沥青乳化剂的研究

卿丽雅

【摘要】为了合理选择、使用沥青乳化剂，本文通过查阅大量相关文献资料，研究了沥青乳化剂的作用机理，分析总结出沥青乳化剂的选择方法，得出结论：用HLB值可以对沥青乳化剂进行初选，选择乳化剂还应综合考虑乳化成本、乳化能力、乳化后乳液的各种性能是否满足要求等；沥青乳化剂的实际用量一般要远大于CMC，具体的乳化剂最佳用量应根据试验确定。

【关键词】乳化剂，乳化沥青， HLB，CMC

1 引言

乳化沥青是将沥青热融，经过机械作用，以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液之中，形成水包油状的低粘度沥青乳液[2]。使用这种乳液修路时，不需加热，可以在常温状态进行喷洒、贯入，铺筑各种结构路面的面层及基层，也可作透层油、粘层油以及用于各种稳定基层的养护。

沥青乳化剂是制备乳化沥青关键，是一种表面活性剂，能够极大地降低水与沥青的界面张力和乳液的能量状态。沥青乳化剂的类型及含量决定沥青能否均匀稳定地分散在水溶液中，以保证乳化沥青的性能。

2 沥青乳化剂的选择

2.1 沥青乳化剂类型的选择

表面活性剂能广泛应用的原因以及最大的特点是具有两亲性，其两亲性的大小表示为亲水亲油平衡值HLB，它反映的是表面活性剂分子中两种结构基的大小和力量平衡后的相互关系。 表面活性剂的HLB值越大，其亲水性就越强，越小，其亲油性越强。

如果沥青乳化剂亲水性过大，亲油性过小，那么其在水中的溶解度大，与油脱离；若亲油性大，亲水性小，那么其几乎不溶于水，与水脱离。只有亲水基和亲油基适量，乳化剂才能将沥青和水两相连接起来。乳化剂的HLB最好与乳液中油相的HLB值相适应，由于沥青HLB值一般为16～18，所以用于沥青乳化剂的HLB值也宜与此范围接近。当沥青标号或成分发生变化时，相应的沥青乳化剂也应适当改变。 [1]

表面活性剂的HLB值合适时，其不一定就是最佳的乳化剂。因为HLB值具有局限性，其没有考虑表面活性剂浓度、温度以及各相体积的影响，表面活性剂浓度变化、温度的变化都可能会使HLB值改变。选择乳化剂时，还应结合HLB值、乳化成本、乳化能力以及乳化后乳液的各种性能是否满足要求等各方面综合考虑。目前关于计算HLB值的方法有五十多种，HLB值并没有一种较为精确的计算方法，表明HLB值有待进一步研究。所以根据HLB值可大体了解乳化剂的性质，但其只能用作沥青乳化剂的初步选择，不能作为确定乳化剂的唯一标准。

2.2 沥青乳化剂含量的确定

沥青乳化剂水溶液的浓度达到临界胶束浓度时，原先以低分子状态分散存在的乳化剂分子，会很快形成胶束成为一个个整体，形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度CMC。因此，以CMC为界限，在此界限上下，水溶液的界面张力以及其他物理化学性能都有很大的差异。沥青乳化剂的水溶液，其浓度只有达到CMC及其以上时，才能充分发挥降低表面张力的作用[2]。所以根据CMC可以估计所需沥青乳化剂的含量，各种乳化剂在一定的条件下各有其不同的CMC。

在实际的沥青乳化过程中，沥青的比表面积很大，如果溶液中的胶束过少，则很难将沥青的表面占满形成单分子膜。因此CMC并不能最终确定乳化剂的用量，而只是一个参考，乳化剂的实际用量应该要远大于临界胶束浓度值，具体的乳化剂最佳用量应根据试验确定。

3 沥青乳化剂的分类

3.1 按离子类型分类

沥青乳化剂溶解于水溶液时，凡能电离成离子或离子胶束的叫做离子型沥青乳化剂，凡不能电离成离子或离子胶束的叫做非离子型乳化剂。

3.1.1阴离子型乳化剂

阴离子型乳化剂在水中溶解时，电离成离子或离子胶束，且其亲水基团带有阴离子电荷。由于阴离子乳化沥青中的沥青微粒带阴离子电荷，湿润骨料表面普遍也带有阴离子电荷，当乳液与骨料表面接触时，会同性相斥，使沥青与骨料间存在水膜，从而沥青微粒不能尽快地粘附到骨料表面上。只有待乳液中水分蒸发，才能使沥青微粒裹覆骨料表面。并且这种沥青乳液与骨料的裹覆只是单纯的粘附，沥青与骨料之间的粘附力低，若在施工中遇上阴湿或低湿季节，乳液中的水分蒸发缓慢，沥青裹覆骨料的时间延长，影响路面的早期成型[3]。

