàn)狀

5.1乳化瀝青在制備過程中，瀝青要適宜乳化，制備的乳化瀝青具有較好的穩(wěn)定性，在工程應(yīng)用中乳化瀝青與集料接觸以后要有合適的破乳速度，滿足開放交通的要求，對于使用者來說要較好的平衡兩者之間的關(guān)系。對于乳狀液的形成和穩(wěn)定性，研究人員大多局限在特殊物系的研究，很多情況下一種物系得到的結(jié)論對于其他物系未必適用，因而還沒有形成一個比較完整的理論，在一定程度上，乳狀液的理論研究還處在解釋性質(zhì)階段。從乳化劑作用的角度，可將乳狀液的形成和穩(wěn)定原因分為以下方面[19]：（1） 降低了油水之間的界面張力；（2） 形成了擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)；（3）形成了具有一定強度的界面層膜； （4） 使乳液的黏度增加；（5）具有了一定的潤濕吸附作用。

5.2王紅等以中東原油生產(chǎn)的90號瀝青為原料，考察了乳化劑體系對乳化瀝青儲存穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，乳化劑的分子結(jié)構(gòu)不同，對穩(wěn)定性的影響不同。由于乳化劑的影響瀝青顆粒表面帶有一定的電荷，由于電荷的排斥作用而形成穩(wěn)定的瀝青乳液。而且，乳化瀝青的粘度越大，其穩(wěn)定性較好。朱莉通過對乳液及混合料中存在的各種物質(zhì)形態(tài)及相互間作用機理的分析，著重從電荷方面論述了骨料及各種添加劑對陽離子乳化瀝青破乳速度計混合料早期強度的影響。宋哲玉等根據(jù)乳化劑分子化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點對陽離子乳化瀝青和陰離子乳化瀝青的破乳機理分別進(jìn)行了初步研究和探討。陰陽離子乳化劑結(jié)構(gòu)的不同決定了使用其制備乳化瀝青機理的不同。肖晶晶等研究了乳化劑劑量、外加水量、水泥、溫度等因素對可拌合時間的影響。結(jié)果表明，隨著乳化劑劑量、外加水量的增加，混合料可版和時間延長；隨著溫度的升高，混合料可拌和時間縮短；而水泥對混合料可拌合時間的影響較為復(fù)雜，可以促破，也可以緩破。

5.3綜上，影響乳化瀝青穩(wěn)定性、破乳速度等的因素很多，目前國內(nèi)外的研究主要集中在乳化劑、助劑的類型及用量，乳化瀝青制備工藝條件，集料的類型和性質(zhì)，溫度、濕度、攪拌工藝等施工條件等。

6. 結(jié)語

筆者認(rèn)為，今后我國大量采用乳化瀝青的領(lǐng)域在于公路路面冷再生項目，對于這類項目而言，乳化瀝青的破乳速度和強度形成時間至關(guān)重要，是冷再生項目成敗的關(guān)鍵。因此，應(yīng)該從原材料（集料和銑刨料）特性出發(fā)，加強集料酸堿性和銑刨料潔凈程度等對乳化瀝青破乳速度及其早期強度的影響研究是十分必要的。

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[文章編號]1619-2737（2017）06-18-535

[作者簡介] 王明鋒（1963.10-），男，籍貫：貴州晴隆人，職稱：高級工程師，工作單位：貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司。