南兵章，王玉波，張星宇，王兆力，丁紅麗，賈曉凡

（1.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)養(yǎng)護(hù)科技有限責(zé)任公司，蘭州 730300；2.甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，蘭州 730050；3.甘肅省道面工程技術(shù)研究中心，蘭州 730300；4.甘肅省公路再生技術(shù)工程研究中心，蘭州 730300）

微表處混合料主要由改性乳化瀝青、礦料、礦 粉、填料和水等組成，改性乳化瀝青的技術(shù)品質(zhì)決定了混合料的施工性能、路用性能及耐久性［1-2］.改性乳化瀝青是高溫熔融的瀝青經(jīng)過(guò)機(jī)械剪切研磨和乳化劑的化學(xué)穩(wěn)定形成一種水包油的乳濁液，再添加改性膠乳制備而成.乳化劑、基質(zhì)瀝青、皂液pH、改性膠乳、制備工藝等對(duì)改性乳化瀝青的技術(shù)性能具有重要影響.

改性乳化瀝青的固含量、延度、軟化點(diǎn)、粘度等指標(biāo)容易控制，但儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)往往不滿足規(guī)范［3］要求，影響儲(chǔ)存運(yùn)輸和使用推廣.規(guī)范［3］要求改性乳化瀝青1 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)不超過(guò)1.0%，5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)不超過(guò)5.0%，在大量的試驗(yàn)研究和工程檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，5 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)較1 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)更難達(dá)到，1 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性合格，5 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性可能會(huì)不合格，而5 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性合格，1 d的儲(chǔ)存穩(wěn)定性也合格.究其原因，主要是瀝青微粒的密度大于乳化劑水溶液的密度，在重力作用下不斷下沉，儲(chǔ)存管中乳化瀝青上面部分隨著瀝青微粒越來(lái)越少，密度變小，浮力減小，粘度降低，導(dǎo)致瀝青微粒下沉速度隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)而加快.因此，應(yīng)采用5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性，來(lái)評(píng)價(jià)改性乳化瀝青的儲(chǔ)存性能.

現(xiàn)有研究主要針對(duì)粘層、透層等用途的乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性進(jìn)行研究，且主要側(cè)重少量組分［4-8］.而微表處改性乳化瀝青的乳化劑屬于慢裂快凝類型，成分復(fù)雜，粘度很小，對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，且摻加較多的SBR膠乳形成的改性乳化瀝青體系更為復(fù)雜，將瀝青微粒作為分散相、乳化劑水溶液作為分散介質(zhì)的一種體系和丁苯橡膠作為分散相、其他類型乳化劑水溶液作為分散介質(zhì)的另一種體系進(jìn)行物理融和，瀝青微粒和SBR微粒的比重、分子量和粒徑分布差異，兩種乳化劑水溶液組分差異，這些因素加劇儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)一步變差［9-10］.本研究針對(duì)皂液pH、乳化劑、基質(zhì)瀝青、固含量、SBR膠乳、穩(wěn)定劑、制備溫度等參數(shù)對(duì)5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響進(jìn)行全面試驗(yàn)研究，總結(jié)各參數(shù)的影響規(guī)律和顯著程度，提出解決方法和最佳取值，為微表處改性乳化瀝青的制備生產(chǎn)、質(zhì)量控制及其他類型乳化瀝青的研究提供參考.

1 試驗(yàn)用原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

改性乳化瀝青中基質(zhì)瀝青所占比例最大，達(dá)到60%以上，不僅與路用性能密切相關(guān)，而且影響儲(chǔ)存穩(wěn)定性.試驗(yàn)采用廣泛應(yīng)用的SK90＃、鎮(zhèn)海90＃、殼牌90＃三種A級(jí)基質(zhì)瀝青，技術(shù)指標(biāo)如表1所列.

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)Tab．1 Base Asphalt Specifications

1.2 乳化劑

乳化劑是制備改性乳化瀝青的關(guān)鍵材料［11］.乳化劑是由極性親水基團(tuán)和非極性親油基團(tuán)構(gòu)成的一種表面活性劑，親油基團(tuán)融入瀝青，親水基團(tuán)融入水中，形成定向排列的結(jié)構(gòu)，降低瀝青與水之間的界面張力，最終形成一種水包油的混合乳液［12-13］.采用MQ65、MQ3和JY-R7M三種微表處常用的慢裂快凝型乳化劑，常溫下均為液體.

