实验室制备乳化沥青的方案.docx

1、实验室制备乳化沥青的方案实验室制备乳化沥青技术方案一、实验的目的及意义通过将沥青热融，经机械的作用以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶 液之中，形成水包油状的沥青乳液。使用这种沥青乳液修路时，不需加热，可以 在常温下进行喷洒、贯入或拌和摊铺，铺筑各种结构路面的面层及基层， 也可以 用作透层油、粘层油以及用于各种稳定基层的养护。 在提高道路质量、扩大沥青 使用范围、节约能源、节省材料、环保安全等方面有其独特的优越性。二、实验理论原理及技术要求a） 沥青乳化的基本原理将沥青分散到水相中，必然需要做功，所做的功（ W ）等于沥青表面积 的增大值（ A）乘以表面张力Y,即：W= A?y从上式可以看出

2、，降低界面张力，可以使机械功明显减小。在实际生产过程中， 乳化前将沥青加热融化；乳化时加入乳化剂（降低表面张力） ；使用胶体磨研磨（机械能）；三者结合起来才能使沥青乳化。乳化剂、乳化设备、乳化工艺是乳 化沥青生产的三要素，此外基质沥青、水、添加剂等也对沥青的乳化和性能产生 影响。b） 乳化剂的作用在乳化沥青中，水是分散介质，沥青是分散相。单纯的将水和沥青混合是做 不到的，为了使乳状液稳定，必须加入物质使两相不聚集，降低两相间的界 面张力，这种物质就是乳化剂。乳化剂所起的作用有：i.ii.降低水和沥青之间的界面张力差。使体系总表面能降低，热力学稳 定性提高。iii.使沥青微粒界面产生界面膜，界面

3、膜的强度和紧密程度是乳化沥青 存在的重要因素。使沥青微粒表面形成带电离子基团，电荷间的静电斥力阻碍了沥青微 粒的聚集。乳化剂是生产乳化沥青的关键，直接关系着沥青能否乳化，和乳化沥青的 稳定性、破乳速度等使用性能。生产时应根据原材料、用途、成本等因素综合考 虑使用什么乳化剂，并做好生产小试来确定是否使用该乳化剂。c）沥青乳化剂的类型、应用沥青乳化剂大致可分为合成乳化剂、天然产物乳化剂、无机粉末乳化剂等类 型，而合成乳化剂是目前应用最多、 性能最好的类型，因此一般所讲的沥青乳化 剂都是指一类有机合成的可以乳化沥青的表面活性剂。沥青乳化剂从化学结构上讲是一种“两亲性”分子，分子的一部分具有亲水 性质

4、，一部分具有亲油性质。亲油部分一般由碳氢原子团，特别是由长链烷基构 成，差别较小。亲水部分原子团则种类繁多，结构差异大。按照亲水基在水中是 否可以电离，沥青乳化剂可以分为离子型和非离子型两大类。 离子类根据离子电 性的不同又可以分为阴离子型、阳离子型和两性离子型。1、阴离子乳化剂阴离子乳化剂是在溶于水中时能电离成为离子或者离子胶束， 亲水基团带有负电荷的乳化剂。人们最早就是使用阴离子乳化剂制作乳化沥青的。 由于原料易得，来源广泛， 阴离子乳化剂在相当长的一段时间内作为最主要的乳化剂类型， 在世界范围内得 到了广泛应用。阴离子乳化剂最主要的亲水基团有羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐等三种类型。常用的阴离

5、子乳化剂类型包括：（1） 高级脂肪酸盐类高级脂肪酸盐类的化学式为 RCOOM，R为Ci4Ci8的烃基，M为Na、K 元素。高级脂肪酸盐类是最古老而又大量应用的表面活性剂类型， 该类乳化剂的缺点是RCOO-羧酸根离子会与硬水中的钙、镁离子发生反应生成沉淀物，降 低了乳化剂的作用。（2） 磺酸盐类磺酸盐的化学式为RSO3Na,碳链中的碳数在820之间。以造纸黑夜为 原料，从中提取木质素，经磺化处理得到的木质素磺酸盐可以用于沥青的乳化。（3） 硫酸酯盐类硫酸酯盐的化学通式为ROSO3M ,M为Na、K元素，烃基中的碳数为818。 这类乳化剂在硬水中稳定，在水溶液中呈中性或微碱性。阴离子乳化剂是乳化沥

