一種新型陰離子乳化瀝青的研制

荀武舉，吳長龍，申凱華，李 楊

（1. 大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計院股份有限公司，遼寧 大連 116021；　 2. 大連理工大學(xué)， 遼寧 大連 116024）

?

一種新型陰離子乳化瀝青的研制

荀武舉1，吳長龍1，申凱華2，李 楊2

（1. 大連市建筑科學(xué)研究設(shè)計院股份有限公司，遼寧 大連 116021； 2. 大連理工大學(xué)， 遼寧 大連 116024）

摘 要：為了制備乳化效果佳和性能穩(wěn)定的陰離子乳化瀝青，首先對陰離子乳化瀝青乳化工藝進行了研究；然后復(fù)配不同的乳化劑，并評價乳化效果。陰離子乳化瀝青三大指標(biāo)較基質(zhì)瀝青有明顯改善。新型陰離子乳化瀝青具有工藝簡單、乳化效果佳、貯存穩(wěn)定性好、耐高/低溫性能好等優(yōu)點，可應(yīng)用于高鐵、橋梁、道路等工程中。

關(guān) 鍵 詞：陰離子乳化瀝青；乳化效果；貯存穩(wěn)定性；耐高溫性能；耐低溫性能

乳化瀝青是將通常高溫使用的道路瀝青，經(jīng)過機械攪拌和化學(xué)穩(wěn)定的方法（乳化），擴散到水中而液化成常溫下粘度很低、流動性很好的道路建筑材料［1］。乳化瀝青性能對乳化瀝青水泥砂漿性能起著決定性的作用，目前國內(nèi)乳化瀝青產(chǎn)品主要存在破乳偏快、溫度適應(yīng)性差、貯存穩(wěn)定性差等問題［2］，為了克服這些問題，本文準備研制一種陰離子乳化瀝青，選取陰離子乳化劑等原材料，針對乳化工藝、乳化劑種類、乳化瀝青性能等方面開展系統(tǒng)研究。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品和儀器

1.1.1 實驗藥品

（1）OP-10，化學(xué)純，天津博迪化工股份有限公司；

（2）NP-20，臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司；

（3）NP-40，臨沂市蘭山區(qū)綠森化工有限公司；

（4）陰離子乳化劑A，自制；

（5）十二烷基苯磺酸鈉（SDBS，下同），分析純，天津市光復(fù)精細化工研究所；

（6）氫氧化鈉，分析純，天津博迪化工股份有限公司；

（7）有機硅液體消泡劑，自制；

（8）丁苯膠乳，SR，德國產(chǎn)；

（9）90#瀝青，大連公路集團。

1.1.2 實驗儀器

（1）弗魯克高剪切分散乳化機，F(xiàn)M300，弗魯克流體機械制造有限公司；

（2）電熱鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9140A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

（3）激光粒度儀，DTS 5101，馬爾文儀器有限公司；

（4）游標(biāo)卡尺，無錫錫工量具有限公司；（5）穩(wěn)定性試驗管，SYD-0656，河北精威試驗儀器有限公司；

（6）全自動針入度儀，SYD-2801E，無錫市華南實驗儀器有限公司；

（7）全自動瀝青軟化點試驗器，SYD-2806E，無錫市華南實驗儀器有限公司；

（8）自動恒溫雙數(shù)顯瀝青延伸度儀，SY-1.5B，天津科宇試驗儀器廠。

1.2 乳化瀝青性能測試

乳化瀝青相關(guān)性能測試按GB/T 19627-2005《粒度分析～光子相關(guān)光譜法》、JTJ 052-2000 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》、《客運專線鐵路CRTSTT型板式無砟軌道混泥土軌道板暫行技術(shù)條件》進行。

2 陰離子乳化瀝青的制備

2.1 乳化劑的復(fù)配

復(fù)配乳化劑占乳化瀝青總量（以質(zhì)量計，下同）2%左右，將乳化劑完全溶解于去離子水后所得水溶液占乳化瀝青總量的40%左右，90#基質(zhì)瀝青則占乳化瀝青總量的60%左右［3］。乳化劑配比見表1。

表1 乳化劑配比Table 1 Emulsifier ratio

2.2 陰離子乳化瀝青的制備

稱取一定量水于容器中，加入非離子表面活性劑OP-10，然后加入SDBS并攪拌溶解，再加入陰離子表面活性劑A，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液pH值為9～10，得到乳化劑水溶液［4］；將乳化劑水溶液加熱至60～65 ℃，在高剪切分散乳化機的作用下（轉(zhuǎn)速5 000 r/min），緩慢加入預(yù)先加熱至130～135 ℃的瀝青，加料完后繼續(xù)乳化2～3 min，最后在室溫條件下自然冷卻，用10目篩網(wǎng)過濾后即得陰離子乳化瀝青。

