一种新型阴离子乳化沥青的研制

荀武举，吴长龙，申凯华，李 杨

（1. 大连市建筑科学研究设计院股份有限公司，辽宁 大连 116021；　 2. 大连理工大学， 辽宁 大连 116024）



一种新型阴离子乳化沥青的研制

荀武举1，吴长龙1，申凯华2，李 杨2

（1. 大连市建筑科学研究设计院股份有限公司，辽宁 大连 116021； 2. 大连理工大学， 辽宁 大连 116024）

摘 要：为了制备乳化效果佳和性能稳定的阴离子乳化沥青，首先对阴离子乳化沥青乳化工艺进行了研究；然后复配不同的乳化剂，并评价乳化效果。阴离子乳化沥青三大指标较基质沥青有明显改善。新型阴离子乳化沥青具有工艺简单、乳化效果佳、贮存稳定性好、耐高/低温性能好等优点，可应用于高铁、桥梁、道路等工程中。

关 键 词：阴离子乳化沥青；乳化效果；贮存稳定性；耐高温性能；耐低温性能

乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法（乳化），扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的道路建筑材料［1］。乳化沥青性能对乳化沥青水泥砂浆性能起着决定性的作用，目前国内乳化沥青产品主要存在破乳偏快、温度适应性差、贮存稳定性差等问题［2］，为了克服这些问题，本文准备研制一种阴离子乳化沥青，选取阴离子乳化剂等原材料，针对乳化工艺、乳化剂种类、乳化沥青性能等方面开展系统研究。

1 实验部分

1.1 实验药品和仪器

1.1.1 实验药品

（1）OP-10，化学纯，天津博迪化工股份有限公司；

（2）NP-20，临沂市兰山区绿森化工有限公司；

（3）NP-40，临沂市兰山区绿森化工有限公司；

（4）阴离子乳化剂A，自制；

（5）十二烷基苯磺酸钠（SDBS，下同），分析纯，天津市光复精细化工研究所；

（6）氢氧化钠，分析纯，天津博迪化工股份有限公司；

（7）有机硅液体消泡剂，自制；

（8）丁苯胶乳，SR，德国产；

（9）90#沥青，大连公路集团。

1.1.2 实验仪器

（1）弗鲁克高剪切分散乳化机，FM300，弗鲁克流体机械制造有限公司；

（2）电热鼓风干燥箱，DHG-9140A，上海一恒科学仪器有限公司；

（3）激光粒度仪，DTS 5101，马尔文仪器有限公司；

（4）游标卡尺，无锡锡工量具有限公司；（5）稳定性试验管，SYD-0656，河北精威试验仪器有限公司；

（6）全自动针入度仪，SYD-2801E，无锡市华南实验仪器有限公司；

（7）全自动沥青软化点试验器，SYD-2806E，无锡市华南实验仪器有限公司；

（8）自动恒温双数显沥青延伸度仪，SY-1.5B，天津科宇试验仪器厂。

1.2 乳化沥青性能测试

乳化沥青相关性能测试按GB/T 19627-2005《粒度分析～光子相关光谱法》、JTJ 052-2000 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》、《客运专线铁路CRTSTT型板式无砟轨道混泥土轨道板暂行技术条件》进行。

2 阴离子乳化沥青的制备

2.1 乳化剂的复配

复配乳化剂占乳化沥青总量（以质量计，下同）2%左右，将乳化剂完全溶解于去离子水后所得水溶液占乳化沥青总量的40%左右，90#基质沥青则占乳化沥青总量的60%左右［3］。乳化剂配比见表1。

表1 乳化剂配比Table 1 Emulsifier ratio

2.2 阴离子乳化沥青的制备

称取一定量水于容器中，加入非离子表面活性剂OP-10，然后加入SDBS并搅拌溶解，再加入阴离子表面活性剂A，用氢氧化钠调节溶液pH值为9～10，得到乳化剂水溶液［4］；将乳化剂水溶液加热至60～65 ℃，在高剪切分散乳化机的作用下（转速5 000 r/min），缓慢加入预先加热至130～135 ℃的沥青，加料完后继续乳化2～3 min，最后在室温条件下自然冷却，用10目筛网过滤后即得阴离子乳化沥青。