6、青出现后在最初的 40年内广泛应用的乳化剂。随着 20世纪50年代阳离子乳化剂的出现，阴离子乳化沥青逐渐被阳离子乳化沥青取 代，目前在世界范围内的用量已经很小。 这是因为，阴离子乳化剂虽然价格便宜，由于同性电荷的静电斥力，两者接触后但其使用性能往往不及阳离子乳化剂： 阴离子乳化沥青中微粒表面带负电荷， 潮 湿状态下大多数石料表面同样为负电荷， 沥青微粒不能尽快、牢固的粘附到石料表面，影响乳化沥青的路用性能。阳离子乳化沥青的微粒带正电荷，湿矿料表面带负电荷，两者在有水膜的情 况下仍可以吸附结合，阳离子乳化剂可以增强沥青与石料表面的粘附力，同时它 对酸性矿料和碱性矿料都有很好的粘附力，提高路面的早

7、期强度，铺后可以较快 地开放交通。因而阳离子乳化剂弥补了阴离子乳化剂的缺点。阴阳离子乳化沥青性能比较性 能孚L 化沥 青阴离子型阳离子型路面成型较慢较快低温阴湿气候施工较差较好遇雨损失较大较小 *. *. t r . 1- r . f *. f f *.适于粘附的骨料石灰石石灰石、化冈岩石央石适应的沥青品种环烷基沥青较好石蜡基、环烷基均可对水质要求软水软、硬水均可冷拌冷铺差好制作高浓乳化沥青差好2、阳离子乳化剂是在溶于水中时能电力为离子或离子胶束，亲水基带有正电荷 的乳化剂。按化学结果主要有季铵盐类、烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、环氧乙烷二胺 类、胺化木质素类等。（1）季铵盐季铵盐类乳化剂由于乳

8、化能力强，使用时无需调酸，受到我国广大乳化沥青 生产企业的青睐，是我国中裂、快裂乳化剂应用最多的类型之一。 厂 pHa -fleg弋cr匚诂13 七、crIB3I11631CHa+1山曲3丁一NCHmCHCpCH* OH OHcrCH3C 佃如NCHjCH3cr（2）烷基胺类烷基胺类使用时需要调酸，使其成为胺盐，常为烷基二胺、烷基多胺乳化剂。 这类乳化剂乳化力良好，对集料粘附性也好。烷基胺类乳化剂是国外用于沥青乳 化的主要乳化剂之一。CHacrJNHC HjCHCHlj CHjOH CH3b CiftHiT-NH-CHzCHjCHyNHjN-十八烷基-丙撑二胺、破乳速度慢。在我国使用比HO-C

9、HCHCHH3CO+严OCH2CH2CH2NcrCH3（3）木质素胺类 木质素胺类乳化剂是由造纸废液中的主要成分之一，木质素为原料合成的, 可用于慢裂乳化剂的生产。该类乳化剂有效成分低、质量不稳定 但由于成本低廉，还为造纸工业减轻了污染，有一定的应用价值， 较普遍。CH3（4） 咪唑啉类咪唑啉型乳化剂的亲水基部分为含有杂环基咪唑啉的基团，通过咪唑啉 基团的变化可制成慢裂到快裂的各类型乳化剂。（5）酰胺基胺类酰胺基胺类乳化剂有脂肪酸和多乙烯多胺缩合而成，通过合成材料的选 择和值得快、中、慢裂各型，适合于不同用途。RCONH （CH/dNH CCH,）,NH,3、乳化剂的复配单一的乳化剂在使用过程

10、中可能不能很好的满足乳化沥青生产和使用的需 要，如乳化沥青的储存稳定性不理想， 乳化沥青的生产成本太高，乳化沥青的破 乳、成型情况不能满足要求等。为此，经常需要将不同的乳化剂配合使用，或者掺加其它的助剂，以起到改善乳化沥青的加工性能、经济性、路用性能的作用。 乳化剂之间的复配可以有不同的形式， 同类离子乳化剂间的复配，如阳离子乳化 剂与阴离子乳化剂间的复配，阳离子乳化剂与非离子乳化剂间的复配，阴离子乳 化剂与非离子乳化剂间的复配等。最常用的是相同离子类型乳化剂间或离子型与 非离子型乳化剂间的复配。阳离子与阴离子乳化剂间的复配，常常由于电性中和 而失效。d ） 我国公路沥青路面施工技术规范JTG