3 結(jié)果與討論

3.1 陰離子乳化瀝青性能

3.1.1 粒徑的研究

乳化瀝青的粒徑是評價乳化效果的重要指標(biāo)，也是對所復(fù)配的乳化劑乳化能力的間接體現(xiàn)。乳化瀝青粒徑越小、分布越集中則表示乳化劑對基質(zhì)瀝青的乳化效果越好，反之，則表示乳化效果越差。如表2所示為乳化瀝青平均粒徑的測試結(jié)果。

表2 平均粒徑測試Table 2 Average particle size test

由表2數(shù)據(jù)可知：用NP-20部分取代OP-10后，基質(zhì)瀝青乳化效果得到改善，II#～V#乳化瀝青粒徑較I#趨于縮小，可見加入NP-20可提高復(fù)配乳化劑的乳化能力，但加入比例不應(yīng)過大。

3.1.2 貯存穩(wěn)定性的研究

乳化瀝青的貯存穩(wěn)定性是評價乳化效果的另一重要指標(biāo)。在復(fù)配的乳化劑中，乳化劑除了具有乳化的作用外，還具有分散、穩(wěn)定的作用，同時，各組分乳化劑的HLB值不同，能夠滿足基質(zhì)瀝青復(fù)雜成分對乳化的要求；調(diào)節(jié)乳化劑水溶液的pH值（堿性），可增加溶液的離子強度，這樣在乳化時既能改善乳化效果，又能增加瀝青乳液的穩(wěn)定性［5］。如表3所示為乳化瀝青貯存穩(wěn)定性（5 d）的測試結(jié)果。

表3 貯存穩(wěn)定性測試Table 3 Storage stability test

由表3中數(shù)據(jù)可知：I#乳化瀝青試樣穩(wěn)定性最好，V#乳化瀝青試樣穩(wěn)定性最差；表中乳化瀝青試樣由上到下，是在OP-10與NP-20總量一定的前提下，逐漸減少OP-10的比例而得到的，從貯存穩(wěn)定性測試值數(shù)據(jù)來看，由上到下依次遞增，這表明隨著OP-10用量的減少，乳化瀝青試樣的貯存穩(wěn)定性逐漸變差，在OP-10用量減少到一定程度時，最終導(dǎo)致乳化瀝青試樣因貯存穩(wěn)定性較差而不滿足施工使用的要求。因此，加入OP-10對增加體系的穩(wěn)定性是有幫助的。

3.1.3 篩上剩余量、殘留物含量研究

篩上剩余量是對乳化瀝青中所含大顆粒物質(zhì)含量的測定，同時也是對基質(zhì)瀝青乳化效果的間接測試。殘留物含量是對瀝青乳液固含量的測定，控制一定的固含量是保證乳化瀝青性能的前提條件。如表4所示為乳化瀝青篩上剩余量、殘留物含量的測試結(jié)果。

表4 篩上剩余量、殘留物含量測試Table 4 Residual capacity and residue content of the screen

3.2 乳化瀝青蒸發(fā)殘留物性能

3.2.1 針入度的研究

瀝青三大指標(biāo)包括針入度、軟化點及延度，針入度主要反映瀝青的溫度敏感性，軟化點主要反映瀝青的高溫性能，而延度則主要反映瀝青的低溫性能。

對基質(zhì)瀝青來說，針入度值并非越大或越小越好，而應(yīng)當(dāng)與施工地區(qū)的氣候溫度環(huán)境相適應(yīng)。針入度越大，則表示其對溫度的敏感性越高，適合在溫度較低的地區(qū)應(yīng)用；反之，則表示其對溫度的敏感性越低，適合在溫度較高的地區(qū)應(yīng)用。如表5所示為乳化瀝青針入度的測試結(jié)果。

表5 針入度測試Table 5 Penetration test

由表5中數(shù)據(jù)可知：I#～V#乳化瀝青試樣的針入度測試值均較90#基質(zhì)瀝青針入度測試值小，這表明乳化瀝青中由于乳化劑的加入，使得乳化瀝青的溫度敏感性降低；在I#～V#乳化瀝青試樣中，OP-10用量比例逐漸降低，NP-20用量比例逐漸增加，所對應(yīng)的針入度值先逐漸減小，后又逐漸增加，說明加入NP-20對改善基質(zhì)瀝青的溫度敏感性是有幫助的，但加入的比例不應(yīng)過大。

