沥青乳化工艺及沥青乳化设备

沥青乳化工艺及沥青乳化设备

聊城市汇通公路设备有限公司

一、沥青乳化的基本原理

乳化沥青的主要成分是沥青、水、乳化剂和稳定剂。几乎各种标号的石油沥青，都可用于制备乳化沥青。通过乳化机械的高速搅动或剪切作用，将沥青破碎成微小颗粒，分散在有乳化剂作用的表面活性物质的水溶液中，则可获得一种均匀分散肢体。乳液中沥青颗粒直径大致在1—5μm 范围之内。乳化剂的基本作用是降低表面张力。其特点是分子中有一个水溶性(亲水性)的极性基团和一个油溶性(憎水性)的非极性基团。在沥青一水体系中，乳化剂分子移动于沥青与水界面间，其分子的惜水基团吸附于沥青的表面，并使其带有电荷，而亲水基团则进人水相。从而将沥青颗粒与水连结起来，降低了两者之间的界面张力。同时，由于沥青粒子带有同样电荷而互相排斥，妨碍它们之间互相凝聚，因而使沥青乳液能保持一定时期的均匀和稳定。电荷的性质决定于乳化剂的憎水基团或烃链部分的电荷，如其为负电荷，则沥青粒子带有负电荷，而形成的乳液为阴离子沥青乳液。反之，则为阳离子沥青乳液。如沥青粒子既具有负电荷，又具有正电荷，则乳液为两性离子沥青乳液；此外，还有非离子型沥青液。

二、沥青乳化的基本生产流程

生产乳化沥青的工艺流程是：将沥青加热到额定温度，将水，乳化剂，外掺剂，（稳定剂，酸等）混合到一起并加热到额定温度，然后将热沥青与乳化剂水溶液一起送入沥青乳化机，即可生产出成品乳化沥青。成品乳化沥青可放入储存罐内，随时供施工应用。可以分为以下四个过程：沥青的准备、皂液配制、沥青乳化、乳液储存。

1、沥青的准备

沥青的准备过程主要是将沥青加热并保持在适宜的温度的过程。沥青准备过程中温度的控制十分重要，如果沥青温度过低，会造成沥青粘度大，流动困难，从而乳化困难；如果沥青温度过高，一方面会造成沥青老化，同时也会使乳化沥青的出口温度过高，影响乳化剂的稳定性和乳化沥青质量。

普通沥青在进入乳化设备时的温度一般在130℃左右。

2、皂液的制备

根据所需乳化沥青的不同和实际乳化效果，选择适宜的乳化剂种类和剂量以及添加剂种类和剂量，配制乳化剂水溶液（皂液）。乳化剂使用时现将其溶解于水中配置成乳化剂皂液，确定其溶解是必要的，因为只有溶解于水中的乳化剂才真正起作用。调节皂液温度和酸碱度能改变乳化剂溶解的难易程度，并影响着乳化剂的活性。有的皂液需要调节PH值，有些常温固态的乳化剂需要在热水中搅拌较长时间使其溶解。乳化剂的用量和皂液PH值调节应参考乳化剂生产厂家提供的数据，在实际生产中合理掌握。乳化剂用量不足将造成乳化不完全稳定性差，PH值不合适将会出现同样的情况。

对于一般的半连续式或间歇式生产设备，需要按照配方要求人工配制皂液。

乳化剂皂液在进入乳化设备前的温度一般控制在55~75℃之间。

3、沥青的乳化

将合理配比的沥青和皂液一起进入乳化机，经过增压、剪切、研磨等机械作用，使沥青

形成均匀、细小的颗粒，稳定均匀地分散在皂液中，形成水包油的沥青乳状液。 合适的乳化沥青出口温度应在85℃左右。

4、乳化沥青的储存

乳化沥青从乳化机中出来，直接进入储罐或经换热器冷却后进入储罐，冷却的目的在于利用余热，热的乳化沥青粘度比冷的乳化沥青粘度小，更有利于喷洒使用。

大型的储罐中应配置搅拌装置，定期进行搅拌，以减缓乳化沥青的离析。

三 、沥青乳化的生产工艺

乳化沥青生产工艺主要包括生产配方，温度控制，油水比例控制等内容。一般应根据乳液技术要求，乳化剂性能，沥青性能，水质，设备性能，生产规模，施工要求等技术条件，首先通过室内试验，初步确定乳化工艺，然后在生产设备上试生产。检验和修正室内试验所确定的工艺，补充试验室无法确定的其它工艺问题，最后得到正式用于生产的乳化沥青生产工艺。

