吳勝坤，黃雪林，羅東志，侯曙光

（1.江蘇宿遷交通工程建設(shè)有限公司，江蘇 宿遷223800；2.宿遷市高速鐵路建設(shè)發(fā)展有限公司，江蘇 宿遷223800；3.南京工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，江蘇 南京211816）

0 引 言

乳化瀝青是熱融瀝青在剪切作用下以微粒形式分散在含有乳化劑的水溶液中形成的水包油乳狀液。與傳統(tǒng)瀝青熱鋪技術(shù)相比，乳化瀝青可在常溫下施工，具有流動性高、施工簡單、污染小等優(yōu)點(diǎn)，在道路養(yǎng)護(hù)中具有極大的實(shí)用價(jià)值[1，2]。

乳化瀝青顆粒粒徑一般在1～15 μm，顆粒粒徑大小和分布與乳化設(shè)備、基質(zhì)瀝青性質(zhì)及其溫度、皂液溫度及其酸堿性、乳化劑類型和用量等工藝配方密切相關(guān)[3]。微粒粒徑影響乳液中乳化劑的分布，對拌和時(shí)間有重要影響；粒徑分布則會影響乳化瀝青與集料接觸，從而影響瀝青對集料的裹附性。由此可見，微粒粒徑大小和分布情況是乳化瀝青生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量控制的重要參數(shù)。乳液中瀝青微粒的均細(xì)化程度即微粒粒度大小和分布情況同樣是表征乳化瀝青儲存穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。均細(xì)化程度越高，表示乳化瀝青的儲存穩(wěn)定性能越好[4，5]。本文通過試驗(yàn)研究乳化瀝青的微粒粒徑在儲存過程中隨時(shí)間與空間的變化規(guī)律，以期為乳化瀝青的生產(chǎn)與施工提供理論參考。

1 瀝青乳化和破乳理論介紹

1.1 界面張力理論

界面張力可定義為作用在單位長度液體界面上的收縮力[6]。通常情況下，石油瀝青和水的界面張力相差的數(shù)量級非常大，所以兩者互不相溶，需要靠乳化劑將兩者混合在一起。乳化劑的本質(zhì)是表面活性劑，其一端為親油基，另一端為親水基。在瀝青與水中加入乳化劑后，乳化劑分子中的親油基附著在油相上，親水基則與水相連接，相當(dāng)于在油相和水相之間架起了一座“橋梁”，極大地減小了油水兩相之間的界面張力，從而提高了乳液體系的穩(wěn)定性。所以，界面張力大小是評價(jià)乳化瀝青體系是否保持穩(wěn)定的一個(gè)重要性指標(biāo)[7]。

1.2 乳化瀝青貯存破乳理論

乳化瀝青在貯存過程中，乳液中的瀝青微粒始終在做著無規(guī)則的布朗運(yùn)動，使瀝青微粒之間相互碰撞、接觸。與此同時(shí)，微粒分子之間存在的范德華引力進(jìn)一步促進(jìn)了瀝青微粒之間的相互靠近，并逐漸黏結(jié)在一起，發(fā)生絮凝現(xiàn)象。此時(shí)瀝青乳液還未發(fā)生破乳。隨著時(shí)間的增加，這種現(xiàn)象并不會減弱，越來越多的瀝青微粒聚集在一起造成微粒粒徑不斷增大，在重力作用下較大粒徑的顆粒向下沉降，發(fā)生聚結(jié)現(xiàn)象，直至乳液中的油水分離，發(fā)生破乳。

2 乳化瀝青分層微粒粒徑試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)過程

（1）乳化瀝青制備

在相同的制備工藝條件下，利用乳化機(jī)按60∶40 的油水比分別制備乳化劑含量為1.2%、1.6%、2.0%的乳化瀝青1000 g，乳化劑類型為中裂型乳化劑。

（2）乳液分層

將制備好的乳化瀝青倒入1000 mL 量筒中，并將乳液區(qū)域等距劃分為4 層，從上至下依次為A 層、B 層、C 層、D 層，如圖1 所示。

圖1 試驗(yàn)樣品和區(qū)域劃分圖

（3）粒度測量

利用滴管分別從每層乳液中部提取出一定量乳化瀝青樣品，加入蒸餾水將乳化瀝青濃度稀釋至20%后，再用滴管將乳液滴入循環(huán)分散進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)行3～5 min 的超聲分散。待溶液均勻后，經(jīng)過激光粒度儀測量粒徑大小。粒度測量每隔6 h 進(jìn)行一次，每個(gè)樣本平行測量3 次。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）不同深度的乳液微粒粒徑變化規(guī)律

通過連續(xù)86 h 對乳化瀝青儲存過程中乳液微粒粒徑大小的測量，得到不同深度處乳液平均粒徑與時(shí)間變化關(guān)系，如圖2 所示。

由圖2 可以看出，隨著儲存時(shí)間的增加，每層乳液的平均粒徑均呈上升趨勢，并且乳化瀝青乳液的平均粒徑隨深度的增加而增大。這是由于隨著時(shí)間的增加，乳液中的瀝青微粒之間發(fā)生絮凝、聚結(jié)現(xiàn)象，微粒粒徑不斷增大并向下沉降，導(dǎo)致深度越深處的乳液平均粒徑越大。試驗(yàn)同樣測定了乳化劑用量為1.6%和2.0%的中裂型乳化瀝青儲存過程中每一分層的粒徑變化情況，所得結(jié)果與上述乳化劑用量1.2%的中裂型乳化瀝青一致，說明不同乳化劑含量不影響乳液微粒粒徑隨時(shí)間與空間的變化規(guī)律。

圖2 1.2%中裂型乳化瀝青不同深度的粒徑變化曲線

（2）不同乳化劑含量的乳液微粒粒徑變化規(guī)律

圖3 中裂型乳化瀝青不同乳化劑含量的粒徑變化曲線

圖3顯示了不同乳化劑含量條件下，每一分層乳液的平均粒徑隨時(shí)間的變化情況。從中可以看出，乳化劑含量越高，乳液的平均粒徑越小。利用界面張力理論可以很好地解釋這個(gè)規(guī)律：當(dāng)乳化劑含量較低時(shí)，乳液中油水兩相的界面張力仍然很大，瀝青微粒以較大粒徑分散在乳液中，此時(shí)乳液的平均粒徑也較大；當(dāng)乳化劑含量較高時(shí)，乳化劑分子能夠有效降低油水兩相的界面張力，瀝青微粒以較小粒徑分散在乳液中，所以乳液的平均粒徑也較小；當(dāng)乳化劑含量達(dá)到一定值后，油水兩相的界面張力也保持在穩(wěn)定區(qū)間，乳液中的微粒粒徑也不再發(fā)生明顯變化。

3 結(jié) 語

通過試驗(yàn)研究，得到如下主要結(jié)論：

（1）在乳化瀝青儲存過程中，伴隨瀝青微粒絮凝、聚結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，乳液微粒的平均粒徑隨時(shí)間的增加呈上升趨勢，大顆粒向下沉降導(dǎo)致乳液的平均粒徑隨深度增加遞增。

（2）乳液中乳化劑含量的增加，會降低油水兩相的界面張力，乳液微粒的平均粒徑也隨之減小。乳化劑含量增加到一定值后，微粒粒徑趨于穩(wěn)定。