乳化進(jìn)口瀝青的研制與應(yīng)用(一)

1、乳化進(jìn)口瀝青的研制與應(yīng)用(一)隨著我國公路事業(yè)的蓬勃發(fā)展，我省高速公路將以省會(huì)南京為中心聯(lián)絡(luò)各市和市與市之間聯(lián)通的 “四縱 ”、“四聯(lián) ”近 3600km 高速公路網(wǎng)將予以實(shí)施。目前修建高速公路從行車快速、舒適、路面堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定、平整等因素考慮，一般多采用瀝青混凝土面層、半剛性基層結(jié)構(gòu)。為加強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)各層之間的緊密結(jié)合，提高路面結(jié)構(gòu)整體性，設(shè)計(jì)要求在瀝青面層與基層之間設(shè)置下封層，同時(shí)起到防止雨水滲入基層的作用。因此設(shè)置下封層是必不可少的， 也是十分必要的。下封層可采用灑布法施工，也可采用乳化瀝青稀漿封層鋪筑。省高指 1998 年下達(dá)的 “國道主干線（江蘇境）淮錫高速公路瀝青路面下封層施工指導(dǎo)意見

2、 ”中明確采用灑布法實(shí)施下封層，瀝青材料采用優(yōu)質(zhì)乳化瀝青，現(xiàn)階段建設(shè)選用殼牌施保妙 -PSX 乳化石油瀝青。交通部第二公路勘測設(shè)計(jì)院關(guān)于寧靖鹽高速公路施工圖設(shè)計(jì)中，要求瀝青封層施工采用 PC-2型慢裂乳化瀝青稀漿封層。省高指、省科研所關(guān)于 “高速公路路面下封層試驗(yàn)報(bào)告 ”內(nèi)稱，殼牌施保妙 -PSX 的質(zhì)量是好的，有較好的粘結(jié)力和整體粘結(jié)強(qiáng)度。殼牌施保妙 -PSX 乳化瀝青下封層是一種柔性結(jié)構(gòu)，這與國產(chǎn)的乳化瀝青脆性下封層不同。從上述指導(dǎo)性意見看當(dāng)前對(duì)下封層乳化瀝青的使用需考慮下列問題。（1）用進(jìn)口瀝青乳液做下封層優(yōu)于國產(chǎn)瀝青乳液，因此研究開發(fā)進(jìn)口瀝青的乳化是當(dāng)前急需解決的課題。（2）乳化瀝青下

3、封層的施工方法采用灑布法及稀漿封層法的比較，研究施工中的一些重大技術(shù)問題十分必要。除對(duì)進(jìn)口瀝青乳液開發(fā)生產(chǎn)以及在下封層施工方面的研究外，隨著高等級(jí)公路的快速發(fā)展，開展改性乳化瀝青用于表面養(yǎng)護(hù)也應(yīng)適時(shí)進(jìn)行研究。1、采用國產(chǎn)乳化劑乳化進(jìn)口瀝青的研究乳化瀝青實(shí)際是將瀝青熱融后，經(jīng)過機(jī)械的切割使其以細(xì)小的微粒狀態(tài)分散于含有乳化劑的水溶液中。進(jìn)口瀝青的比重大于 1、含臘量低、內(nèi)聚力大，因此要達(dá)到乳化效果，首先要增加少量的活性劑，使其很快地聚到水面，從而使空氣和水的接觸面減少，使水溶液的表面張力按比例急驟下降，水中的乳化劑分子也聚到一起，將油基靠在一起而形成膠束。當(dāng)乳化劑濃度逐漸增加時(shí)，水溶液表面聚集了足

4、夠的乳化劑，直至表面毫無間隙地分布于液面上，這時(shí)空氣與水溶液完全隔開，待表面張力停止下降保持平衡，如再增加乳化劑其膠束亦隨之增加，一直至水溶液表面形成單分子膜，空氣和水的接觸不可能再縮小，這時(shí)在水溶液中加入瀝青，瀝青與溶液之間形成第三界面，這種新的界面要保持平衡狀態(tài)，瀝青乳化劑膠束就很快吸附、包圍瀝青顆粒，乳化劑新油基在水溶液中以分散狀態(tài)溶解于水溶液中，重新形成以瀝青為膠核的瀝青乳化劑膠束，形成瀝青乳液，這也是瀝青乳化劑在水溶液的作用。用進(jìn)口瀝青制備穩(wěn)定的瀝青乳液必須考慮乳化劑建立在國產(chǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)乳化劑生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)流程穩(wěn)定，原料來源可靠。重點(diǎn)是乳化劑的效應(yīng)：首先應(yīng)具有降低瀝青與水之間的界

5、面張力，使瀝青微粒均勻地分布于水溶液之中；其次能縮小油水兩者之間的絕對(duì)密度差及粘度差；第三在兩相之間乳化劑走向排列時(shí)，應(yīng)增加瀝青微粒的電荷，盡量形成雙電層，增加顆粒之間的相互排斥力，阻止瀝青微粒的聚合。上述要求用單一乳化劑往往是不可能的，特別是滲透性能及貯存穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性存在問題。因此必須增加其他物質(zhì)發(fā)揮乳化劑的應(yīng)有效應(yīng)，這就選擇第二、第三乳化劑按不同比例混合后發(fā)揮效應(yīng)。為此我們選用了復(fù)合型乳化劑，經(jīng)過近百次試驗(yàn)最終取得成功，經(jīng)試驗(yàn)貯存穩(wěn)定性、破乳速度、粘附性、防剝落性能均良好。瀝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強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)又具有低溫抗裂性，為達(dá)到這一目的，通常采

