乳化剂配比对SBS改性乳化沥青性能的影响研究

(中海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限公司，山东 青岛 266500)

1 概述

乳化沥青最突出的优点是常温下具有流动性，无需加热便可使用，因此可以进行冷态施工，成本低，施工安全方便、节能，并能减少环境污染。使用大分子聚合物改性沥青进行乳化，这样不仅保留了乳化沥青的特性，而且使其具有改性沥青的优点，提高了沥青的高低温性能，抗车辙性能，增强了和石料的粘附强度，因而可大大延长路面的使用寿命，提高路面使用性能，减少路面养护次数及费用[1]。

用同一种乳化剂，常常无法达到乳化沥青的使用效果。例如：不同种类的沥青对乳化所需的HLB值不同，而同一种乳化剂具有固定的HLB值；为了满足施工方法和施工条件的需求，往往采用几种不同种类的单一乳化剂进行复合，不仅改善乳化效果，而且降低生产成本。常用的乳化剂复配方式是非离子型和离子型乳化剂的复配，乳化剂混合后可以降低单一乳化剂的临界胶束浓度以及沥青在乳化剂水溶液中的界面张力，乳化剂与沥青具有更好的亲和力，制备的乳化沥青与石料的粘附性更高[2]。本文选择咪唑啉类阳离子乳化剂A为基础乳化剂，同时选择烷基酚聚氧乙烯醚类非离子型乳化剂B为助剂制备快裂型阳离子乳化剂，并重点研究两者不同配比对SBS改性乳化沥青性能的影响。

2 乳化剂对改性乳化沥青性能的影响

乳化剂的影响主要包括对其贮存稳定性和蒸发残留物性能影响。乳化剂由亲水基和亲油基组成。乳化剂分子在改性沥青颗粒表面形成亲油基插入沥青中、亲水基伸入水相的定向排布，形成双电层。双电层电势的大小直接影响SBS改性沥青颗粒的聚集趋势，从而影响乳液贮存稳定性。同时乳化剂亲水端的极性作用会和水形成氢键缔合作用，形成水化膜，阻碍了颗粒间的聚沉，根据乳化剂类型不同，缔合作用形成不同强度的水化膜。但是，乳化剂分子和改性沥青相容性差，乳化剂在蒸发残留物中的分布不均匀会造成改性乳化沥青蒸发残留物性能衰减[3-4]。乳化剂加量较少，改性沥青与水界面的表面张力就不会充分降低，造成乳液中改性沥青颗粒大小不均，乳化效果较差，直接影响乳液贮存稳定性；反之，过多的乳化剂加入，会导致乳液中存在大量增容胶束，对蒸发残留物延度不利，另外，过多的乳化剂加量会使成本上升[5]。

3 试验部分

3.1 原料基本性质

本试验选取I-C SBS改性沥青(添加质量分数6.0%抽出油)作为试验原料，其性质如表1所示。

表1 I-C SBS改性沥青基本性质(1)

乳化剂A：咪唑啉阳离子乳化剂，工业品。

乳化剂B：烷基酚聚氧乙烯醚类非离子型乳化剂，工业品。

3.2 试验条件

本试验具体的试验条件为：以I-C改性沥青为原料，选沥青温度为175℃，添加质量分数6.0%抽出油，搅拌1 h得到调和后的改性沥青；乳化工艺条件为沥青温度为175℃，乳化剂掺量为2.0%(质量分数)，皂液温度为65℃，皂液pH值为2.0，采用DALWORTH DLP-005V沥青改性-乳化连续装置进行乳化。

3.3 试验结果

通过改变乳化剂A与B的比例，考察此变化对改性乳化沥青性能的影响及变化规律，并最终确定两者的最佳配比。试验结果及相关技术要求如表2、3所示。试验中分析方法严格按照JTG E20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》要求进行。

表2 SBS改性乳化沥青试验结果

表3 试验结果相关技术要求

为更清楚更直观地说明乳化剂A与B不同复配比对改性乳化沥青性能的影响，对表中数据作图处理。

4 结果分析

结合表2中试验数据及图1～6数据变化趋势，可以得出如下结论：

图1 乳化剂配比对固含量的影响

由图1可看出，固含量(蒸发残留物含量)随着两者配比的减小而呈现先减小后稳定的趋势，而且总体减幅不是很大，说明乳化剂A与B不同配比对固含量影响不大。

图2 乳化剂配比对标准粘度的影响

由图2可看出，随着A/B的减小，改性乳化沥青的标准粘度呈现减小的趋势，即B的加入对改性乳化沥青具有降粘的作用。

图3 乳化剂配比对稳定性的影响

由图3可看出，随着A/B的减小，改性乳化沥青的1 d稳定性及5 d稳定性均呈现增大的趋势，即B的加入是不利于改性乳化沥青稳定性的，这可能是由于A是阳离子乳化剂，电离后的乳化剂分子由于带有电荷会形成界面电荷层，最终在界面膜、水合层和界面电荷层的共同作用下，沥青微粒被乳化分散成稳定的沥青乳液，而B是非离子乳化剂，不带有电荷，因此沥青颗粒被乳化分散后稳定性相对较差。

图4 乳化剂配比对针入度的影响

由图4可看出，随着A/B的减小，改性乳化沥青的蒸发残留物针入度总体呈现减小的趋势，当B的掺量较小时，其对针入度影响不大，随着B掺量的增大，比例接近时，针入度有较大降幅、然后趋于稳定。

图5 乳化剂配比对软化点的影响

由图5可看出，随着A/B的减小，改性乳化沥青的蒸发残留物软化点呈现增大的趋势，但增幅不大，软化点指标受不同配比的影响较小。

图6 乳化剂配比对5℃延度的影响

由图6可看出，随着A/B的减小，改性乳化沥青的蒸发残留物延度呈现先衰减后提高的趋势，这是由于加入一定量的B能够改善油水界面处乳化剂A分子亲油基结构单一，从而使油水界面处乳化剂分子结构呈多样化，降低了低温延度衰减的程度。并且这与B的掺量有关，当B掺量较小时，其对延度的改善效果不明显，而随着B掺量的增加，这种改善效果愈发明显，延度会逐渐提高。

结合表2给出的试验相关技术要求，我们可以得出乳化剂A与B的配比为3∶1时，改性乳化沥青的各项性能指标均能达到要求。

5 结论

(1)在相同试验条件下，改变乳化剂A与B的配比对蒸发残留物含量及蒸发残留物的软化点影响不大。

(2)随着A/B的减小，标准粘度呈减小的趋势，乳化剂B有降粘的作用；1 d及5 d的稳定性呈增大的趋势，乳化剂B的加入不利于改性乳化沥青的稳定性；蒸发残留物延度呈现先减弱后提高的趋势，乳化剂B掺量的增加会降低延度衰减的程度；蒸发残留物针入度呈现减小的趋势，乳化剂B掺量的增加会降低针入度指标。

(3)当乳化剂A与B以4∶1进行复配时，标准粘度偏大，不符合技术要求；以2∶1进行复配时，改性乳化沥青蒸发残留物延度不符合要求；以1∶1和1∶2进行复配时，改性乳化沥青稳定性不符合要求。当乳化剂A与B以3∶1进行复配时，各性能指标均符合技术要求。