乳化沥青破乳时间控制

年月 石油沥青 第卷增刊 影响阳离子乳化沥青破孚，间因素的探讨 施隶顺 王强赵亚峰 郭之宁 山东大学南校区化学与化工学院（济南） 新乡市公路科技研究所 摘要分析了，日离子型乳化沥青徽枉的灶电层结构殪其电位并对破乳的机理进行了 探讨。总姑了影响阳离子乳化青破轧的因素，如乳化卉的用量，助荆的使用值等，并 进行理论的分析。 关键词 阳离子表面活性剂破乳化 沥青拌和料 乳化沥青是将沥青、乳化剂和水混合，在外 铵、壬基酚聚氧乙烯醚、氯化钙等均为工业品。力作用下形成的均一、稳定、常温可流动的液体。 乳化沥青的制备乳化沥青分为阴离子、阳离子、两性和非离子乳 称取一定量的乳化剂，加入水，加热化沥青。年乳化沥青在筑路工程中初露头 到”，溶解成溶液。再称取 沥青，加角，年开始在欧洲（尤其是在德国）广泛应 热至。启动胶体磨，将乳化剂热水溶液注入用，年传到美国并于 年起得到普遍应 胶体磨中再缓慢将热沥青倒入进行乳化，乳化用。我国在上世纪年代开始引入，以阴离子型 后将乳液用矿泉水瓶装入，关闭胶体磨。为主，主要用于修筑贯入式路面和表面处理、新 助剂制备建、维修和养护等。但是阴离子乳化沥青对沥青 硫酸铝溶液的制备：称取 硫酸铝溶于的延度影响较大铺路时开放交通的时间过长。上 水中。氯化钙溶液的制备：称取 氯化世纪六十年代，阳离子乳化沥青迅猛发展，并逐 钙溶于水中。氯化铵溶液的制备：称取渐取代了阴离子乳化沥青。与阴离子乳化沥青相 氯化铵溶于水中。比，阳离子乳化沥青有许多优越性，如保存时间 拌和试验长、破乳时间与凝结时间适中、能适用于各种天 称取 石料，取一定量的水和助剂，加入气、对沥青的性质影响小等。目前普遍应用于道 到铁碗中，混合均匀，再称取 乳化沥青，倒路铺设和路面维护的是阳离子型乳化沥青。它解 入铁碗中，迅速充分搅拌，并开始计时，记录开决了常温施工和大规模道路养护的难题效果比 始破乳的时间。较理想。乳化沥青用于道路铺设时，主要指标之 结果与讨论一是乳化沥青与石料（骨料）接触后要慢裂，即 乳化沥青微粒表面的双电层结构破乳时间要控制在 左右，不能过快和过慢。 阳离子乳化剂由亲水基和亲油基两种基团组本试验分析了阳离子乳化沥青的双电层结构及其 成，亲油基大多数是由直链烷基、环烷基或烷基电位并总结了影响阳离子型乳化沥青破乳速 苯基组成，亲水基多数由胺基构成。乳化时在剪度的因素，并对其作用机理进行了初步的探讨。 切力的作用下，沥青被粉碎成极其微小的颗粒试验部分 收稿日期：一试验药品 作者简介，施来顺，男博士、教授、硕士生导师，主要从 本试验中的型阳离子乳化剂为作者合成 事沥青乳化剂的合成、乳化沥青及稀浆封层技术的研究，已 发表论文余篇的新型烷基多胺类阳离子乳化剂。硫酸铝、氯化 石 油 沥 青 年第卷（ ），乳化剂分子能在水溶液表面形成表 位的大小与扩散层厚度有关，从图中可以看出，面膜，在沥青微珠表面形成界面膜、界面电荷层 随着扩散层厚度逐渐变薄，电位减小；当扩散层和界面水分层，从而降低水的表面张力和沥青微 与吸附层重合时，电位降为零。珠与水之问的界面张力，使沥青乳化并保持乳液 的相对稳定性，从而形成均一、稳定的阳离子沥 青乳化液。 