1.3 添加劑

皂液pH對(duì)乳化劑的乳化效果極為重要，對(duì)于慢裂快凝型乳化劑，即使乳化劑用量足夠，如果皂液pH配制不當(dāng)，也會(huì)導(dǎo)致乳化效果不好，瀝青微粒粒徑偏大或及分布不均勻，甚至基質(zhì)瀝青無(wú)法乳化.試驗(yàn)采用鹽酸來(lái)調(diào)節(jié)皂液pH.該鹽酸無(wú)色，具有刺鼻氣味，相對(duì)密度1.21，相對(duì)分子質(zhì)量36.46，氯化氫含量38%.

1.4 穩(wěn)定劑

無(wú)機(jī)類穩(wěn)定劑選擇分析純氯化鈣和硫酸鈉，有機(jī)類穩(wěn)定劑選擇分析純黃原膠和羧甲基纖維素CMC.無(wú)水氯化鈣：有效含量≥96.0%，不溶物及氫氧化銨沉淀物≤0.015%，游離堿≤0.020%，磷酸鹽≤0.003%，硫酸鹽≤0.020%；硫酸鈉：有效含量≥99.0%，pH=5.0～8.0，氯化物≤0.001%，磷酸鹽≤0.001%，不溶物≤0.005%；黃原膠：有效物質(zhì)含量≥99%，pH=6.0～8.0，干燥失重≤13%，灰分≤13%，總氮≤1.5%；羧甲基纖維素：密度=0.99 g／cm3，有效含量≥99%，代替度（D.S）≥0.9，pH=6.0～8.5，2%粘度=800～1 200 Pa·s.

1.5 改性膠乳

微表處改性乳化瀝青通常采用SBR膠乳，SBR膠乳由丁二烯和苯乙烯在低溫條件經(jīng)聚合而成［14］，膠乳與瀝青發(fā)生交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高路用性能［15］.選取INDULIN1468、PC1468C和JR65三種陽(yáng)離子膠乳，pH=2-4，均具有良好的高溫性能、低溫性能、拌合效果、與石料的粘結(jié)裹附能力，顯著提升微表處混合料的強(qiáng)度和耐久性.

1.6 水

試驗(yàn)用水采用自來(lái)水.

2 制備與測(cè)試方法

采用ENH膠體磨制備微表處改性乳化瀝青.ENH膠體磨作為一款中試設(shè)備，具備瀝青和皂液循環(huán)、加熱系統(tǒng)，可準(zhǔn)確控制溫度、流量、固含量.皂液配制過(guò)程：首先在3 000 mL燒杯中將一定質(zhì)量的乳化劑與水混合，水溫60℃，邊攪拌邊添加鹽酸，待pH達(dá)到要求值，將膠乳、穩(wěn)定劑加入攪拌均勻，皂液配制完成；制備準(zhǔn)備：將皂液加入膠體磨皂液罐，將140℃的熔融基質(zhì)瀝青加入膠體磨瀝青罐，啟動(dòng)循環(huán)，根據(jù)試驗(yàn)需求，分別設(shè)定皂液和瀝青的溫度、流量；制備過(guò)程：待溫度、流量達(dá)到設(shè)定要求，開(kāi)啟磨機(jī)，皂液和瀝青從循環(huán)模式切換到進(jìn)磨模式，瀝青被研磨成微米級(jí)的微粒，通過(guò)乳化劑的界面活性及分散作用，形成較穩(wěn)定體系.

規(guī)范［16］對(duì)（改性）乳化瀝青的5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定：取通過(guò)1.18 mm方孔篩的（改性）乳化瀝青樣品約300 mL，緩慢注入準(zhǔn)備好的穩(wěn)定性試驗(yàn)管內(nèi)，液面至250 mL標(biāo)線處為止，去除氣泡，管口塞好橡膠塞，室溫下靜置5 d時(shí)間，分別取出上支管口上面和下支管口下面各約50 mL（改性）乳化瀝青，分別測(cè)試固含量，上下部分固含量的差值的絕對(duì)值，即為該（改性）乳化瀝青的5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性.

