膨润土基乳化沥青制备与性能试验研究

王永泰

（1.沈阳建筑大学交通工程学院，辽宁 沈阳1101682.辽宁新发展公路科技养护有限公司，辽宁 沈阳110101）

膨润土基乳化沥青制备与性能试验研究

王永泰1，2

（1.沈阳建筑大学交通工程学院，辽宁 沈阳1101682.辽宁新发展公路科技养护有限公司，辽宁 沈阳110101）

通过膨润土乳化、阳离子表面活性剂与膨润土协同乳化、阴离子表面活性剂与膨润土协同乳化、非离子表面活性剂与膨润土协同乳化和表面活性剂复配与膨润土协同乳化五种乳化方式对膨润土基乳化沥青制备与性能进行试验研究。研究结果表明，膨润土乳化、阳离子表面活性剂与膨润土协同乳化不能制备合格乳化沥青；阴离子表面活性剂与膨润土协同乳化、非离子表面活性剂与膨润土协同乳化能够制备合格乳化沥青，但混合料性能不佳；采用膨润土、十二烷基硫酸钠和NP-10复配协同乳化制备乳化沥青性能和混合料性能良好。

道路工程；沥青路面；膨润土；表面活性剂；乳化沥青

随着我国公路交通建设领域中 “修养并重”方针逐渐得到认可和重视，乳化沥青以及与其相关的材料和技术得到了快速发展［1］。乳化沥青主要应用在道路升级和养护工程，如石屑封层，还应用在许多其它沥青材料不可替代的地方，如冷拌料、冷再生、稀浆封层、微表处［2］，同时还可应用在新建道路的施工，如粘层油、透层油等［3］。膨润土基乳化沥青是一种以膨润土作为乳化剂和稳定剂的沥青乳液，其形成原理是膨润土颗粒在水相中吸水崩解分散成微小的颗粒，这些微小的颗粒通过物理或化学吸附作用排布于油—水界面，以保证油水界面的稳定性［4］。针对乳化沥青制备而言，膨润土既可单独作为沥青乳化剂，也可与其他表面活性剂和添加剂复合制备乳化沥青。笔者主要通过室内试验对膨润土基乳化沥青制备和性能进行试验研究，以便拓宽乳化沥青制备的方法。

1 原材料

1.1 膨润土

试验研究采用的膨润土来源于辽宁法库，属于钙基膨润土，天然状态悬浮分散性不好，需进行钠化提纯［5］。根据笔者以往研究通过控制碳酸钠用量、反应时间、反应温度和pH值能够制得粘稠、均匀、分散性好的膨润土浆液。钠化膨润土试验结果见表1。

表1 钠化膨润土基试验结果

将制得的钠基膨润土配制成10%的土浆盛于250mL量筒中，并使其液面高度调整至200mL的位置，搅拌均匀待其形成悬浮液后静止存放10天，观察土浆的情况。试验结果表明土浆稳定，未出现分层离析现象，悬浮分散效果理想。

1.2 基质沥青

试验所用沥青为辽河90号道路石油沥青，沥青质量检测结果见表2［6-7］。

表2 沥青试验结果

2 乳化沥青制备研究

2.1 采用钠基膨润土制备乳化沥青

采用钠基膨润土作为乳化剂制备乳化沥青，制备的乳化沥青为黑色粘稠状乳液，均匀一致，与水能够混溶，但沥青乳液颗粒粗大，肉眼可见。通过分析认为仅使用膨润土对沥青进行乳化时，效果十分不理想，膨润土的乳化能力有限，当加入沥青超过40%时，乳化现象停止，结团破乳。当沥青含量小于40%时，乳液呈浅褐色，并且沥青液滴很粗，肉眼可以分辨，这种沥青乳液不符合要求。要使沥青在膨润土中形成高度分散而稳定的乳胶体，必须使沥青—水—膨润土系统界面上的剩余表面能减小、表面张力降低，加入表面活性剂能够形成均匀而稳定的乳液。

