乳化条件对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响

杨炎生，柳 浩，李恩光，董雨明

（北京市政路桥建材集团有限公司，北京102600）

乳化条件对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响

杨炎生，柳 浩，李恩光，董雨明

（北京市政路桥建材集团有限公司，北京102600）

考察了制备工艺（乳化温度和磨出口压力）、乳化剂用量和改性沥青中SBS含量对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响。通过激光粒度仪测定高黏改性乳化沥青平均粒径，探讨高黏改性乳化沥青平均粒径与其储存稳定性的相关性。结果表明：高黏改性乳化沥青的储存稳定性数值随乳化温度的升高和改性沥青中SBS含量的增加均呈先降低后增加趋势，随胶体磨出口压力和乳化剂用量的增加均呈先降低后趋于变缓趋势；高黏改性乳化沥青的储存稳定性数值与其平均粒径呈正相关。在优化工艺条件下，即SBS改性沥青温度为165℃、乳化剂溶液温度为55℃、磨出口压力为0.2MPa、乳化剂用量为0.4%及改性沥青中SBS含量为3.2%时，制备出的高黏改性乳化沥青已成功应用在2014年和2016年的西长安街大修工程中。

高黏改性乳化沥青 储存稳定性 平均粒径 SBS 黏度

层间结合质量是影响沥青路面使用寿命的重要因素［1－2］，乳化沥青、热沥青、稀释沥青等常被用作黏层油。乳化沥青因具有节能降耗、常温施工、延长施工季节、减少环境污染等优点受到了人们的关注［3－4］，在道路施工中被广泛采用。现在市售作为黏层油的乳化沥青多为SBR改性乳化沥青或普通乳化沥青。普通乳化沥青稳定性差，黏结能力有限；SBR改性乳化沥青在一定程度上提高了黏层的高温性能和黏结力，但提高幅度有限。对于层间黏结要求较高的路况，难以满足要求。如原路面加铺薄层罩面、水泥路面加铺高黏高弹改性沥青混合料应力吸收层、桥面铺装层、重载路段、长大纵坡路段等，有些路面通车不久就会发生拥包、推挤、层间滑移等损坏，严重破坏路面的整体性和结构受力［2，5］。因此，研发一种黏度大且黏结力强的高黏改性乳化沥青显得尤为重要。由于SBS改性沥青具有黏度大、黏结力强及高低温性能良好的特性，以此制成的高黏改性乳化沥青抗裂性和耐疲劳性良好，具有很好的应用前景［6－8］。

相对于重交通道路沥青来说，SBS改性沥青黏度大、软化点高、较难乳化，且乳化后储存稳定性较差，这严重制约了其推广应用［9］。为此，本研究主要考察制备工艺（乳化温度和胶体磨出口压力）、乳化剂用量、改性沥青中SBS含量对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响，并对高黏改性乳化沥青粒径进行测定，探讨粒径与其储存稳定性的关系。

1 实 验

1.1 试验材料

SBS改性沥青的基本性质见表1，乳化剂为阳离子快裂乳化剂。

表1 SBS改性沥青的基本性质

1.2 高黏改性乳化沥青制备

将分别预热到设定温度的SBS改性沥青和乳化剂溶液按固定的配比同时泵送进胶体磨，产品经过换热系统，并保持一定的磨出口压力，待系统达到稳定状态后接取高黏改性乳化沥青产品。

1.3 高黏改性乳化沥青性能分析

按照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中试验方法检测高黏改性乳化沥青储存稳定性（储存稳定性测定结果数值越小，储存稳定性越好）及其它性能指标；高黏改性乳化沥青的平均粒径采用珠海欧美克POP（6）型激光粒度仪进行测量，用D（4，3）表示其体积平均粒径。

