乳化剂对乳化沥青性能影响分析

汪生忠

（甘肃省公路管理局，甘肃 兰 州 7 30030）

乳化剂对乳化沥青性能影响分析

汪生忠

（甘肃省公路管理局，甘肃 兰 州 7 30030）

采用不同的阳离子乳化剂CH-R、GY-2、MQ-S，变化其剂量制备不同乳化沥青，对乳液乳化效果、标准粘度及蒸发残留物性能进行试验研究，结果表明，CH-R型乳化剂用量为0.8%和GY-2型乳化剂用量为0.3%时，乳化沥青乳化效果较好，对应的乳化沥青性能相对较佳。同时，进行不同乳化沥青与不同集料的粘附性试验，试验结果表明使用碱性集料使得乳化沥青的破乳速度和凝固速度明显加快，集料与沥青之间具有较强的粘结力，稀浆混合料整体具有良好的柔韧性。

乳化沥青；乳化剂；蒸发残留物；性能指标

0 引 言

乳化沥青由于施工简单、现场不需加热、节省能源、减少环境污染等一系列优点，在沥青路面维修与养护中显示了其特有的优越性。沥青材料不溶于水也不与水混合，但在乳化剂作用下通过高速搅动或剪切作用，将沥青剪切成微小颗粒，分散在有乳化剂作用的表面活性物质的水溶液中，则可获得一种均匀分散胶体。在乳化沥青使用中，沥青乳液只是在使用过程中的一种暂存形式，即过渡状态，当破乳之后，水分被析出，沥青又恢复自身的原有状态，在水分析出后，乳化剂仍然残留在沥青材料中，残留的乳化剂对沥青材料路用性能影响是研究乳化沥青的关键。

本文选用CH-R、GY-2、MQ-S三种乳化剂（以A、B、C表示）、镇海70#基质沥青分别制备乳化沥青，对乳液的乳化效果及蒸发残留物性能进行试验分析，深入研究乳化剂对乳化沥青性能影响规律。

1 原材料与试验方案

1.1 试验原材料

基质沥青为镇海70#，乳化剂选用CH-R、GY-2、MQ-S三种乳化剂，集料为石灰岩和辉绿岩，乳化沥青生产采用60：40的油水比。

1.2 试验方案

在其他试验条件不变的情况下，采用不同乳化剂及不同用量制备乳化沥青，并对所得乳液的标准粘度、蒸发残留物的延度、软化点、针入度等性能指标进行测试，研究乳化剂对乳化沥青性能影响，试验方法按照规范进行。

2 乳化剂对乳化沥青性能的影响

2.1 乳化机理

乳化剂之所以能将常温下呈半固态的沥青制备成常温下呈液态的沥青乳液，是因为乳化剂由亲水的极性基和亲油的非极性基所构成。当乳化剂水溶液与沥青混合后，乳化剂分子的亲油基迅速插入沥青微粒中，而亲水基则插入水中。每个沥青微粒表面层被许多个乳化剂分子包围，形成一层界面膜。包围沥青微粒的乳化剂分子越多，界面膜越致密，膜的强度越高，对界面张力的降低作用越强。同时，界面膜外层排布的乳化剂分子亲水基可以与水分子以氢键的方式缔合，在界面膜表面形成一层牢固的水合层，亲水基越多，亲水性越强，则结合的水分子数目越多。界面膜外层乳化剂分子亲水基在水中电离后带有相应的电荷，又形成界面电荷层。乳化剂分子电离度越高，所带电荷数目就越多，界面电荷层就越强，同性相斥，加大了沥青聚结的阻力。界面膜、水合层、界面电荷层使沥青在水中乳化、分散并保持相对稳定。

2.2 乳化剂对乳化沥青粘度影响

试验采用油水比为60:40，对掺加不同乳化剂及剂量的乳化沥青分别在20℃、40℃和60℃标准粘度进行测试，结果见图1和图2。

由图1和图2可知，随着温度的升高，两种乳液的粘度明显降低，乳液变稀，流动性增强；随着乳化剂剂量增加，两种乳液粘度增加，乳液变稠。试验过程中发现，当乳化剂剂量较低时，乳液较稀，流动性很强，流速较快；当乳化剂剂量较大时，所得乳液颗粒性较强，流动性差；只有在乳化剂剂量适宜时，乳液才能均匀连续地通过标准粘度计流孔。按照规范要求，试验中GH-R乳化剂剂量选择偏高，仅仅在大于0.6%时满足，而对于GY-2乳化剂，掺量大于0.3%时即可满足要求。

