浅谈乳化沥青的储存稳定性

残留物 针入度 软化点
含量
１
０．０７ ０．３２
８．６
６３
９８
５９
２
８．７０ ３０．１０ ５．０
６２
９３
７２．５
３
２．００ ７．７０
２．４
５５
７６
６４
４
０．３４ ３．５４
３．９
５５
８８
５３．５
５
９．００ １８．００ ４．８
６４
１Fra Baidu bibliotek０
５５．５
６
６．２０ ２７．６０ １．８
５４
７１
５５．５
７
０．８０ ４．９０
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技术论坛
断搅拌设备的情况下一般不能使用。乳化剂掺量在一定 范围内能够直接影响沥青分散的颗粒大小， 根据斯托克 公式， 这样的影响也左右了沥青的稳定性。
改性剂是为了改善其中沥青的性能而加入的一种高 分子聚合物， 有固体类的也有胶乳类的， 改性剂的加入 使得沥青的乳化变得更加困难， 通常分子量越高、掺量 越多越难乳化， 这样会直接影响到沥青微粒的大小， 同 样根据斯托克公式， 就会影响其储存稳定性的优劣。
２．１
５７
８２
５３．５
８
３．７０ １６．００ ２．２
５３
８４
５６．５
从表中数据看来， 乳化沥青的稳定性与反映其中基 质沥青路用性能的指标几乎不存在相关性， 这说明乳化 沥青的稳定性不会影响到沥青残留物本身的性能， 然而 为什么离析严重的乳化沥青用于路面时会导致路面沥青 膜厚度不均匀、色泽不一致、易松散、不成型等病害的 呢？ 原因是严重离析后的乳化沥青中沥青微粒分布已不 均匀， 微粒已相互凝聚成大颗粒或块状， 加上施工前没
作者简介： 谢利宝 （ １９７３－ ） ， 男， 河北平泉人， 工程师， 现从事公路工程建设质量监督工作。
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公路交通科技 应用技术版
有充分搅拌或是经搅拌已不能再使其中的沥青以细小微 粒均匀分散， 导致部分石料未被沥青膜完全均匀裹覆。 然而沥青本身的性能没有受到影响。因此， 规范中也有 规定， 在个别情况下改性乳化沥青的储存稳定性难以满 足要求时， 如经搅拌后能够达到均匀并不影响正常使 用， 那么乳化沥青在运抵工地后在不断搅拌的情况下可 以使用， 否则不允 许 使 用 。美 国 ＡＳＴＭ 标 准 也 有 说 明 ， 只 要 乳 化 沥 青 得 到 了 成 功 运 用 ， １ｄ 储 存 稳 定 性 可 不 作 要求。至于各种外掺剂对沥青残留物性能的影响， 由于 涉及的因素比较多， 还必须进行其他相关的研究。
关键词： 乳化沥青； 储存稳定性； 性能； 影响因素
中图分类号： Ｕ４１４
文献标识码： Ｂ
乳化沥青在国内 的 使 用 已 经 有 ２０ 多 年 的 历 史 ， 它 良好的经济性和使用的便利性是普通的道路石油沥青所 不能替代的， 但随之带来的储存稳定性（ 即离析） 不足却 给乳化沥青的应用带来了障碍， 使得乳化沥青不能长期 保存， 或是已离析的乳化沥青用在路面上导致石料表面 沥青膜不均匀， 色泽不一致， 甚至出现部分不能成型的 情况。因此， 乳化沥青的储存稳定性应该引起足够的重 视。
２ 影响乳化沥青储存稳定性的因素
２．１ 沥青微粒尺寸、密度、连续相粘度的影响 通常乳化沥青的成分包括： 基质沥青、水、乳化
剂 、稳定剂， ｐＨ 调节剂等， 如 果 是 改 性 乳 化 沥 青 还 包 括各种改性胶乳或固体改性剂。这些组成部分通过一定 的加工工艺混合分散均匀后就形成了我们通常使用的乳 化沥青。而储存稳定的实质就是原本均匀的乳液内部的 这些成分之间发生了分离， 密度稍大的沥青微粒逐渐向 下沉淀， 造成乳化沥青的下部浓度增大而上部浓度减 小。其沉淀速度可以用斯托克公式来计算
６０
８４
４５．５
４
２．６０ ６．５０
４．１
６０
８７
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５
２．６０ ７．８０
４．７
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０．２２ ０．５８
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４７．０
７
０．３８ ２．０３
２．８
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８４