2 结果与讨论

2.1 制备工艺对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响

在乳化剂用量为0.4%，改性沥青中SBS含量为3.2%条件下，考察制备工艺（包括乳化温度和胶体磨出口压力）对SBS改性沥青乳化后储存稳定性的影响。

2.1.1 乳化温度在胶体磨出口压力为0.2 MPa条件下，考察乳化温度对SBS改性沥青乳化后储存稳定性的影响，其中在考察SBS改性沥青温度的影响时，乳化剂溶液的温度为55℃。图1为乳化温度对高黏改性乳化沥青性能的影响。图1表明：随SBS改性沥青和乳化剂溶液温度升高，高黏改性乳化沥青储存稳定性数值和平均粒径变化趋势相同，均呈现先降低后增加趋势，二者呈正相关，这是因为乳化温度较低时，SBS改性沥青黏度较大，难以分散，乳化后平均粒径较大，储存稳定性较差；随乳化温度升高，SBS改性沥青的黏度降低，分散难度减小，乳化后平均粒径变小，储存稳定性变好；而温度过高，乳化过程易产生爆沸现象，导致产品温度较高，加速高黏改性乳化沥青中改性沥青颗粒聚结的趋势，使其平均粒径增大，储存稳定性变差。从图1（a）可以看出，SBS改性沥青温度从165℃升至175℃，高黏改性乳化沥青的储存稳定性没有明显改善，且升高温度会增加生产成本，因此较优的SBS改性沥青温度为165℃。从图1（b）可以看出，较优的乳化剂溶液温度为55℃。

2.1.2 胶体磨出口压力在SBS改性沥青和乳化剂溶液温度分别为165℃和55℃的条件下，考察胶体磨出口压力对高黏改性乳化沥青性能影响，结果见图2。图2表明：胶体磨出口压力为0.10～0.30MPa时，随压力升高，高黏改性乳化沥青储存稳定性数值和平均粒径均呈先降低后趋于稳定趋势；当出口压力大于0.2MPa时，其对高黏改性乳化沥青的储存稳定性影响不大，且压力过大对设备的损害也较大，因此较为合适的磨出口压力为0.2MPa，因为随胶体磨出口压力增加，减小了水的汽化，使高黏改性乳化沥青聚结破乳的速率下降，从而使其平均粒径变小，储存稳定性变好；当压力增大到一定程度后，这种作用减弱，对高黏改性乳化沥青平均粒径已没有太大影响。

2.2 乳化剂用量对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响

图1 乳化温度对高黏改性乳化沥青性能的影响

图2 胶体磨出口压力对高黏改性乳化沥青性能的影响

在SBS改性沥青和乳化剂溶液温度分别为165℃和55℃、磨出口压力为0.2MPa和改性沥青中SBS含量为3.2%的条件下，考察乳化剂用量对高黏改性乳化沥青性能的影响，结果见图3。图3表明：乳化剂用量为0.2%～0.5%时，随乳化剂用量增大，高黏改性乳化沥青的储存稳定性数值和平均粒径均呈先降低后趋于平缓趋势；当乳化剂用量为0.4%时，高黏改性乳化沥青的储存稳定性已趋于稳定，而乳化剂用量过高会增加成本，因此较优的乳化剂用量为0.4%。这是因为随乳化剂用量增大，油水界面张力降低［10］，乳化效果增强，SBS改性沥青更易被分散，粒径变小，从而使储存稳定性得到改善；当乳化剂用量增大到一定程度后，油水界面张力变化趋于平缓，导致平均粒径减小的趋势也变缓，储存稳定性改善的程度趋于平缓。另外，乳化剂用量增大，高黏改性乳化沥青中改性沥青颗粒表面电荷增强，改性沥青颗粒间的静电斥力增加，使其不易聚集沉降，从而改善其储存稳定性［11］。