一 ； 。 沥青与水界面上的电荷层结构一般呈扩散双 掣电层分布，双电层由吸附层和扩散层两部分组成， 删 奇阳离子在水中溶解时，电离为带正电荷的亲油基 蒜！和带负电荷的离子一： 一 加入沥青后，带正电荷的亲油基在沥青 ： ！ 。 电动电位（）微粒表面定向排列，使沥青微粒带正电荷，并把 图乳化沥青颗粒的双电层结构一部分带负电荷的离子紧紧拉在周围，形成 影响乳化沥青破乳的因素了吸附层，另一部分一离子由于热运动扩散到 当乳化沥青与石料拌和时，在外力搅拌的作水中构成了扩散层。吸附层和扩散层构成了乳化 用下，乳化沥青包裹石料表面，乳化沥青颗粒与沥青的双电层，结构见图。在扩散层中，与乳化 石料充分接触，水分被挤出，沥青分子相互融合，沥青微粒所带电荷相反的离子（简称反离子）在 发生破乳。引起破乳的主要因素有两个：第一是溶液中受到两方面的作用：一方面是沥青微粒表 乳化沥青包裹骨料表面后，乳化沥青中的水分将面上离子的吸引力，力图把它们拉向微粒表面另 逐渐被燕发，随着水分的蒸发，乳液的扩散层厚一方面是离子本身的热运动，使它们离开微粒表 度逐渐变薄，电位降低，乳化被破坏。致使沥青面扩散到水中去。这两方面作用的结果，使反离 与骨料粘结在一起。第二是因为铺路用的天然骨子在溶液中的分布情况象图所示那样：在靠近 料表面一般都带有负电荷，这些电荷能将乳化沥吸附面的扩散层里，反离子有较大的浓度，随着与吸附层距离的增大，扩散层反离子浓度逐渐减 青周围扩散层中的反离子挤进吸附层，使扩散层 厚度变薄，乳化沥青的电位降低，导致乳化被破小直到处，反离子在扩散层浓度为零，即正负 坏。骨料所带电荷越多，电位降得越低。离子浓度相等。从吸附层表面到的距离 根据试验结果和理论的分析，影响阳离子乳称为扩散层厚度，其大小与乳化剂浓度，离子间 化沥青破乳的因素主要有以下几个方面：引力的大小及热运动有关。 乳化剂的用量 当沥青与水作相对运动时，滑动面并非在沥 表是一型阳离子乳化剂在不同用量条青表面，而是在吸附层和扩散层的分界面上， 件下的破乳时间。拌和条件；水， ；气温：。吸附层随着沥青一起运动。 由表可知，乳化剂的用量越大，发生破乳的时 在双电层中，距离沥青表面不同位置处的电位如图所示，设处正负离子浓度相等时，电 间越长。这是因为乳化剂的用量越大，在沥青微位为零。沥青表面吸附一定量离子后，其电位相 粒表面聚集的乳化剂的分子越多，从而形成的油 水界面膜的强度越大。扩散层就会越厚，电位就对于处的电位差为（即热力学电位），当微 越大，这样与石料接触后，双电层的破坏就越慢，粒受到外界电场作用而沿着面滑动时，面 破乳时间就越长。上将产生一个电位差，由于它和电动现象密切相关，所以称为电动电位，以符号表示，又称电 表乳化剂的用量对破乳时间的影响位。乳化沥青电位的正负，由乳化剂在水中电离 乳化剂用量，“ ， 】 】 ，后亲油基的电荷符号所决定，亲油基带正电荷， 破乳时间 电位为正值，亲油基带负电荷，电位为负值。电 增刊 施来顺等影响阳离子乳化沥青破乳时间因素的探讨 助剂的使用 过大。 、表是一型阳离子乳化剂在不同助剂用 表润湿水量对破乳时间的影响量条件下的破乳时间。