3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

3．1 皂液pH對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

采用SK90?；|(zhì)瀝青，乳化劑MQ65、MQ3和JYR7M用量均為1.8%，皂液按照pH=1.5、pH=2.0、pH=2.5、pH=3.0、pH=3.5分別配制，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，固含量為62.0%，不摻加膠乳和穩(wěn)定劑.結(jié)果如圖1所示，調(diào)整皂液pH，5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性依然不滿足規(guī)范［3］要求.但是，pH=1.5～3.0時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性優(yōu)于pH=3.5時(shí)，且1.18 mm篩上剩余量為零；pH=3.5時(shí)，MQ65和JY-R7M乳化效果較差，1.18 mm篩上殘留物較多，不滿足規(guī)范［3］要求，儲(chǔ)存穩(wěn)定性也最差.因?yàn)槿N乳化劑均屬于pH響應(yīng)類型，調(diào)節(jié)pH使得乳化劑分子結(jié)構(gòu)和活性隨之變化.不斷添加鹽酸，pH逐步降低，乳化劑溶解度提高，皂液從渾濁逐漸變得透亮，但pH太低，也會(huì)損壞乳化劑的分子結(jié)構(gòu).

圖1 皂液p H對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．1 Effects of pH of soap solution on storage stability

3.2 乳化劑用量對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

采用SK90＃基質(zhì)瀝青，乳化劑MQ65、MQ3和JYR7M用量均為1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%，皂液pH=2.5，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，固含量為62.0%，不摻加膠乳和穩(wěn)定劑.結(jié)果如圖2所示，乳化劑用量從1.4%提高至1.8%時(shí)，乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善較明顯，從1.8%提高至2.2%時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善較小，仍然不滿足要求.主要是因?yàn)槿榛瘎┯昧刻岣?，界面張力進(jìn)一步降低，界面膜強(qiáng)度和雙電層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增強(qiáng)，當(dāng)乳化劑用量繼續(xù)提高，乳化劑分子從定向排列轉(zhuǎn)變?yōu)榫奂z態(tài)，對(duì)乳化效果和儲(chǔ)存穩(wěn)定性的改善效果達(dá)到上限.

圖2 乳化劑用量對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．2 Effects of emulsifier dosage on storage stability

3.3 基質(zhì)瀝青對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定的影響

乳化劑MQ65、MQ3和JY-R7M用量均采用1.8%，皂液pH=2.5，基質(zhì)瀝青采用SK90＃、鎮(zhèn)海90＃、殼牌90＃，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，固含量為62.0%，不摻加膠乳和穩(wěn)定劑.結(jié)果如圖3所示，三種基質(zhì)瀝青制備的乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性均不滿足規(guī)范［3］要求，但SK90＃制備的乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性優(yōu)于鎮(zhèn)海90＃和殼牌90＃，乳化劑MQ65略好于MQ3和JY-R7M.

圖3 基質(zhì)瀝青對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．3 Effects of base asphalt on storage stability

3.4 固含量對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

采用MQ65乳化劑與SK90＃、鎮(zhèn)海90＃和殼牌90?；|(zhì)瀝青制備乳化瀝青，MQ65用量為1.8%，皂液pH=2.5，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，不摻加膠乳和穩(wěn)定劑，固含量分別為55%、58%、62%和65%.結(jié)果如圖4所示，隨著固含量提高，乳化瀝青中瀝青微粒增多，表面積增大，粘度提高，乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性有所改善.但通過(guò)提高固含量來(lái)改善儲(chǔ)存穩(wěn)定性的效果有限，固含量增大，1.18 mm篩上剩余量增多，乳化瀝青水包油結(jié)構(gòu)趨向不穩(wěn)定，且成本較高.

圖4 固含量對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．4 Effects of solids content on storage stability results

3．5 SBR改性膠乳對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

采用SK90?；|(zhì)瀝青，乳化劑MQ65用量為1.8%，皂液pH=2.5，固含量62.0%，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，膠 乳 采用INDULIN1468、PC1468C和JR65，分別按照0.0%、1.0%、2.0%、3.0%和4.0%不同用量進(jìn)行試驗(yàn)，不摻加穩(wěn)定劑.結(jié)果如圖5所示，膠乳摻量越高，儲(chǔ)存穩(wěn)定性越差，INDULIN1468制備的改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性略好于其他兩種膠乳.