11、F40-2004对乳化沥青的种类及技 术要求如下：道路用乳化沥青技术要求乳化沥青品种及适用范围分类品种及代号适用范围阳离子乳化沥青P C-1表处、贯入式路面及下封层用P C-2透层油及基层养生用P C-3粘层油用BC-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用阴离子乳化沥冃P A-1表处、贯入式路面及下封层用P A-2透层油及基层养生用P A-3粘层油用BA-1稀浆封层或冷拌沥青混合料用非离子乳化沥青P N-2透层油用BN-1与水泥稳定集料同时使用（基层路拌或再生）试验项目单位品种及代号试验方法阳离子阴离子非离子喷洒用拌和用喷洒用拌和用喷洒用拌和用P C-1P C-2P C-3BC-1P A-1PA-2P

12、A-3BA-1P N-2BN-1破乳速度快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂快裂慢裂快裂或中裂慢裂或中裂慢裂慢裂T 0658粒子电荷阳离子什）阴离子（-）非离子T 0653筛上残留物（1.18mm筛）不大于%0.10.10.1T 0652粘度恩格拉粘度计E252-101-61-62-302-101-61-62-301-62-30T 0622道路标准粘度计rvC25.3s10-25 i!-208-2010-6010-258-208-2010-608-2010-60T 0621蒸发残留残留分含量不小于%50505055505050555055T 0651溶解度，不小于%97.597.597.5T 0607

13、表 4.3.2物针入度（25 C）dmr50-201050-30045-15050-2005030045-15050-30060-300T 0604延度（15 C ）,不小于cm404040T 0605与粗集7面积不料的粘附性，裹附卜小于2/32/32/3T 0654与粗、细粒式集料拌和试 验均匀均匀T 0659水泥拌和试验的筛上剩余不大于%3T 0657常温贮存稳定性：1d 不大于5d 不大于%151515T 0655三、实验试剂乳化沥青由一些三种主要物质组成：沥青、水、乳化剂，除此之外可以含有 其他添加剂，如稳定剂、特殊助剂、改性剂等。（1） 沥青沥青是乳化沥青中的最主要组成部分，一般占到

14、乳化沥青总质量的50%65%。当乳化沥青喷洒或拌和使用后，其中的水分蒸发最终留在路面的是 沥青，乳化沥青的各项检验指标的高低沥青是一项决定性因素。石油沥青是由碳、 氢等复杂有机物组成的混合物，其化学组成及胶体结构随油源不同、加工工艺不 同，沥青的路用性质、乳化的难易程度、改性的方法都会有所区别。因此生产乳 化沥青首先考虑的是选择适宜的沥青品牌和标号，除了满足最终的应用要求外， 还应满足乳化生产的要求。芳香份和胶质含量多的容易乳化，饱和份和沥青质含 量越多越不易乳化。从胶体结构来讲，溶胶型沥青比凝胶型沥青容易乳化。随着改性沥青的出现，改性沥青用于乳化的现象也随之出现。由于改性沥青 的粘度大幅度增

15、加、且改性剂大部分是高分子聚合物， 其可乳化性大大降低，因 此在生产乳化沥青时应充分试验。（2） 水水是沥青分散的介质，水的洁净度和硬度会对乳化沥青产生影响。钙、镁离 子的存在对阳离子型乳化剂来说有利有弊， 一方面需要消耗一定酸来中和，一方 面中和产物CaCl2作为乳化沥青稳定剂存在。对阴离子型乳化剂来说有弊，可溶 性的钙、镁离子与阴离子型乳化剂的阴离子反应生产不溶性物质，消耗了乳化剂。 水中杂质微粒也会影响沥青的乳化，所以生产乳化沥青的水最好是洁净的硬度低 的水。（3） 乳化剂乳化剂在乳化沥青中的比例很小，一般在0.2%1.8%之间（占沥青乳液的质 量），乳化剂的作用使得乳化沥青可以以稳定的