3.1.2阳离子型乳化剂

阳离子型乳化剂在水中溶解时，电离成离子或离子胶束，且其亲水基团带有阳离子电荷。阳离子乳化沥青中的沥青微粒带阳离子电荷，当与带阴离子电荷的湿润骨料接触时，会异性相吸，吸引力会大大削弱沥青与骨料间水膜的影响，使沥青能很好地吸附在骨料表面。阳离子乳化沥青与湿骨料接触，尽管有水膜，仍可以吸附结合。所以，即使在阴冷或低温季节，采用阳离子乳化沥青仍可照常施工，其与骨料良好的粘附力，有利于路面的早期强度提高[4]。阳离子乳化沥青既发挥了乳化沥青的优点，又弥补了阴离子乳化沥青的缺点，因而被大量使用。

3.1.3两性离子型乳化剂

两性离子型乳化剂在水中溶解时，电离成离子或离子胶束，其亲水基团既带有阳离子电荷又带有阴离子电荷。其带电性随着溶液的pH值变化而变化。由于其带电状态可随环境变化而改变，所以两性离子乳化剂可以在阴离子、阳离子及不同的pH值环境下应用，这类乳化剂成本较高。

3.1.4非离子型乳化剂

非离子型乳化剂在水中溶解时，乳化剂不能电离成离子或离子胶束，而是靠分子本身所含有的羟基和醚基作为弱水性亲水基。非离子型表面活性剂在水介质中不会解离成水合离子，因其不帶电荷，沥青乳液与骨料的结合力较弱，只能待水分蒸发破乳后，才能使沥青附着在集料表面上，一般很少单独作为沥青乳化剂。

3.2 按破乳速度分类

破乳是指乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析出的过程。沥青乳液在与骨料拌和后，都会破乳，最终沥青裹覆在骨料表面。按照沥青乳液与骨料接触后分解破乳恢复沥青的速度分为，快裂型沥青乳化剂、中裂型沥青乳化液和慢裂型沥青乳化剂[16]。

快裂乳化沥青主要用于喷洒、铺筑表面处治路面和贯入式路面，特别适合较低温度条件下喷洒使用。慢裂乳化沥青主要用于稀浆封层，其中慢裂快凝型适合用于高等级公路的养护，慢裂慢凝型适合用于普通道路的养护。

总体来说，目前国内外沥青乳化剂品种较少，主要只有季胺盐类、木质胺类和酰胺类三种，技术成熟、产品质量稳定的沥青乳化剂更加少。乳化沥青的成本普遍较高，这是其不能大量使用的根本原因，所以应关注经济可靠的乳化沥青的开发，从低成本沥青乳化剂的研发、安全便利的生产施工等方面考虑。因为不同的沥青乳化剂有不同的成分、结构和性能，所以要想开发新乳化剂，应当着力于研究沥青乳化剂的复配和掺聚合物的乳化沥青。并且，不应只重视单一沥青乳化剂的应用和开发，应该针对不同的地域、环境、原料等各方面采用适宜的沥青乳化剂，不能厚此薄彼。

4 结论

（1） HLB值没有考虑表面活性剂浓度、温度以及各相体积的影响，HLB值有待于进一步理论研究，只能用于沥青乳化剂的初选。

（2） CMC并不是确定乳化剂的用量的最佳值，而只是一个参考，乳化剂的实际用量一般要远大于CMC，具体的乳化剂最佳用量应根据试验确定。

（3） 应开发更多品种、类型的沥青乳化剂，在保证经济性的条件下着力于研究沥青乳化剂的复配和掺聚合物的乳化沥青。

参考文献

[1]董国君，苏玉，王桂香.表面活性剂化学[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

[2]沈钟.胶体与表面化学[M].北京：化学工业出版社，2004.

[3]姜云焕.中国乳化沥青技术研发与创新[M]. 北京：石油工业出版社，2011.

[4]交通部阳离子乳化沥青课题协作组.阳离子乳化沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1997.