乳化沥青生产工艺流程图

生产改性乳化沥青是现代沥青乳化设备的主要功能。改性乳化沥青所用的改性剂主要是SBR 和SBS 。SBR 胶乳改性乳化沥青虽然有较好的低温抗裂性，但对高温稳定性改善不明显，而我国的气候条件是全国各地夏季普遍气温较高，对沥青粘结料的高温稳定性要求比较苛刻。而SBS 改性乳化沥青能同时兼顾沥青的高、低温性能，具有很好的应用前景。

改性乳化沥青的生产工艺主要分为两大类：

1、乳化沥青改性 稳定剂 乳化剂 沥 青

加 热 计 量 计 量 计 量 计 量

计 量

水 酸 皂液 冷 却

计 量 胶体磨（乳化机）

加热

乳化沥青成品

乳化沥青改性工艺主要用于胶乳改性乳化沥青的生产，其具体生产工艺有：

（1）沥青先经乳化后在改性，即将热沥青和乳化剂皂液一起通过胶体磨制成普通的乳化沥青，再通过机械搅拌将胶乳状的改性剂加入到乳化沥青中，制成改性的乳化沥青。该方法的优点是，对设备要求不高，缺点是是适合胶乳状的改性剂。

（2）乳化与改性两个过程同时进行，生产出来的乳化改性沥青（将改性剂掺配到乳化剂皂液中，然后将“改性”的皂液与沥青一起进入胶体磨，制成改性乳化沥青；或者不是将改性剂预先惨加到乳化剂皂液中，而是单独放到一个罐中，最终在泵送管道中与乳化剂、酸、水等混合后再与热沥青一起进入胶体磨。将胶乳改性剂惨加到皂液罐的方法，其优点是与生产普通乳化沥青的工艺完全相同，不需要对生产设备做任何改动；缺点是用该方法生产改性乳化沥青时，改性剂的计量受到一定限制，且要求改性剂胶乳能够耐受皂液的 PH 值。而将胶乳改性剂通过管道直接连接到胶体磨的方法可以克服上述缺点，但要求对普通乳化沥青设备进行必要的改进后方可用于改性乳化沥青的生产。

乳化沥青改性的特点是：采用的改性剂必须是液态的；生产工艺简单，把改性剂按比例掺入已乳化的沥青中搅拌，或者将改性剂按比例掺入乳化液中对沥青进行乳化，即获得改性乳化沥青。此方法工艺简单,制得的改性乳化沥青稳定性较差,不适用于生产SBS改性乳化沥青。

2、改性沥青乳化

所谓乳化改性沥青是先改性后乳化的沥青。

先将聚合物（SBR/SBS）和基质沥青通过高剪切胶体磨等制备出聚合物改性沥青，再将改性沥青通过高剪切胶体磨与乳化剂水溶液混合乳化，制得改性乳化沥青。此种工艺由于将沥青和聚合物颗粒剪切的很细，因此适用于生产SBR 和SBS 改性乳化沥青，尤其是生产SBS 改性乳化沥青。

SBS 改性沥青，由于其本身韧性好，因此普通均化器、胶体磨根本不能直接进行生产，并且随着SBS 含量增加（一般为2%-3%），乳化难度增加，乳化稳定性变差；因此改性沥青的乳化要保证有好的乳化效果，除了SBS 的加量外，还必须保证改性沥青中SBS 不离析以及SBS 的粒度达到胶体的需求，因此，乳化沥青生产设备的核心乳化机（胶体磨）必须具有高速剪切和研磨功能；研磨区内流体分子间剧烈摩擦、挤压、揉搓和撕裂，使分子链断裂,并使沥青混合物分子很好地重新分布并结合；因而沥青混合液被有效的分散、破碎、均匀和乳化，形成均匀的微细颗粒稳定乳状液体。

目前，国产胶体磨由于材料、加工精度、生产工艺等因素在技术性能、耐用及防腐性能与进口产品还有一定的差距，特别是转速（3000r/min）与进口机（6000r/min）相差近一倍；用于SBS 改性沥青乳化还有待于进一步的发展；绝大多数聚合物（SBS）改性乳化沥青生产设备的胶体磨是进口高端产品。

四、沥青乳化设备

沥青乳化设备是我公司经过对各种国产、进口的沥青乳化设备综合性能分析对比，集众家所长，结合我公司三十年来在沥青加热、储存及深加工设备研发制造领域积累的丰富经验，经不断改进和完善后推出的一款高品质、高性能全自动沥青乳化设备。

沥青乳化设备主要配置系统如下：

1、胶体磨（乳化机）是设备的最关键部位，主要是通过定子、转子之间由于高速运转所产生的剪切力而对物料起到研磨、分散作用。

2、沥青配置系统：应具备升温、控温、保温的功能，并具备一定的容量（能满足生产1-3小时）。沥青配置系统一般由罐体、加热器、温控器、搅拌器、液位控制器等组成。

3、皂液掺配系统：由热水罐与皂液罐及相应管道组成。皂液掺配系统中所有与皂液接