16、乳状液的形式存在，实现了从沥青到沥青乳液的转变。除了起乳化作用外，乳化剂对乳化沥青的路用性能影响巨 大。1乳化剂是乳化沥青破乳速度的主要影响因素乳化剂品种的不同，决定了乳化沥青破乳速度的本质不同。 例如，使用木质 素胺类乳化剂的破乳速度很慢，而使用脂肪酸胺类的乳化剂破乳速度会较快。对 于同一类型的乳化剂化学结构的不同也影响破乳速度。乳化剂剂量越大，乳化沥青中游离的乳化剂就越多，破乳速度就越慢。2乳化剂对沥青指标的影响在乳化沥青破乳、水分蒸发后，乳化沥青中的乳化剂、酸等留在了沥青中。 乳化剂的存在使沥青的极性增强， 有利于改善沥青与石料的粘结，对于沥青针 入度、软化点、延度等指标则有不同增减，使

17、用时应具体分析。我国各种不同乳化剂的类型类 型沥青乳化剂代号烷基一甲基羟乙基氯化铵1621快裂型烷基羟基酰胺基多胺JSA 3烷基羟基酰胺基多胺十八烷基甲基溴化铵1631十八烷基三甲基氯化铵DT牛脂烷基酰胺基多胺JSA 2中裂型N烷基三甲基氯化铵NDTN烷基内撑一胺辽 ASF DDA硬脂酸烷基酰胺基多胺JSA 1慢裂型木质素胺类RH C01双季铵盐HY(3)添加剂在乳化沥青生产中，如果能加人少量的化学添加剂，既可以减少乳化剂用 量，降低生产成本，又可以提高乳化剂的活性，改善乳化沥青的贮存稳定性。根 据经验，加入以下添加剂有不同的作用1加入卤素无机盐能增强乳化沥青颗粒之间的双电子层效应 ，增加电势

18、电位，阻止乳化沥青微粒的相互聚集。2加入水溶性高分子聚合物能在乳化沥青中以网状、线状的形式存在，对乳 化沥青微粒起到隔离作用，同时还能增强乳化沥青的粘附性。3加人一些非离子表面活性剂，能降低水的表面张力，同时当它与乳化剂 混溶于水后，能起到复合乳化的效果，使乳化能力大大的增强。如果能同时选用多种化学添加剂，并将其用量的比例调节到最佳点，则可 将乳化剂的用量降至最低点，同时又能制备出稳定性良好的乳化沥青。各类化学添加剂的典型代表物，及其在生产中的用量，节省乳化剂效果如 表所示。添加剂类别代表物生产用量卤素无机盐氯化钙、氯化铵0.1 %无机凝胶水玻璃0.3%水溶性高分子PVA纤维素类0.2 %非离

19、子表面活性 剂0P-10 TX-100.1 %四、实验步骤生产流程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。选择适宜的乳化剂种类和剂量以。乳化剂使用时现将其溶解于 因为只有溶解于水中的乳化剂才 并影响着乳普通沥青在进入乳化设备时的温度一般在 130C左右。 皂液的制备根据所需乳化沥青的不同和实际

20、乳化效果， 及添加剂种类和剂量，配制乳化剂水溶液(皂液) 水中配置成乳化剂皂液，确定其溶解是必要的， 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， 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 5575C之间。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

21、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 85C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。研究方案路线、原材料的优选及检测1、沥青。生产乳化沥青首先考虑的是选择适宜的沥青品牌和标号，除了满 足最终的应用要求外，还应满足乳化生产的要求。芳香份和胶质含量多的容易乳 化，饱和份和沥青质含量越多越不易乳化。本实验初步选

22、用道路石油沥青 sk9C#进行实验检测的指标及方法指标检测方法指标检测方法针入度(25 C)T0604闪点T0611针入度指数PIT0604溶解度T0607软化点T0606密度T0603延度(10 C)T0605蜡含量T0615动力粘度(60 C)T0602RTFOT 后质量变化T0609残留针入度(25 C )T0604残留延度(10 C)T06052、乳化剂乳化剂品种的不同，决定了乳化沥青破乳速度的本质不同。本实验选用了阳 离子快裂、慢裂、中裂等来自五个厂家的沥青乳化剂。分别是1、美德维实伟克 2、漯河天龙 3、天津康泽威4、山东派尼 5、镇江金阳道路材料 3、水水是沥青分散的介质，水的洁

23、净度和硬度会对乳化沥青产生影响，钙、镁离子的存在对阳离子型乳化剂来说有利有弊，水中杂质微粒也会影响沥青的乳化。 本实验选用洁净的硬度低的自来水4、酸从使用效果，经济安全、实际生产应用中的多少考虑，我们选用盐酸，使用 标定过的酸度计准确测量pH值二、掺量确定阳离子快裂乳化沥青沥青，%乳化剂,%水，%pH, %600.30.5至1001.52.5阳离子中裂乳化沥青沥青，%乳化剂,%水，%pH, %600.81.0至100不用调阳离子慢裂乳化沥青沥青，%乳化剂，%水，%pH, %55602.33.0至1001.52.5改性稀浆封层，微表处沥青，%乳化剂，%水，%pH, %胶乳改性剂，%601.31.

