乳化沥青

简介

乳化沥青是指石油沥青与水在乳化剂等的作用下经乳化加工制得的均匀沥青产品（亦称沥青乳液），其外观为茶褐色，在常温下具有较好的流动性。

特点

1）可冷态施工，节约能源。乳化沥青可以在常温下进行喷洒，贯入或拌和摊铺，现场无需加热，简化了施工程序，操作简便，节省能源。

2）可在潮湿基层上使用，能直接与湿集料拌和，具有足够的黏结力。

3）无毒、无嗅、不燃、施工安全，可保护环境，减少污染。

4）稳定性差，贮存期不能超过半年，如贮存期过长容易引起凝聚分层，贮存温度在0℃以上。

5）乳化沥青修筑路面成型期较长，最初应控制车辆行驶速度。

基于乳化沥青以上的特点，乳化沥青不仅适用于铺筑路面，而且在路堤的边坡保护、层面防水、金属材料表面防腐等工程中得到广泛应用。

组成

乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分组成。

1）沥青。沥青是乳化沥青组成的主要材料，占55%～70%。沥青的性质直接决定乳化沥青成膜性能和路用性质，在选择作为乳化沥青用的沥青时，首先要考虑它的易乳化性。一般来说，相同油源和工艺的沥青，针入度较大者易于形成乳液。但针入度的选择，应根据乳化沥青在路面工程中的用途来决定。另外，沥青中活性组分的含量对沥青乳化难易性有直接关系，通常认为沥青中沥青酸总量大于1%的沥青，易于形成乳化沥青。对高速公路和一级公路应满足道路石油沥青A、B级的要求，其他情况可采用C级沥青。

2）乳化剂。乳化剂是乳化沥青形成的关键材料。沥青乳化剂是表面活性剂的一种类型，从化学结构上看，它是一种“两亲性”分子，分子的一部分具有亲水性质，而另一部分具有亲油性质，这两个基团具有使互不相溶的沥青与水连接起来的特殊功能。在沥青、水分散体系中，沥青微粒被乳化剂分子的亲油基吸引，此时以沥青微粒为固体核，乳化剂包裹在沥青颗粒表面形成吸附层。乳化剂的另一端与水分子吸引，形成一层水膜，它可机械地阻碍颗粒的聚集。

乳化剂按其亲水基在水中是否电离，可分为离子型和非离子型两大类。其分类如：①阴离子型乳化剂。阴离子型沥青乳化剂在溶于水时，能电离为离子或离子胶束，且与亲油基相连的亲水基团带有阴（或负）电荷的乳化剂。阴离子沥青乳化剂最主要的亲水基团有羧酸盐（如—COONa）、硫酸酯盐（如—OSO3Na）、磺酸盐（如—SO3Na）三种；②阳离子型乳化剂。阳离子型沥青乳化剂在溶于水中时，能电离为离子或离子胶束，且与亲油基相连的亲水基团带有阳（或正）电荷的乳化剂。阳离子型沥青乳化剂按其化学结构，主要有：季铵盐类、烷基胺类、酰胺类、咪唑啉类、环氧乙烷二胺类和胺化木质素类等；③两性离子型乳化剂。两性离子型沥青乳化剂是在水中溶解时，电离成离子或离子胶团，且与亲油基相连的亲水基团，既带有阴电荷又带有阳电荷的乳化剂。两性离子型沥青乳化剂按其两性离子的亲水基团的结构和特性，主要分为氨基酸型、甜菜型和咪唑啉型等；④非离子型乳化剂。非离子型沥青乳化剂在水中溶解时，不能离解成离子或离子胶束，而是依赖分子所含的羟基（—OH）和醚链（—O—）等作为亲水基团的乳化剂。非离子型沥青乳化剂根据亲水基团的结构可分为：醚基类、酯基类、酰胺类和杂环类等，但应用最多的为环氧乙烷缩合物和一无醇或多无醇的缩合物。

乳化剂在乳化沥青中所占的比例较低（一般为千分之几），但对乳化沥青的生产、储存及施工起着至为关键的作用。

3）稳定剂。为了保证乳液具有良好的贮存稳定性，以及在施工中喷洒或拌和机械作用下的稳定性，必要时应加入适量的稳定剂。稳定剂可分为两类：①有机稳定剂。常用的有聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠、糊精、MF废液等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性和施工稳定性。②无机稳定剂。常用的有氯化钙、氯化镁、氯化铵和氯化铬等。这类稳定剂可提高乳液的贮存稳定性。