3 结果与讨论

3.1 阴离子乳化沥青性能

3.1.1 粒径的研究

乳化沥青的粒径是评价乳化效果的重要指标，也是对所复配的乳化剂乳化能力的间接体现。乳化沥青粒径越小、分布越集中则表示乳化剂对基质沥青的乳化效果越好，反之，则表示乳化效果越差。如表2所示为乳化沥青平均粒径的测试结果。

表2 平均粒径测试Table 2 Average particle size test

由表2数据可知：用NP-20部分取代OP-10后，基质沥青乳化效果得到改善，II#～V#乳化沥青粒径较I#趋于缩小，可见加入NP-20可提高复配乳化剂的乳化能力，但加入比例不应过大。

3.1.2 贮存稳定性的研究

乳化沥青的贮存稳定性是评价乳化效果的另一重要指标。在复配的乳化剂中，乳化剂除了具有乳化的作用外，还具有分散、稳定的作用，同时，各组分乳化剂的HLB值不同，能够满足基质沥青复杂成分对乳化的要求；调节乳化剂水溶液的pH值（碱性），可增加溶液的离子强度，这样在乳化时既能改善乳化效果，又能增加沥青乳液的稳定性［5］。如表3所示为乳化沥青贮存稳定性（5 d）的测试结果。

表3 贮存稳定性测试Table 3 Storage stability test

由表3中数据可知：I#乳化沥青试样稳定性最好，V#乳化沥青试样稳定性最差；表中乳化沥青试样由上到下，是在OP-10与NP-20总量一定的前提下，逐渐减少OP-10的比例而得到的，从贮存稳定性测试值数据来看，由上到下依次递增，这表明随着OP-10用量的减少，乳化沥青试样的贮存稳定性逐渐变差，在OP-10用量减少到一定程度时，最终导致乳化沥青试样因贮存稳定性较差而不满足施工使用的要求。因此，加入OP-10对增加体系的稳定性是有帮助的。

3.1.3 筛上剩余量、残留物含量研究

筛上剩余量是对乳化沥青中所含大颗粒物质含量的测定，同时也是对基质沥青乳化效果的间接测试。残留物含量是对沥青乳液固含量的测定，控制一定的固含量是保证乳化沥青性能的前提条件。如表4所示为乳化沥青筛上剩余量、残留物含量的测试结果。

表4 筛上剩余量、残留物含量测试Table 4 Residual capacity and residue content of the screen

3.2 乳化沥青蒸发残留物性能

3.2.1 针入度的研究

沥青三大指标包括针入度、软化点及延度，针入度主要反映沥青的温度敏感性，软化点主要反映沥青的高温性能，而延度则主要反映沥青的低温性能。

对基质沥青来说，针入度值并非越大或越小越好，而应当与施工地区的气候温度环境相适应。针入度越大，则表示其对温度的敏感性越高，适合在温度较低的地区应用；反之，则表示其对温度的敏感性越低，适合在温度较高的地区应用。如表5所示为乳化沥青针入度的测试结果。

表5 针入度测试Table 5 Penetration test

由表5中数据可知：I#～V#乳化沥青试样的针入度测试值均较90#基质沥青针入度测试值小，这表明乳化沥青中由于乳化剂的加入，使得乳化沥青的温度敏感性降低；在I#～V#乳化沥青试样中，OP-10用量比例逐渐降低，NP-20用量比例逐渐增加，所对应的针入度值先逐渐减小，后又逐渐增加，说明加入NP-20对改善基质沥青的温度敏感性是有帮助的，但加入的比例不应过大。

3.2.2 软化点研究

软化点是对沥青高温性能的度量。由于基质沥青在夏季高温时受热会逐渐变软而失去抗变形能力，这样就容易导致沥青路面产生车辙、推移等损害，因此，需要改善基质沥青的高温性能。沥青的软化点越高，则表示其耐高温性能越好，在夏季高温条件下使用时沥青越稳定，越不易产生变形，反之，则表示其耐高温性能越差，在夏季高温条件下使用时越易产生变形。如表6所示为乳化沥青软化点的测试结果。