24、8至1001.52.523三、提出初步配方美德维实伟克INDULINPMQ1D沥青，%INDULIN?MQ 1D, %水，%INDULIN1468,%PH50651.62.435500， 1， 3， 52.0INDULIN AA-63D沥青，%INDULIN AA-63D, %水，%PH50650.30.535501.8镇江金阳道路材料科技发展有限公司阳离子快裂沥青，%JY-R1， %水，%PH50650.30.535501.52.5（二）阳离子慢裂沥青，%JY-R3， %水，%PH502.42.8至1001.52.5阳离子中裂沥青，%JY-R2， %水，%PH500.81.0至100不用调（

25、四）微表处用沥青乳化剂沥青，%JY-R5,%水，%PHSBR胶乳改性剂，%601.31.8至1001.52.523 （固含量）乳化剂主要技术指标1活性物含量： 65%2.溶解度:1:100的酸性水完全溶解3.PH 值:8-94.拌和试验：慢裂快凝5.外观：棕褐色粘稠液体a将乳化剂和胶乳分别按比例加入 55-60C的水中搅拌使其充分溶解混合。（乳化剂用量应根据胶乳的用量而定， 胶乳的生产工艺用量高，乳化剂用量应相应提高。胶乳的用量根据不同的沥 青在软点不低于规范要求的情况下进行调整。）b.向乳液中加入盐酸，搅拌充分后测PH值，逐步加入，逐步 检测，最后PH应在1.5-2.5，此时记下盐酸占乳液的

26、比例， 以后照此量加入，误差不会太大。60C.将沥青加热至140-145C和乳化剂、胶乳、胶乳稳定剂的水 溶液一起泵入胶体磨进行乳化。（五）阳离子慢裂（稀浆封层）沥青，%JY-R4, %水，%PH55601.82.24045不用调乳化剂主要技术指标1.活性物含量：45%2.溶解度：易溶于水3.PH 值：5-74.拌和试验：慢裂快凝5.外观：浅棕色粘稠状液体或半固态天津康泽威科技有限公司沥青，%60kzw-801M，%1.5-2.0水，%40盐酸调节PH2 3沥青，%60kzw-802， %0.6-0.8水，%40沥青，%kzw-801U，%1.2-2.0水，%40盐酸调节PH2 3kzw-80

27、1U应加入温水中搅拌溶解，然后用酸调节 PH至2 3,所需加入的盐酸 量取决于盐酸的浓度，调酸过程使用酸度计（四）沥青，%60kzw-803E，%2.0-2.5水，%40（五）沥青，%60kzw-802K-1，%0.3-0.5水，%40盐酸调节PH至1.8 2.5四、确定生产工艺沥青的准备k皂液配置1沥青乳化 乳液储存生产工艺包括：沥青和皂液的加热温度、皂液 PH值的调节(1)沥青和皂液的加热温度沥青要达到很好的流动状态需要沥青有较高温度，乳化剂在水中溶解、乳 化剂皂液活性的提高、水和沥青界面张力降低，等需要皂液处于一定的温度。同 时乳化沥青生产后的温度不能高于100C,否则将引起水的沸腾，综合这些因素， 选择沥青加热温度为120140C，皂液温度为5575C，乳化沥青出口温度不高 于 85C。(2)皂液PH值的调节乳化剂本身由于化学结构而有一定的酸碱性， 离子型乳化剂溶解于水中形成 皂液，PH值对乳化剂的活性有影响，调至合适的 PH值使皂液的活性增强，甚至有些乳化剂如果不调皂液 PH值就无法溶解。酸性使阳离子乳化剂活性增强，碱 性使阴离子乳化剂活性增强，非离子乳化剂活性与 PH值无关。使用乳化剂时应根据具体的产品说明进行PH值的调节。五、乳化沥青制备乳化沥青制备流程图