图1 GH-R乳化剂改性乳化沥青标准粘度

图2 GY-2乳化剂改性乳化沥青标准粘度

2.3 乳化剂对蒸发残留物指标影响

试验采用油水比60：40，对掺加不同乳化剂的乳化沥青蒸发残留物指标进行测试，乳化剂剂量按照各自最佳用量掺加，试验结果见图3。

图3 不同乳化剂改性乳化沥青蒸发残留物指标

图3显示，A型（CH-R）、B型（GY-2）、C型（MQ-S）三种乳化剂的乳化沥青蒸发残留物软化点差别不大，针入度最大差值为10（0.1 mm）左右，影响最敏感的是延度，最大差值达40 cm，而延度是表征沥青韧性及低温性能的重要指标，因此在对延度有特殊要求尤其是低温地区使用乳化沥青时需慎重选择乳化剂类型。

除乳化剂类型外，乳化剂剂量同样对蒸发残留物指标有重要影响，不同乳化剂剂量的乳化沥青蒸发残留物性能见图4。

图4 不同乳化剂剂量的蒸发残留物指标

从图4可以看出，随着乳化剂剂量增加，A型（CH-R）乳化剂的乳化沥青蒸发残留物5℃延度值增大，B型 (GY-2)乳化剂的乳化沥青蒸发残留物5℃延度值则降低；软化点变化规律和延度相同，而针入度变化规律则相反。由此可见，为了使得乳化沥青具有良好的性能，对A型(CH-R)乳化剂而言需取其用量上限，而对B型(GY-2)乳化剂则取其用量下限。

4 集料对乳化沥青粘附性影响

乳化沥青与不同石料的粘附性均有差异，经粘附性试验和拌和试验表明，对于棱角明显、压碎值较小的集料，粘附性能较好，经长时间拌和，沥青与石料的裹附比较好，未发现沥青剥落现象。而用扁平料偏多、细料含量大的石料做粘附性试验，其结果较差。做稀浆混合料拌和试验后，经车轮磨耗试验，石料破碎较多，并且部分沥青膜脱落，不适合拌和使用，尤其不适用于稀浆封层用料。

阳离子乳化沥青通常显酸性或中性，若采用酸性的石料，则石料不会加快乳化沥青凝固，同时酸性石料与酸性的乳化沥青的粘附性也较差；若采用碱性的石料，则可加快乳化沥青的凝固速度，粘附性也好。

试验采用CH-R型和GY-2型乳化剂的乳化沥青，采用辉绿岩，通过调整乳化剂的类型和剂量，进行乳化沥青的凝固性试验，同时进行乳化沥青与辉绿岩、石灰岩的试验比较，旨在得到最佳的乳化剂类型和剂量，试验结果见图5～图8。

试验结果表明上述的两种不同乳化沥青采用灰绿岩碎石拌合时，乳化沥青的破乳和凝结速度均较慢，乳化沥青破乳凝固后，沥青与碎石之间为脆性连接；采用石灰岩碎石时，乳化沥青的破乳速度和凝固速度明显加快，集料与沥青之间具有较强的粘结力并且整体具有良好的柔韧性。

图5 CH-R型乳化剂乳化沥青拌辉绿岩碎石

图6 CH-R型乳化剂乳化沥青拌石灰岩碎石

图7 GY-2型乳化剂乳化沥青拌辉绿岩碎石

图8 GY-2型乳化剂乳化沥青拌石灰岩碎石

5 结语

通过本文试验研究，主要得到如下主要结论：

（1）不同乳化剂及不同用量对乳化沥青的乳化效果显著，随着乳化剂用量增加，乳化能力增加，乳化效率及质量提高，但过多的乳化剂会增加成本，并因过多乳化剂存在与沥青中，会影响乳化沥青破乳后性能。

（2）乳化沥青粘度和残留物的性能对乳化剂类型及用量敏感，CH-R型乳化剂为0.8%和GY-2型乳化剂为0.3%时，乳化沥青的性能较佳。

（3）集料特性及表面构造对乳化沥青破乳及黏附性有重要影响，使用乳化沥青碎石封层或纤维碎石封层时，采用棱角性好、具有较小压碎值并呈碱性的石料为宜。

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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，甘肃定西人，高级工程师，从事高等级公路管理与养护工作。