拌和条件：水， ；乳化 润湿水量詹 剂用量：气温：。由表可知，拌和 破乳时间 时加入助剂，可以延长乳化沥青破乳的时间。并且，使用硫酸铝比使用氯化铵更为有效。沥青乳 乳液的值液在破乳时，沥青分子与石料接触，由于石料表 表是一型阳离子乳化剂在不同值面带有负电荷，与乳化沥青的电性正好相反，这 条件下乳化的破乳时问。阳离子乳化剂水溶液一些负离子就会挤进乳化沥青的吸附层中，使扩散 般应调节为酸性或中性才能较好的发挥乳化效层厚度变薄，降低乳化沥青的电位，进而破坏双 果。氢离子的加入，可以改变乳化剂分子的电离电层。当加入助剂，助剂水解后的离子，如”、 平衡。以烷基胺：为例，其分子中含有胺和等，其电荷与石料表面的负电荷正 基，当加酸调节值后，会发生中和反应：好相反，会中和相当部分的负离子，阻止双电层的破坏，从而延缓破乳。助剂用量越大，破乳时 一一一 氮原子上带有正电荷，才具有阳离子乳化剂间愈长，尤其是”所带的电荷较多，效果更好。 的亲水性能。另外氢离子的浓度影响着稀浆混合但是使用量也不能太大，过大时会使沥青乳液的 料中正负电荷的平衡，从而也会影响乳化沥青颗酸性增加，拌和时会产生大量气泡并影响沥青的 粒在石料表面的沉积。但是值不能过低，因为使用性能。 加入酸过多时（以盐酸为例），反离子的浓度 量 （一）会变得很大，它会破坏双电层，降低电 位引起破乳。酸度过高时也会对沥青的性能产 生影响。所以值应该有一个最佳的范围。 表 值对破乳时间的影响 荤二一 破乳时间 响一一。 弘坨坫 拌和温度的影响 表是一型阳离子乳化剂在不同拌和温 度条件下的破乳时间。由表可知，拌和温度越高， 布朗运动越剧烈，扩散层与吸附层的分子就有脱 四 站。 离吸附的趋势，电位会降低，乳液就不稳定。并 且沥青颗粒相互碰撞的机率会增大，相互融合的润湿水量的影响 机会也增大，乳化沥青也就越有可能破乳。 表是一型阳离子乳化剂在不同润湿水量条件下的破乳时间。拌和条件：乳化剂用量： 表拌和温度对破乳时间的影响；气温： 。由表可知，润湿水量愈大。 拌和温度 破乳时间愈长。水量加大，使扩散层有扩大的趋 破乳时间 势，电位增大。而且由于沥青乳液被大大稀释，沥青颗粒间的碰撞几率降低，沥青颗粒聚结困难， 协同乳化剂的影响破乳时间延长。但是润湿水量的大小会直接影响 协同乳化剂的加入可以起到复合增效的作混台稀浆的稠度，如果水量过大，拌和的稀浆太 用，即延长破乳时间。目前使用的协同乳化剂一稀，大大影响摊铺的效果，所以润湿水量也不宜 般是非离子型。协同乳化剂加入后，它的分子可 石 油 沥 青 年第卷 以插入沥青分子表面排列的阳离子乳化剂分子的 结论 问隙中，由于非离子乳化剂的分子也有亲水基和 ）分析了阳离子型乳化沥青微粒的双电层 亲油基它可以进一步降低界面的张力，使双电 结构及其电位，电位越大双电层越稳定，乳 层更加稳定，电位更大，从而延缓破乳时问。协 化沥青越不宜破乳。 同乳化剂的加入量一般很小。 ）影响阳离子乳化沥青破乳的因素较多。乳 表是一型阳离子乳化剂在加入协同乳 化剂用量增大、使用助剂（硫酸铝等）、增加润湿 化剂前后的破乳时间比较。协同乳化剂为壬基酚 水量可延长破乳时间值对控制破乳时间有 聚氧乙烯醚