稳定剂对乳化剂协同作用必须通过试验来确定，而且稳定剂的用量不宜过多，一般为沥青乳液的0.1%～0.15%为宜。

4）水。水是乳化沥青的主要组成部分。水在乳化沥青中起着润湿、溶解及化学反应的作用。因此要求乳化沥青中的水应当纯净，不含其他杂质，通常要求每升水中氧化钙含量不得超过80mg的洁净水，否则对乳化性能会产生很大的影响，并且需要多消耗乳化剂。通常水的用量一般为30%～70%。

形成

根据乳状液理论，因沥青与水这两种物质的表面张力相差较大，将沥青分散于水中，则会因表面张力的作用使已分散的沥青颗粒重新聚集结成团块。欲使已分散的沥青能稳定均匀地存在（实际上是悬浮）于水中，必须使用乳化剂，以降低沥青与水之间的表面张力差。沥青能够均匀稳定地分散在乳化剂水溶液中的原因主要体现在以下几个方面：

1）乳化剂降低界面能的作用。由于沥青与水的表面张力相差较大，在一般情况下是不能互溶的。当加入一定量的乳化剂后，乳化剂能规律地定向排列在沥青和水的界面上。因乳化剂是一种表面活性物质，具有不对称的分子结构，分子一端是极性基因，是亲水的；另一端是非极性基因，是亲油的，故当乳化剂加入沥青与水组成的溶液中，乳化剂分子吸附在沥青-水界面上，形成吸附层，从而降低了沥青和水之间的表面张力差。

2）界面膜的保护作用。乳化剂分子的亲油基吸附在沥青微滴的表面，在沥青-水界面上形成界面膜。此界面膜具有一定的强度，对沥青微滴起保护作用，使其在相互碰撞时不易聚结。界面膜的紧密程度和强度，与乳化剂在水的浓度有密切关系。当乳化剂在最适宜的用量时，界面膜为密排的定向分子组成，此时界面

3）界面电荷稳定作用。乳化剂溶于水后发生离解，当亲油基吸附于沥青微滴表面时，伸入水中的亲水基团电离，而使沥青微滴带有电荷，若采用的是阳离子乳化剂，则沥青微滴带上的是正电荷。此时在沥青-水界面上形成扩散双电层，第一层称为吸附层，基本上固定在界面上，这层电荷与沥青微滴的电荷相反；第二层称为扩散层，由吸附层向外，电荷向水介质中扩散。因每个沥青微滴都带相同电荷，且有扩散双电层的作用，故沥青-水体系成为稳定体系。

综上所述，乳化沥青之所以能形成高稳定的分散体系，主要是由于乳化剂降低了体系的界面能、界面膜的形成和界面电荷的作用。

性质

乳化沥青在使用中，与砂石集料拌和成型后，在空气中逐渐脱水，水膜变薄，使沥青微粒靠拢，将乳化剂薄膜挤裂而凝成连续的沥青黏结膜层。成膜后的乳化沥青具有一定的耐热性、黏结性、抗裂性、韧性及防水性。

标准

根据我国行业标准《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）规定，乳化沥青的技术要求应符合表的规定。

应用

1）乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯入式路面、冷拌沥青混合料路面，修补裂缝，喷洒透层、黏层与封层等。

2）在高温条件下宜采用黏度较大的乳化沥青，在寒冷条件下宜使用黏度较小的乳化沥青。

3）乳化沥青类型应根据骨料品种及使用条件选择。阳离子乳化沥青可适用于各种骨料品种，阴离子乳化沥青适用于碱性骨料。乳化沥青的破乳速度、黏度宜根据用途与施工方法选择。

4）制备乳化沥青用的基质沥青，对于高速公路和一级公路，宜采用符合表9.5道路石油沥青A级、B级沥青的要求，其他情况可采用C级沥青。

5）乳化沥青宜存放在立式罐中，并保持适当搅拌。储存期以不离析、不冻结、不破乳为度。