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乳化进口沥青的研制与应用
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随着我国公路事业的蓬勃发展，我省高速公路将以省会南京为中心联络各市和市与市之间联通的“四纵”、“四联”近3600km高速公路网将予以实施。（参考《建筑中文网》）
目前修建高速公路从行车快速、舒适、路面坚实、稳定、平整等因素考虑，一般多采用沥青混凝土面层、半刚性基层结构。为加强路面结构各层之间的紧密结合，提高路面结构整体性，设计要求在沥青面层与基层之间设置下封层，同时起到防止雨水渗入基层的作用。因此设置下封层是必不可少的，也是十分必要的。下封层可采用洒布法施工，也可采用乳化沥青稀浆封层铺筑。省高指1998年下达的“国道主干线（江苏境）淮锡高速公路沥青路面下封层施工指导意见”中明确采用洒布法实施下封层，沥青材料采用优质乳化沥青，现阶段建设选用壳牌施保妙-PSX乳化石油沥青。交通部第二公路勘测设计院关于宁靖盐高速公路施工图设计中，要求沥青封层施工采用PC-2型慢裂乳化沥青稀浆封层。省高指、省科研所关于“高速公路路面下封层试验报告”内称，壳牌施保妙-PSX的质量是好的，有较好的粘结力和整体粘结强度。壳牌施保妙-PSX乳化沥青下封层是一种柔性结构，这与国产的乳化沥青脆性下封层不同。从上述指导性意见看当前对下封层乳化沥青的使用需考虑下列问题。
（1）用进口沥青乳液做下封层优于国产沥青乳液，因此研究开发进口沥青的乳化是当前急需解决的课题。
（2）乳化沥青下封层的施工方法采用洒布法及稀浆封层法的比较，研究施工中的一些重大技术问题十分必要。除对进口沥青乳液开发生产以及在下封层施工方面的研究外，随着高等级公路的快速发展，开展改性乳化沥青用于表面养护也应适时进行研究。
1、采用国产乳化剂乳化进口沥青的研究
乳化沥青实际是将沥青热融后，经过机械的切割使其以细小的微粒状态分散于含有乳化剂的水溶液中。进口沥青的比重大于1、含腊量低、内聚力大，因此要达到乳化效果，首先要增加少量的活性剂，使其很快地聚到水面，从而使空气和水的接触面减少，使水溶液的表面张力按比例急骤下降，水中的乳化剂分子也聚到一起，将油基靠在一起而形成胶束。当乳化剂浓度逐渐增加时，水溶液表面聚集了足够的乳化剂，直至表面毫无间隙地分布于液面上，这时空气与水溶液完全隔开，待表面张力停止下降保持平衡，如再增加乳化剂其胶束亦随之增加，一直至水溶液表面形成单分子膜，空气和水的接触不可能再缩小，这时在水溶液中加入沥青，沥青与溶液之间形成第三界面，这种新的界面要保持平衡状态，沥青乳化剂胶束就很快吸附、包围沥青颗粒，乳化剂新油基在水溶液中以分散状态溶解于水溶液中，重新形成以沥青为胶核的沥青乳化剂胶束，形成沥青乳液，这也是沥青乳化剂在水溶液的作用。用进口沥青制备稳定的沥青乳液必须考虑乳化剂建立在国产的基础上，同时乳化剂生产厂家的生产流程稳定，原料来源可靠。重点是乳化剂的效应：首先应具有降低沥青与水之间的界面张力，使沥青微粒均匀地分布于水溶液之中；其次能缩小油水两者之间的绝对密度差及粘度差；第三在两相之间乳化剂走向排列时，应增加沥青微粒的电荷，尽量形成双电层，增加颗粒之间的相互排斥力，阻止沥青微粒的聚合。
上述要求用单一乳化剂往往是不可能的，特别是渗透性能及贮存稳定性、机械稳定性存在问题。因此必须增加其他物质发挥乳化剂的应有效应，这就选择第二、第三乳化剂按不同比例混合后发挥效应。为此我们选用了复合型乳化剂，经过近百次试验最终取得成功，经试验贮存稳定性、破乳速度、粘附性、防剥落性能均良好。
沥青路面在繁重的大交通量的作用下，首先要求路面具有高的强度和稳定性，同时又具有低温抗裂性，为达到这一目的，通常采用粘稠沥青为结合料。为满足施工要求，必须将沥青加热到流动状态才能拌和或洒布，这就是我们通常称之谓热沥青施工。这种施工方法的缺点是需消耗大量的热能，同时还污染环境，影响操作人员的健康。经人们反复研究，将沥青加热至流动状态，经高速离心搅拌或剪切机械作用形成细小微粒（粒径2～5um），分散在有乳化剂的水中，由于乳化剂的作用而形成均匀稳定的分散系，这就是所谓的乳化沥青。它的重要组成部分是沥青、水和乳化剂。