４６．５
８
８．７
４９．１
２．５
３４
５６
４９．０
表 ２ ８ 种改性乳化沥青的试验结果
沥青 编号
１ｄ 稳 定性
５ｄ 稳 定性
恩氏 粘度
的粘度须要在规范规定的范围以内。表 ３ 是中科院广州 化学研究所的数据， 可以明显看 出 增 稠 剂 对 改 善 ５ｄ 储 存稳定性的作用。
表 ３ 增稠剂用量与储存稳定性关系／ ％
增稠剂掺量
增稠剂
０．２
０．４
０．６
０．８
１．０
ＰＶＡ
８．３
７．８
５．４
３．９
２．５
ＨＥＣ
８．０
６．１
３．４
３．２
２．３
再来看表 １ 和表 ２， 从表 １ 普通乳化沥青的数据来 看， 在去除 ８ 号乳化沥青的影响时， 其余样品的储存稳 定性与恩氏粘度有比较好的相关性， 粘度越大则稳定性 越好， 且相关系数 Ｒ２ 达到了 ０．７ 以上， 这也进一步证明 了斯托克公式对与普通乳化沥青的适用性。但从表 ２ 的 数据来看， 改性乳化沥青的稳定性与其粘度的相关性由 于改性剂的加入变得不明显， 因此， 改性剂对改性乳化 沥青稳定性的影响很大。同样从表 １ 可以看出普通乳化 沥青的稳定性与残留物含量也存在一定的联系， 除一些 特殊的乳化沥青外， 在残留物含量较低时， 稳定性试验 值会随残留物含量的增加有微弱减小的趋势， 但当含量 超过 ６０％左右时， 它们的相关性已基本消失， 原因也是 由于随着沥青含量的增加， 整个乳化沥青体系的粘度也 会随之增大， 但含量达到一定程度后， 沥青微粒之间相 互作用的影响已经超过粘度的影响。表 ２ 中改性乳化沥 青的稳定性与残留物含量从表中的数据看来基本不存在 相关性， 改性剂的加入使得沥青含量的影响减弱。所以 在适当的范围增加基质沥青含量有助于提高普通乳化沥 青的稳定性。 ２．２ 各种外掺剂的影响
密度差的影响很容易理解， 从浮力的角度来看， 在 材料的选择中首先我们应该首选密度相互接近的材料， 这样沥青微粒可以更长时间悬浮在连续相中， 有利于乳 液的稳定。
而连续相的粘度则可以控制沥青微粒在乳液中移动 的阻力， 粘度越大则阻力越大， 乳液的稳定性也就越 好， 粘度可以通过添加某些增稠剂来控制， 但最终乳液
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浅谈乳化沥青的储存稳定性
１
２
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谢利宝 ， 杨建新 ， 凌 晨
（ 江苏省交通厅工程质量监督站， 江苏 南京 ２１０００１； 江苏省交通科学研究院， 江苏 南京 ２１００１７）
摘 要： 文章通过由乳化沥青储存稳定性不足引起的路面病害与多组试验数据的分析， 阐述了储存稳定性对路用
性能的影响及机理， 并从多方面较为详细的分析了影响乳化沥青储存稳定性的多种因素。
除了以上的因素， 乳化沥青的生产工艺也会造成其
稳定性的差异， 特别是改性乳化沥青， 比如先改性后乳 化与先乳化后改性， 改性剂的固态掺入与液态掺入等生 产出来的乳化沥青稳定性都有很大的区别， 其中的情况 也很复杂， 需要另作讨论。对于不同类型的乳化沥青其 生产工艺一般须通过试验加以确定。
在乳化沥青出厂后， 使用前的这段时间， 运输和存 放也是影响其稳定性的关键因素， 但这一影响通常被忽 略。不恰当方法会造成乳化沥青离析的加快， 运输与储 存过程中乳化沥青应尽可能与外界隔绝， 保持与生产时 的室温环境相一致， 条件允许的话可以使用一些具有控 温、泵送、搅拌等功能的沥青运输和储存设备， 避免直 接与阳光空气接触， 避免过热和受冻， 以防因此产生破 乳、冰冻、水分的进入或者散失等而导致稳定性下降。 生产的乳化沥青应尽快运抵工地尽快使用， 这样才能最 大程度保证其使用性能不受影响。
２２
υ＝ｇ ｒ （ρ１ － ρ２ ）／９η 式中， υ为分散相颗粒的下沉速度； ｇ 为重力加速度； ｒ 为分散相颗粒的半径； ρ１ 为分散相的密度； ρ２ 为连续相的 密度； η为连续相的粘度。
从公式可以很容易看出影响沥青微粒沉淀速度的因 素有微粒半径、沥青微粒与连续相的密度差， 连续相的 粘度。也就是说减小沥青微粒的尺寸、减小沥青与连续 相的密度差、增大连续相的粘度可以有利于乳化沥青的 储存稳定。
储存稳定性究竟怎样影响乳化沥青路用性能的呢？
先看表 １、表 ２ 随机抽取的几组数据。