2.3 改性沥青中SBS含量对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响

图3 乳化剂用量对高黏改性乳化沥青性能的影响

在SBS改性沥青和乳化剂溶液温度分别为165℃和55℃、磨出口压力为0.2MPa及乳化剂用量为0.4%的条件下，考察改性沥青中SBS含量对高黏改性乳化沥青性能影响，结果见图4。图4表明：改性沥青中SBS含量为2.8%～4.0%时，随SBS含量增加，高黏改性乳化沥青的储存稳定性数值呈先降低后增加的趋势，说明其储存稳定性呈先变好后变差；当w（SBS）不大于3.2%时，储存稳定性数值和乳液中改性沥青颗粒平均粒径呈降低趋势；当w（SBS）大于3.2%时，储存稳定性数值和乳液中的改性沥青颗粒粒径呈增加趋势，高黏改性乳化沥青的储存稳定性变差；这是因为w（SBS）增加到一定程度时，SBS改性沥青的黏度较大，乳化时分散的难度增加，导致其平均粒径变大，从而使其储存稳定性变差。图4表明，较为适宜的SBS含量为3.2%。

2.4 高黏改性乳化沥青性能分析及应用

图4 改性沥青中SBS含量对高黏改性乳化沥青性能的影响

根据上述储存稳定性研究确定的优化工艺条件制备高黏改性乳化沥青，即SBS改性沥青温度为165℃，乳化剂溶液温度为55℃，磨出口压力为0.2MPa，乳化剂用量为0.4%，改性沥青中SBS含量为3.2%，按照Q/SZLQGF01—2014《高黏高弹改性沥青混合料应力吸收层施工及验收标准》（以下简称《验收标准》）要求对高黏改性乳化沥青的相关性能进行测定，结果见表2。

表2 高黏改性乳化沥青性能指标

表2表明，高黏改性乳化沥青的各项性能均满足《验收标准》的要求，且储存稳定性好、黏度大、软化点高、弹性恢复能力强，在2014年和2016年成功应用于西长安街大修工程中。

3 结 论

（1）高黏改性乳化沥青储存稳定性随乳化温度升高以及改性沥青中SBS含量的增加均呈先降低后增加趋势，随胶体磨出口压力和乳化剂用量的增加均呈先降低后趋于变缓趋势。

（2）制备工艺（乳化温度、胶体磨出口压力）和乳化剂用量对高黏改性乳化沥青储存稳定性的影响表明，高黏改性乳化沥青的储存稳定性数值与其平均粒径呈正相关。

（3）高黏改性乳化沥青最佳制备工艺条件为：SBS改性沥青温度为165℃，乳化剂溶液温度为55℃，胶体磨出口压力为0.2MPa，乳化剂用量为0.4%，改性沥青中SBS含量为3.2%。

（4）在最佳工艺条件下制备出了各项性能指标均满足《高黏高弹改性沥青混合料应力吸收层施工及验收标准》中高黏改性乳化沥青的要求，且其储存稳定性较优、黏度大、软化点高。

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EFFECT OF EMULSIFICATION CONDITIONS ON STORAGE STABILITY OF HIGH VISCOSITY MODIFIED ASPHALT EMULSION

Yang Yansheng，Liu Hao，Li Enguang，Dong Yuming
（Beijing Municipal Road ＆Bridge Building Materials Group Co.Ltd.，Beijing102600）

The effects of preparation conditions such as emulsion temperature and emulsifier solution，outlet pressure of colloid mill，emulsifier content as well as SBS content in modified asphalt on the storage stability of high viscosity modified asphalt emulsion（HVMAE）were investigated.The relations between average size of high viscosity emulsified asphalt and storage stability were studied by laser particle analyzer.The results show that the storage stability of HVMAE firstly decreases and then increases as emulsion temperature and SBS dosage increases，but reduces first followed by a slow decline trend with the increase of outlet pressure of colloid mill，indicating apositive relations of storage stability with average particle size.Under the optimum conditions：SBS modified asphalt at 165℃，emulsifier solution temperature of 55℃，outlet pressure of colloid mill 0.2MPa，dosage of emulsifier 0.4%and SBS content in modified asphalt 3.2%，the prepared HVMAE was applied successfully in overhaul project for Beijing west Chang’an Avenue in 2014and 2016.

high viscosity modified emulsified asphalt；storage stability；average particle size；SBS；viscosity

2016－11－28；修改稿收到日期：2016－12－27。

杨炎生，工学博士，主要从事特种改性沥青、乳化沥青及相关方向的研究工作。

杨炎生，E－mail：yys＿upc＠163.com。