圖5 膠乳摻量對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．5 Effects of latex content on storage stability

3.6 穩(wěn)定劑對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

基質(zhì)瀝青采用SK90＃，乳化劑MQ65用量為1.8%，皂液pH=2.5，固含量62.0%，皂液溫度50℃，瀝青溫度140℃，膠乳INDULIN1468摻量4.0%，穩(wěn)定劑采用氯化鈣、硫酸鈉、黃原膠和羧甲基纖維素，分別按照0.0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%不同用量進(jìn)行試驗(yàn).結(jié)果如圖6所示，氯化鈣和硫酸鈉對(duì)該改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善效果不明顯，無(wú)法滿足規(guī)范［3］要求；黃原膠用量?jī)H為0.4%時(shí)滿足規(guī)范［3］要求.羧甲基纖維素用量在0.3%～0.4%時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性均滿足規(guī)范［3］要求，改善效果最為顯著.主要原因是羧甲基纖維素溶解形成一種光滑粘稠的假塑性流動(dòng)液體，快速攪拌時(shí)粘度降低，靜置時(shí)粘度增大，可有效防止瀝青微粒的下沉，提升儲(chǔ)存穩(wěn)定性.

圖6 穩(wěn)定劑對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Fig．6 Effects of stabilizers on storage stability results

3.7 制備溫度對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

采用SK90＃基質(zhì)瀝青，乳化劑MQ65用量為1.8%，皂液pH=2.5，固含量62.0%，INDULIN1468摻量為4.0%，羧甲基纖維素用量0.3%，調(diào)整皂液溫度和瀝青溫度，制備改性乳化瀝青.結(jié)果如表2所列，皂液溫度為40℃和60℃時(shí)，儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差；皂液溫度為45℃和50℃時(shí)，瀝青溫度從135℃提升至150℃，儲(chǔ)存穩(wěn)定性越來(lái)越好；皂液溫度為55℃時(shí)，瀝青溫度從135℃提升至145℃，儲(chǔ)存穩(wěn)定性表現(xiàn)良好.究其原因，主要是皂液和瀝青溫度較低或者較高，影響乳化劑活性和乳化效果，對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性不利.

表2 制備溫度對(duì)儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響結(jié)果Tab．2 Effects of preparation temperature on storage stability

3.8 配方優(yōu)化后的微表處改性乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)

綜上，采用SK90?；|(zhì)瀝青，乳化劑MQ65用量為1.8%，皂液pH=2.5，固含量62.0%，INDULIN1468摻量為4.0%，羧甲基纖維素CMC用量為0.3%，按照皂液溫度55℃、基質(zhì)瀝青溫度140℃的工藝，制備改性乳化瀝青.結(jié)果如表3所列，摻加0.3%的羧甲基纖維素，改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性顯著改善，恩格拉粘度增大，其他指標(biāo)均滿足規(guī)范［3］要求.

表3 配方優(yōu)化后的微表處改性乳化瀝青的技術(shù)指標(biāo)Tab．3 Technical indicators of micro-surface modified emulsified asphalt after formulation optimization

4 結(jié)論

1）調(diào)整皂液pH、乳化劑及用量、基質(zhì)瀝青種類、固含量，雖在一定程度上可改善微表處改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，但效果有限，難以達(dá)到規(guī)范［3］要求.

2）摻加SBR膠乳不利于乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，且摻量越高，儲(chǔ)存穩(wěn)定性越差.

3）氯化鈣、硫酸鈉、黃原膠對(duì)改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性改善效果不明顯，不易滿足規(guī)范［3］要求，羧甲基纖維素可顯著改善改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，摻量為0.3%～0.4%時(shí)，改性乳化瀝青的5 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性分別為1.6%和0.5%，均滿足規(guī)范［3］要求.

4）制備溫度對(duì)改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響較大，溫度過(guò)高或過(guò)低均影響乳化劑的活性和乳化效果，瀝青微粒粒徑偏大或分布不均，導(dǎo)致改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差，將皂液溫度控制在50～55℃，瀝青溫度控制在135～145℃，有利于改善改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性.