2.2 阳离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青

试验采用季铵盐阳离子表面活性剂和膨润土协同作用制备乳化沥青。本试验使用十六烷基三甲基溴化铵 （1631）阳离子表面活性剂，其为淡黄色固状物，易溶于异丙醇，可溶于水［8］。采用十六烷基三甲基溴化铵 （1631）阳离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果见表3［6-7］。

表3 阳离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果

由表3试验结果可知，采用十六烷基三甲基溴化铵 （1631）阳离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青的筛上残留物、粘度、蒸发残留物含量等指标不能满足 《公路沥青路面施工技术规范》 （JTG T40-2004）中乳化沥青的技术要求［7］。

2.3 阴离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青

考虑到膨润土与阳离子表面活性剂协同制备乳化沥青性能较差，本试验选择了十二烷基硫酸钠阴离子 （SDS）表面活性剂进行试验研究，其为白色粉末，有特征气味，易溶于水。采用阴离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果见表4［6-7］。

表4 阴离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果

由表4试验结果可知，膨润土与阴离子表面活性剂协同制备的乳化沥青能够满足规范要求［7］，但笔者对膨润土与阴离子表面活性剂协同制备的乳化沥青进行简单的混合料试验发现混合料破乳时间长，凝结慢，影响到稀浆封层的路用性能。

2.4 非离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青

根据试验结果，本文选取了NP-10非离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青。NP-10非离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果见表5［6-7］。

表5 非离子表面活性剂与膨润土协同制备乳化沥青试验结果

由表5可知，膨润土与非离子表面活性剂协同制备的乳化沥青能够满足规范要求［7］，乳液黏度理想，与骨料拌和容易，并且乳化沥青混合料稠度适宜，易于摊铺刮平制得试件，混合料的凝结时间也较短。但是试验过程中发现混合料固结后发脆，用手容易折断，缺少韧性，石料与沥青裹附较差，掰开后可见未裹附沥青膜的石料。

2.5 表面活性剂复配与膨润土协同制备乳化沥青

根据阴离子、非离子与膨润土协同制备乳化沥青的结果，笔者采用NP-10、SDS和膨润土协同制备乳化沥青。乳化沥青试验结果见表6。

表6 不同乳化剂乳化沥青试验结果

由表6可知，采用NP-10、SDS和膨润土协同制备的乳化沥青能够满足规范要求［7］，同时通过观察乳液黏度理想，易与骨料拌和，乳化沥青混合料稠度适宜，易于摊铺刮平制得试件，混合料的凝结时间适宜，试件柔韧性较好，试件破坏后石料与沥青裹附较好。

3 乳化沥青性能研究

（1）膨润土用量对乳化沥青性能影响研究。

将NP-10和SDS比例设定为1∶1，确定用量为1.0%，分析不同膨润土用量对乳化沥青性能的影响，膨润土掺配比例为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%。首先把膨润土加水制成浆液，pH值调整为9.5，然后掺入NP-10和SDS，乳液温度控制为60℃，沥青加热温度为130～140℃，制成膨润土基乳化沥青，膨润土用量与乳化沥青性能关系曲线见图1。

图1 膨润土用量与乳化沥青性能关系

由图1可以看出，随膨润土用量的增大，筛上残留物变少，乳化沥青粘度变大，蒸发残留物针入度、延度降低，软化点升高，乳化沥青5d储存稳定性提高。膨润土用量超过1.5%后，筛上残留物减少幅度、软化点升高幅度、乳化沥青5d储存稳定性提高幅度趋缓，但粘度增加幅度变大，针入度、延度下降幅度增大。