表 １ ８ 种普通乳化沥青的试验结果
沥青 编号
１ｄ 稳 定性
５ｄ 稳 定性
恩氏 粘度
残留物 针入度 软化点
含量
１
２．１０ ７．００
４．６
６１
９２
４５．０
２
４．３０ ８．２０
５．８
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８５
４５．０
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５．４０ １５．７０ ６．０
本文通过对乳化沥青使用时出现的问题与多组试验 数据的分析， 详细阐述了储存稳定性对乳化沥青路用性 能的影响及其原因， 并从多方面分析了影响乳化沥青储 存稳定性的多种因素。
１ 乳化沥青储存稳定性影响路用性能的机理
储存稳定性是在规定的容器和条件下， 储存规定的 时间后，竖直方向上乳化沥青浓度的变化程度， 以判断 乳液储存后的稳定性能， 它是影响乳化沥青性质的重要 指标之一。作为路面使用的乳化沥青， 不管是从施工的 难易程度还是其路用性能出发， 我们当然希望乳化沥青 越均匀越好， 也就是其储存稳定性越小越好， 但在各种 因素的影响下通常事与愿违。在 ２００４ 年检测的 ８２ 组乳 化 沥 青 中 ， 常 温 ５ｄ 储 存 稳 定 性 有 １８ 组 达 不 到 规 范 要 求 ， 不 合 格 率 超 过 ２０％， ２００５ 年 的 不 合 格 比 例 更 高 。 从大量的试验数据来看， 其常 温的 ５ｄ 贮 存 稳 定 性 的 差 异 性 也 非 常 大 ， 从 ０．３％到 ６０％都 有 ， 波 动 范 围 很 广 。 从储存后的形态来看， 一些稳定性较差的乳化沥青出现 了明显的分散相（ 沥青相） 和连续相（ 水相） 的分层， 这样 的材料如果用在路面上必然会对路面的质量带来隐患。
乳化沥青中的各组成成分种类很多， 除了水和沥青 两种主要成分以外， 还有掺量很少的各种外掺剂， 如： 改性剂、乳化剂、稳定剂等， 它们的掺量虽然很少， 却 会对乳化沥青的各种性质产生很大的影响， 包括储存稳 定性。
乳化剂是为了将沥青在某种条件下利用一定的方法 以非常细小的颗粒状均匀分散到水溶液中的一种物质， 它能够使沥青与水这两种互不相溶的材料在常温下融 合， 并形成一种相对稳定的水包油的乳液体系， 以达到 工程使用的经济性和便利性。乳化剂一般以乳化沥青的 施工方法和用途的不同按其离子形态和破乳速度分为阴 离子、阳离子， 快裂、中裂和慢裂几种类型。乳化剂的 种类和掺量直接影响沥青的乳化效果， 特别是对于改性 乳化沥青， 乳化剂选择不恰当， 会导致乳化沥青中胶乳 容易析出而影响改性效果， 使之在石料表面成型的沥青 膜达不到预期的性能， 所以这样的乳化沥青在没有不间
我们以 ＳＢＳ 改性乳化沥青为例， 不同掺量的 ＳＢＳ 对 其储存稳定性影响显著， 见表 ４。
表 ４ ＳＢＳ 掺量与储存稳定性关系
ＳＢＳ 掺量
０ １．０ １．７ ２．２ ２．７ ３．０ ４．０ ５．０
１ｄ 储存稳定性 ０．２ ０．４ ０．５ ０．７ ０．５ ０．４ １．８ ４．３
从表中可以看出改性乳化沥青的稳定性数值随着改 性剂掺量的增加有增加的趋势， 其中两组的异常可能是 由于乳化剂掺量的不同导致。从表 １ 和表 ２ 的数据也能 看出改性乳化沥青的稳定性的波动比普通乳化沥青要 大， 因此， 改性剂对乳化沥青稳定性会产生较大的影 响。
稳定剂是为了提高乳化沥青储存稳定性而掺入的一 种物质， 通常分为无机稳定剂和有机稳定剂两大类。无 机稳定剂可以调节连续相的密度， 利用盐类离子的电解 效应增加沥青微粒之间双电层效应从而增大其相互排斥 作用， 阻止微粒之间的凝聚， 防止因微粒尺寸的增大而 出现微粒沉淀速度加快现象的发生； 有机稳定剂则可以 调节水相的粘度， 并使沥青微粒表面形成一种界面膜， 同样也阻止了沥青微粒之间的凝聚， 减慢沥青微粒的沉 淀速度， 前面提到的增稠剂其实也属于有机稳定剂的范 畴。 ２．３ 生产工艺及运输、储存的影响
沥青微粒越细小时， 它受连续相中分子不规则运动 的影响就越大， 相对而言， 受重力的影响就会越小， 越 有利于乳化沥青的稳定。沥青微粒的大小除受乳化剂的 影响外， 乳化设备是最重要的影响因素。有研究表明， 微粒 直 径 在 １～５μｍ 时 ， 乳 液 的 总 体 性 能 最 好 ， 现 在 较 好的高剪切分散乳化机， 一般都能满足沥青的超细分 散。