3.2.2 軟化點研究

軟化點是對瀝青高溫性能的度量。由于基質(zhì)瀝青在夏季高溫時受熱會逐漸變軟而失去抗變形能力，這樣就容易導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生車轍、推移等損害，因此，需要改善基質(zhì)瀝青的高溫性能。瀝青的軟化點越高，則表示其耐高溫性能越好，在夏季高溫條件下使用時瀝青越穩(wěn)定，越不易產(chǎn)生變形，反之，則表示其耐高溫性能越差，在夏季高溫條件下使用時越易產(chǎn)生變形。如表6所示為乳化瀝青軟化點的測試結(jié)果。

表6 軟化點測試Table 6 Softening point test

由表6中數(shù)據(jù)可知：I#～V#乳化瀝青試樣的軟化點測試值均較基質(zhì)瀝青軟化點測試值高，這表明乳化瀝青中由于乳化劑的加入，使得乳化瀝青的耐高溫性能得到改善；在I#～V#乳化瀝青試樣中，OP-10用量比例逐漸降低，NP-20用量比例逐漸增加，所對應(yīng)的軟化點測試值先逐漸升高（II#最高），后又減小，這說明加入NP-20有利于改善基質(zhì)瀝青的耐高溫性能。

3.2.3 延度的研究

延度是對瀝青低溫性能的度量。由于基質(zhì)瀝青在低溫抗開裂性能方面的不足，在冬季使用過程中會產(chǎn)生開裂現(xiàn)象，因此，需要改善基質(zhì)瀝青的低溫性能。瀝青的延度值越大，則表示其低溫性能越好，在冬季低溫條件下使用時瀝青之間的粘結(jié)性越強，越不易開裂，反之，則表示其低溫性能越差，在冬季低溫條件下使用時越易開裂。如表7所示為乳化瀝青延度的測試結(jié)果。

表7 延度測試Table 7 Extension test

由表7中數(shù)據(jù)可知：I#～V#乳化瀝青試樣的延度測試值均較90#基質(zhì)瀝青延度測試值大，這表明乳化瀝青中由于乳化劑的加入，使得乳化瀝青的低溫性能得到改善。

在I#～V#乳化瀝青試樣中，OP-10用量比例逐漸降低，NP-20用量比例逐漸增加，所對應(yīng)的延度值先逐漸減小，后又增加，說明加入OP-10比NP-20更有利于改善基質(zhì)瀝青的低溫性能。

4 結(jié) 論

（1）通過對乳化瀝青性能的研究可知：使用陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑提高了乳化瀝青的穩(wěn)定性， NP-20的加入可改善乳化瀝青的乳化效果，但加入比例過大會產(chǎn)生消極影響；OP-10用量比例的增加會增加乳化瀝青的貯存穩(wěn)定性。

（2）與基質(zhì)瀝青相比，本文研制的陰離子乳化瀝青蒸發(fā)殘留物的三大指標(biāo)均得到明顯改善，即溫度敏感性降低（針入度降低），耐高低溫性能提高（即軟化點延度提高），耐低溫性能的改善最為明顯。

（3）不同乳化劑配比在改善乳化瀝青某一方面性能的同時，可能會導(dǎo)致其他方面性能的下降，因此，需要結(jié)合應(yīng)用地區(qū)的實際環(huán)境要求來進行具體分析，以取得滿意應(yīng)用效果。

（4）本文制備的新型陰離子乳化瀝青具有乳化效果佳、貯存穩(wěn)定性好、耐高/低溫性能好、制備方法簡單等特點，有利于節(jié)能減排和環(huán)境保護。

參考文獻：

［1］何華武.無砟軌道技術(shù)［M］.北京：中國鐵道出版社，2005.

［2］奚韶珍.國內(nèi)外水泥乳化瀝青砂漿研究現(xiàn)狀［J］.建材世界， 2012，33（3）：49-52.

［3］申凱華.陽離子乳化劑結(jié)構(gòu)和表面活性與乳化瀝青應(yīng)用性能的研究［C］. 第六屆全國路面材料及新技術(shù)研討會論文集，北京：中國公路學(xué)會，2005.

［4］梁春華.高分散性陰離子乳化劑及其水泥—瀝青體系研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，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

中圖分類號：TE 624

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0231-03

基金項目：大連市建委科技計劃項目，項目號：201301。

收稿日期：2015-11-23

作者簡介：荀武舉（1978-），男，遼寧大連人，高級工程師，碩士，2001年畢業(yè)于大連理工大學(xué)高分子化工專業(yè)，研究方向：從事高分子材料研究。E-mail：xwjsea@163.com。