（2）表面活性剂用量对乳化沥青性能影响研究。

使用确定的1.2%膨润土，将NP-10和SDS固定为1.0%，研究比较NP-10和SDS不同掺配比例时乳化沥青的性能，试验结果见表7。

表7 表面活性剂对乳化沥青效果的影响

根据表7的试验结果，确定NP-10和SDS的掺配比例为5∶3。按此比例比较不同表面活性剂用量下乳化沥青的性能，试验结果见图2。

图2 表面活性剂用量与乳化沥青性能关系

由图2看出，随表面活性剂用量的增大，筛上残留物减少，粘度降低，对蒸发残留物针入度、软化点、延度和乳化沥青5d储存稳定性则影响不大。表面活性剂用量为0.8%时，乳化沥青各项指标满足技术要求，超过0.8%后，乳化能力和乳化沥青粘度变化不大。

4 结论

针对膨润土制备乳化沥青及其性能试验研究，得出以下结论：

（1）仅采用通过钠化的膨润土对沥青进行乳化，乳化程度有限。采用阳离子表面活性剂与膨润土协同对沥青进行乳化，不能得到合格性能乳化沥青。

（2）膨润土与阴离子表面活性剂协同制备乳化沥青能够满足规范要求，但用其拌和的混合料破乳时间长，凝结慢，影响到稀浆封层的路用性能。

（3）膨润土与非离子表面活性剂协同制备的乳化沥青性能指标能够满足规范要求，乳液黏度理想，与骨料拌和容易，并且乳化沥青混合料稠度适宜，易于摊铺刮平制得试件，混合料的凝结时间也较短。但是试验过程中发现混合料固结后发脆，用手容易折断，缺少韧性，石料与沥青裹附较差，掰开后可见未裹附沥青膜的石料。

（4）通过对比不同乳化剂和基质沥青制备乳化沥青得到，复配得到的膨润土、十二烷基硫酸钠和NP-10复配制备的乳化沥青性能良好，混合料试件柔韧性较好，石料与沥青裹附较好。

［1］杨彦海，杨野，曲泰霖，等.基于正交设计的乳化沥青冷再生下面层力学特性分析 ［J］.沈阳建筑大学学报 （自然科学版），2016（2）：288-297.

［2］荣海滨.乳化沥青在公路工程中的应用 ［J］.黑龙江交通科技，2011（10）：42-42.

［3］肖晶晶.微表处改性乳化沥青及混合料性能研究 ［D］.西安：长安大学，2007.

［4］田泽峰.有机膨润土在道路沥青中的作用研究 ［J］.北方交通，2009（3）：10-12.

［5］张彩云，董前年，章于川，等.膨润土湿法提纯及其钠化工艺优化研究 ［J］.非金属矿，2007，30（2）：42-44.

［6］中华人民共和国交通运输部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程：JTG E20-2011［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］交通部公路科学研究所.公路工沥青路面施工技术规范：JTG F40-2004［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［8］赵敏敏.水溶液和微乳液中孔雀石绿与表面活性剂的相互作用研究 ［D］.兰州：兰州交通大学，2015.

Experimental Study on Preparation and Performance of Bentonite Emulsion Asphalt

WANG Yong-tai

Experimental study on preparation and performance of bentonite emulsion asphalt were carried outthroughfiveemulsifyingstyles:bentoniteemulsification,cationicsurfactantwithbentonite emulsification,anionic surfactant with bentonite emulsification,non-ionic surfactants with bentonite emulsification,and surfactant compound with emulsion with bentonite.Experimental results showed that bentonite emulsification and cationic surfactant with bentonite emulsification could not prepare qualified emulsified asphalt,while nionic surfactant with bentonite emulsification and non-ionic surfactants with bentonite emulsification could prepare qualified emulsified asphalt,but asphalt mixture performances were not good.Good performance of emulsified asphalt and mix were prepared through bentonite,Sodium Dodecyl Sulfate and NP-10.

road engineering,asphalt pavement,bentonite,surfactant,emulsified asphalt

U414.01

A

1008-3812（2017）05-001-06

2017-10-07

王永泰 （1978— ），男，山东文登人，高级工程师。研究方向：道路设计，路面材料，公路养护。