乳化劑配比對SBS改性乳化瀝青性能的影響研究

(中海油(青島)重質油加工工程技術研究中心有限公司，山東 青島 266500)

1 概述

乳化瀝青最突出的優點是常溫下具有流動性，無需加熱便可使用，因此可以進行冷態施工，成本低，施工安全方便、節能，并能減少環境污染。使用大分子聚合物改性瀝青進行乳化，這樣不僅保留了乳化瀝青的特性，而且使其具有改性瀝青的優點，提高了瀝青的高低溫性能，抗車轍性能，增強了和石料的粘附強度，因而可大大延長路面的使用壽命，提高路面使用性能，減少路面養護次數及費用[1]。

用同一種乳化劑，常常無法達到乳化瀝青的使用效果。例如：不同種類的瀝青對乳化所需的HLB值不同，而同一種乳化劑具有固定的HLB值；為了滿足施工方法和施工條件的需求，往往采用幾種不同種類的單一乳化劑進行復合，不僅改善乳化效果，而且降低生產成本。常用的乳化劑復配方式是非離子型和離子型乳化劑的復配，乳化劑混合后可以降低單一乳化劑的臨界膠束濃度以及瀝青在乳化劑水溶液中的界面張力，乳化劑與瀝青具有更好的親和力，制備的乳化瀝青與石料的粘附性更高[2]。本文選擇咪唑啉類陽離子乳化劑A為基礎乳化劑，同時選擇烷基酚聚氧乙烯醚類非離子型乳化劑B為助劑制備快裂型陽離子乳化劑，并重點研究兩者不同配比對SBS改性乳化瀝青性能的影響。

2 乳化劑對改性乳化瀝青性能的影響

乳化劑的影響主要包括對其貯存穩定性和蒸發殘留物性能影響。乳化劑由親水基和親油基組成。乳化劑分子在改性瀝青顆粒表面形成親油基插入瀝青中、親水基伸入水相的定向排布，形成雙電層。雙電層電勢的大小直接影響SBS改性瀝青顆粒的聚集趨勢，從而影響乳液貯存穩定性。同時乳化劑親水端的極性作用會和水形成氫鍵締合作用，形成水化膜，阻礙了顆粒間的聚沉，根據乳化劑類型不同，締合作用形成不同強度的水化膜。但是，乳化劑分子和改性瀝青相容性差，乳化劑在蒸發殘留物中的分布不均勻會造成改性乳化瀝青蒸發殘留物性能衰減[3-4]。乳化劑加量較少，改性瀝青與水界面的表面張力就不會充分降低，造成乳液中改性瀝青顆粒大小不均，乳化效果較差，直接影響乳液貯存穩定性；反之，過多的乳化劑加入，會導致乳液中存在大量增容膠束，對蒸發殘留物延度不利，另外，過多的乳化劑加量會使成本上升[5]。

3 試驗部分

3.1 原料基本性質

本試驗選取I-C SBS改性瀝青(添加質量分數6.0%抽出油)作為試驗原料，其性質如表1所示。

表1 I-C SBS改性瀝青基本性質(1)

乳化劑A：咪唑啉陽離子乳化劑，工業品。

乳化劑B：烷基酚聚氧乙烯醚類非離子型乳化劑，工業品。

3.2 試驗條件

本試驗具體的試驗條件為：以I-C改性瀝青為原料，選瀝青溫度為175℃，添加質量分數6.0%抽出油，攪拌1 h得到調和后的改性瀝青；乳化工藝條件為瀝青溫度為175℃，乳化劑摻量為2.0%(質量分數)，皂液溫度為65℃，皂液pH值為2.0，采用DALWORTH DLP-005V瀝青改性-乳化連續裝置進行乳化。

3.3 試驗結果

通過改變乳化劑A與B的比例，考察此變化對改性乳化瀝青性能的影響及變化規律，并最終確定兩者的最佳配比。試驗結果及相關技術要求如表2、3所示。試驗中分析方法嚴格按照JTG E20-2011 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》要求進行。

表2 SBS改性乳化瀝青試驗結果

表3 試驗結果相關技術要求

為更清楚更直觀地說明乳化劑A與B不同復配比對改性乳化瀝青性能的影響，對表中數據作圖處理。

4 結果分析

結合表2中試驗數據及圖1～6數據變化趨勢，可以得出如下結論：

圖1 乳化劑配比對固含量的影響

由圖1可看出，固含量(蒸發殘留物含量)隨著兩者配比的減小而呈現先減小后穩定的趨勢，而且總體減幅不是很大，說明乳化劑A與B不同配比對固含量影響不大。

圖2 乳化劑配比對標準粘度的影響

由圖2可看出，隨著A/B的減小，改性乳化瀝青的標準粘度呈現減小的趨勢，即B的加入對改性乳化瀝青具有降粘的作用。

圖3 乳化劑配比對穩定性的影響

由圖3可看出，隨著A/B的減小，改性乳化瀝青的1 d穩定性及5 d穩定性均呈現增大的趨勢，即B的加入是不利于改性乳化瀝青穩定性的，這可能是由于A是陽離子乳化劑，電離后的乳化劑分子由于帶有電荷會形成界面電荷層，最終在界面膜、水合層和界面電荷層的共同作用下，瀝青微粒被乳化分散成穩定的瀝青乳液，而B是非離子乳化劑，不帶有電荷，因此瀝青顆粒被乳化分散后穩定性相對較差。

圖4 乳化劑配比對針入度的影響

由圖4可看出，隨著A/B的減小，改性乳化瀝青的蒸發殘留物針入度總體呈現減小的趨勢，當B的摻量較小時，其對針入度影響不大，隨著B摻量的增大，比例接近時，針入度有較大降幅、然后趨于穩定。

圖5 乳化劑配比對軟化點的影響

由圖5可看出，隨著A/B的減小，改性乳化瀝青的蒸發殘留物軟化點呈現增大的趨勢，但增幅不大，軟化點指標受不同配比的影響較小。

圖6 乳化劑配比對5℃延度的影響

由圖6可看出，隨著A/B的減小，改性乳化瀝青的蒸發殘留物延度呈現先衰減后提高的趨勢，這是由于加入一定量的B能夠改善油水界面處乳化劑A分子親油基結構單一，從而使油水界面處乳化劑分子結構呈多樣化，降低了低溫延度衰減的程度。并且這與B的摻量有關，當B摻量較小時，其對延度的改善效果不明顯，而隨著B摻量的增加，這種改善效果愈發明顯，延度會逐漸提高。

結合表2給出的試驗相關技術要求，我們可以得出乳化劑A與B的配比為3∶1時，改性乳化瀝青的各項性能指標均能達到要求。

5 結論

(1)在相同試驗條件下，改變乳化劑A與B的配比對蒸發殘留物含量及蒸發殘留物的軟化點影響不大。

(2)隨著A/B的減小，標準粘度呈減小的趨勢，乳化劑B有降粘的作用；1 d及5 d的穩定性呈增大的趨勢，乳化劑B的加入不利于改性乳化瀝青的穩定性；蒸發殘留物延度呈現先減弱后提高的趨勢，乳化劑B摻量的增加會降低延度衰減的程度；蒸發殘留物針入度呈現減小的趨勢，乳化劑B摻量的增加會降低針入度指標。

(3)當乳化劑A與B以4∶1進行復配時，標準粘度偏大，不符合技術要求；以2∶1進行復配時，改性乳化瀝青蒸發殘留物延度不符合要求；以1∶1和1∶2進行復配時，改性乳化瀝青穩定性不符合要求。當乳化劑A與B以3∶1進行復配時，各性能指標均符合技術要求。