表6 软化点测试Table 6 Softening point test

由表6中数据可知：I#～V#乳化沥青试样的软化点测试值均较基质沥青软化点测试值高，这表明乳化沥青中由于乳化剂的加入，使得乳化沥青的耐高温性能得到改善；在I#～V#乳化沥青试样中，OP-10用量比例逐渐降低，NP-20用量比例逐渐增加，所对应的软化点测试值先逐渐升高（II#最高），后又减小，这说明加入NP-20有利于改善基质沥青的耐高温性能。

3.2.3 延度的研究

延度是对沥青低温性能的度量。由于基质沥青在低温抗开裂性能方面的不足，在冬季使用过程中会产生开裂现象，因此，需要改善基质沥青的低温性能。沥青的延度值越大，则表示其低温性能越好，在冬季低温条件下使用时沥青之间的粘结性越强，越不易开裂，反之，则表示其低温性能越差，在冬季低温条件下使用时越易开裂。如表7所示为乳化沥青延度的测试结果。

表7 延度测试Table 7 Extension test

由表7中数据可知：I#～V#乳化沥青试样的延度测试值均较90#基质沥青延度测试值大，这表明乳化沥青中由于乳化剂的加入，使得乳化沥青的低温性能得到改善。

在I#～V#乳化沥青试样中，OP-10用量比例逐渐降低，NP-20用量比例逐渐增加，所对应的延度值先逐渐减小，后又增加，说明加入OP-10比NP-20更有利于改善基质沥青的低温性能。

4 结 论

（1）通过对乳化沥青性能的研究可知：使用阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂提高了乳化沥青的稳定性， NP-20的加入可改善乳化沥青的乳化效果，但加入比例过大会产生消极影响；OP-10用量比例的增加会增加乳化沥青的贮存稳定性。

（2）与基质沥青相比，本文研制的阴离子乳化沥青蒸发残留物的三大指标均得到明显改善，即温度敏感性降低（针入度降低），耐高低温性能提高（即软化点延度提高），耐低温性能的改善最为明显。

（3）不同乳化剂配比在改善乳化沥青某一方面性能的同时，可能会导致其他方面性能的下降，因此，需要结合应用地区的实际环境要求来进行具体分析，以取得满意应用效果。

（4）本文制备的新型阴离子乳化沥青具有乳化效果佳、贮存稳定性好、耐高/低温性能好、制备方法简单等特点，有利于节能减排和环境保护。

参考文献：

［1］何华武.无砟轨道技术［M］.北京：中国铁道出版社，2005.

［2］奚韶珍.国内外水泥乳化沥青砂浆研究现状［J］.建材世界， 2012，33（3）：49-52.

［3］申凯华.阳离子乳化剂结构和表面活性与乳化沥青应用性能的研究［C］. 第六届全国路面材料及新技术研讨会论文集，北京：中国公路学会，2005.

［4］梁春华.高分散性阴离子乳化剂及其水泥—沥青体系研究［D］.大连：大连理工大学，2011.

［5］Shuguang H， Yunhua Z， Fazhou W. Effect of temperature and pressure on the degradation of cement asphalt mortar exposed to water［J］. Construction and Building Materials，2012，34：570-574.

Development of a New Type of Anionic Emulsified Asphalt

XUN Wu-Ju1，WU Chang-long1，SHENG Kai-hua2，LI Yang2
（1. Dalian Architectural Science Research&Designing Institute Co.，Ltd.，Liaoning Dalian 116021， China；2. Dalian University of Technology， Liaoning Dalian 116024， China）

Abstract:In order to prepare anionic emulsified asphalt with good emulsifying effect and stable performance， the emulsion process of anionic emulsified asphalt was studied， and then different emulsifiers were mixed， and their emulsification effect was evaluated. The three indexes of anionic emulsified asphalt are improved obviously compared to the matrix asphalt. The new anionic emulsified asphalt has many advantages， such as simple production process，good emulsification effect， good storage stability， and so on. So it can be used in high-speed rail， bridges， roads and other projects.

Key words:Anionic emulsified asphalt； Emulsifying effect； Storage stability； High temperature resistance； Low temperature resistance

中图分类号：TE 624

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）02-0231-03

基金项目：大连市建委科技计划项目，项目号：201301。

收稿日期：2015-11-23

作者简介：荀武举（1978-），男，辽宁大连人，高级工程师，硕士，2001年毕业于大连理工大学高分子化工专业，研究方向：从事高分子材料研究。E-mail：xwjsea@163.com。