（1）沥青是乳化沥青的基本组成成分，它在乳化沥青中占55%～65%，它的乳化难易性及乳化后产品性能随着针入度变化、化学结构和胶体结构的不同有较大的差别。沥青的各组分（沥青质、树脂、油份）在沥青中的含量对乳化的难易并对乳化后的性能影响很大，一般讲活性组成含量低通常不易乳化。根据高速公路使用要求，我们研究了进口的埃索和壳牌沥青的乳化，其针入度在70（1/10mm）左右。这种进口沥青的共同特点是相对密度大于1，含腊量小于2%，延性大于100cm.根据上述特点，在乳化剂的配制、乳化机械的选择、乳化工艺流程等方面对症而行。
（2）乳化剂是乳化沥青的关键组成成份，乳化沥青的性能很大程度依赖于乳化剂性能。由于乳化剂有新油基与筑水基，在这二个基因作用下使它难免吸附于沥青和水相互排斥的界面上，从而降低它们之间的界面张力，使油水之间能在较大的面积上接触，尽可能生产微小颗粒，从而使沥青微粒均匀地分布于水溶液之中。根据埃索、壳牌沥青的特点，采用单一乳化剂无法达到制备沥青乳液的目的。因为单一乳化剂有固定的H.L.B.值（HYdrophite-lipophih Balance），它不能满足复杂的沥青乳化所需要H.L.B.值，除了考虑到进口沥青特殊性外，另外研究还考虑到用这种沥青生产的乳化沥青，对拌和工艺、基层的渗透能力、贮存稳定性、多种框框使用的稳定性（如不同的洒布和拌和设备），尽量能够适应各方面的需要，采用正交法确定试验方案，经过近百次试验，选择了第二、第三等多种乳化剂，按不同的比例掺入，使其发挥各自的作用，所以这次对进口沥青乳化成功，归功于乳化剂的科学选用。这种复合乳化剂是国内产品，原材料来源可靠，质量稳定，对较长期进行乳化沥青生产有保证。
（3）稳定剂是影响乳化沥青贮存稳定性能主要材料，在研究沥青乳液过程中，发现有时产生颗粒大且不均匀，极易产生絮凝或沉降现象，特别是进口沥青其比重大于1，这一现象格外显著，我们采取增加无机盐类来增加颗粒间双层电效应，增大电流，增加颗粒间的相互排斥力，减缓颗粒之间的合一凝聚速度，提高乳化能力，改善乳液的稳定性，增强与骨料的粘附能力。我们选用Q.H.L.稳定剂与阳离子乳化剂复合，形成坚固的胶束，使沥青乳液稳定。从试验中摸索稳定剂、乳化剂的性能特点。有的稳定剂可以在生乳液时加入，但有些稳定剂这样加入会影响乳化，需经试验确定组织方案。
（4）水是乳化沥青中数量占第二位的组成部分，一般占总量的40%，因此乳化沥青运输中有40%的水作了搬运，故乳化沥青的生产尽可能接近使用地点。
生产乳化沥青的水只要是纯净的日常生活用水即可，不能含有其他物质。有的乳化剂水溶液有一定PH值要求，通常采用盐酸来调节酸碱度。
（5）进口沥青乳液的检测。经过近一年的研制、上百次的试配，于1998年9月上旬将小样送至江苏省交通科学研究所中心试验室测试。
2、试验路的铺筑
为了进一步验证采用国产乳化剂乳化进口沥青的使用品质，在省公路局、常州、淮阴、镇江公路处的大力支持下，分别在南京-杭州104国道、常州-溧阳一级公路、宁连一级公路马坝-武墩段扩大试验，共生产镇江2＃埃索乳液39t，铺筑了三段试验路，这些路线共同的特点是日交通量都在一万辆左右，路面结构均为二灰碎石基层上铺筑沥青混凝土面层。详细情况如下：
（1）104国道1205 500-1206 000路面改造工程下封层试验段位于车左幅，长500m、宽8.4m，共计4200m2.该路底基层采用水泥混凝土路面破碎后灌注水泥浆、基层为20cm二灰碎石、面层为9cm双层沥青混凝土。交通量约8000多辆次/昼夜，其中重型货车占30%左右。下封层采用双层式洒布型，第一层乳液用量1.8kg/m2、5～10mm石料12m3/km2，第二层乳液用量1.0kg/m2、3～8mm石料6m3/m2.施工时天晴、气温30℃，洒布后约15min破乳，经行车1个月后实施沥青混凝土面层，铺面层前检查下封层表面平整无坑塘，与基层粘结紧密牢固。
（2）常州-溧阳新建一级公路下封层试验段路面半幅宽10m，计7000m2.该路基层为二灰碎石、面层为9cm沥青混凝土，交通量约6000辆/昼夜，边施工边通车。下封层采用单层试验洒布型，乳液用量为1.8kg/m2，0.3～0.8cm石屑用量8m3/km2.施工时天气小雨转阴、气温25℃，破乳时间约30min.经行车后表面平整密实、无起皮、坑塘，无推移、轮迹，与基层粘结牢固紧密。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200802/9571.htm
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