6、用粘稠瀝青為結(jié)合料。為滿足施工要求，必須將瀝青加熱到流動(dòng)狀態(tài)才能拌和或?yàn)⒉?，這就是我們通常稱之謂熱瀝青施工。這種施工方法的缺點(diǎn)是需消耗大量的熱能，同時(shí)還污染環(huán)境，影響操作人員的健康。經(jīng)人們反復(fù)研究，將瀝青加熱至流動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)高速離心攪拌或剪切機(jī)械作用形成細(xì)小微粒（粒徑 25um），分散在有乳化劑的水中，由于乳化劑的作用而形成均勻穩(wěn)定的分散系，這就是所謂的乳化瀝青。它的重要組成部分是瀝青、水和乳化劑。（1）瀝青是乳化瀝青的基本組成成分， 它在乳化瀝青中占 55%65%，它的乳化難易性及乳化后產(chǎn)品性能隨著針入度變化、化學(xué)結(jié)構(gòu)和膠體結(jié)構(gòu)的不同有較大的差別。瀝青的各組分（瀝青質(zhì)、樹脂、油份）在瀝青中的含

7、量對(duì)乳化的難易并對(duì)乳化后的性能影響很大，一般講活性組成含量低通常不易乳化。根據(jù)高速公路使用要求，我們研究了進(jìn)口的埃索和殼牌瀝青的乳化，其針入度在 70（ 1/10mm ）左右。這種進(jìn)口瀝青的共同特點(diǎn)是相對(duì)密度大于 1，含臘量小于 2%，延性大于 100cm. 根據(jù)上述特點(diǎn)，在乳化劑的配制、乳化機(jī)械的選擇、乳化工藝流程等方面對(duì)癥而行。（2）乳化劑是乳化瀝青的關(guān)鍵組成成份，乳化瀝青的性能很大程度依賴于乳化劑性能。由于乳化劑有新油基與筑水基，在這二個(gè)基因作用下使它難免吸附于瀝青和水相互排斥的界面上，從而降低它們之間的界面張力，使油水之間能在較大的面積上接觸，盡可能生產(chǎn)微小顆粒，從而使瀝青微粒均勻地分

8、布于水溶液之中。根據(jù)埃索、殼牌瀝青的特點(diǎn)，采用單一乳化劑無法達(dá)到制備瀝青乳液的目的。因?yàn)閱我蝗榛瘎┯泄潭ǖ闹担℉Ydrophite-lipophihBalance），它不能滿足復(fù)雜的瀝青乳化所需要值，除了考慮到進(jìn)口瀝青特殊性外，另外研究還考慮到用這種瀝青生產(chǎn)的乳化瀝青，對(duì)拌和工藝、基層的滲透能力、貯存穩(wěn)定性、多種框框使用的穩(wěn)定性（如不同的灑布和拌和設(shè)備） ，盡量能夠適應(yīng)各方面的需要， 采用正交法確定試驗(yàn)方案， 經(jīng)過近百次試驗(yàn)，選擇了第二、第三等多種乳化劑，按不同的比例摻入，使其發(fā)揮各自的作用，所以這次對(duì)進(jìn)口瀝青乳化成功，歸功于乳化劑的科學(xué)選用。這種復(fù)合乳化劑是國內(nèi)產(chǎn)品，原材料來源可靠，質(zhì)量穩(wěn)定

9、，對(duì)較長期進(jìn)行乳化瀝青生產(chǎn)有保證。（3）穩(wěn)定劑是影響乳化瀝青貯存穩(wěn)定性能主要材料，在研究瀝青乳液過程中，發(fā)現(xiàn)有時(shí)產(chǎn)生顆粒大且不均勻，極易產(chǎn)生絮凝或沉降現(xiàn)象，特別是進(jìn)口瀝青其比重大于 1，這一現(xiàn)象格外顯著， 我們采取增加無機(jī)鹽類來增加顆粒間雙層電效應(yīng)， 增大電流，增加顆粒間的相互排斥力，減緩顆粒之間的合一凝聚速度，提高乳化能力，改善乳液的穩(wěn)定性，增強(qiáng)與骨料的粘附能力。我們選用穩(wěn)定劑與陽離子乳化劑復(fù)合，形成堅(jiān)固的膠束，使瀝青乳液穩(wěn)定。從試驗(yàn)中摸索穩(wěn)定劑、乳化劑的性能特點(diǎn)。有的穩(wěn)定劑可以在生乳液時(shí)加入，但有些穩(wěn)定劑這樣加入會(huì)影響乳化，需經(jīng)試驗(yàn)確定組織方案。（4）水是乳化瀝青中數(shù)量占第二位的組成部分，

10、一般占總量的 40%，因此乳化瀝青運(yùn)輸中有 40%的水作了搬運(yùn)，故乳化瀝青的生產(chǎn)盡可能接近使用地點(diǎn)。生產(chǎn)乳化瀝青的水只要是純凈的日常生活用水即可，不能含有其他物質(zhì)。有的乳化劑水溶液有一定 PH 值要求，通常采用鹽酸來調(diào)節(jié)酸堿度。（5）進(jìn)口瀝青乳液的檢測。 經(jīng)過近一年的研制、 上百次的試配，于 1998 年 9 月上旬將小樣送至江蘇省交通科學(xué)研究所中心試驗(yàn)室測試。2、試驗(yàn)路的鋪筑為了進(jìn)一步驗(yàn)證采用國產(chǎn)乳化劑乳化進(jìn)口瀝青的使用品質(zhì)，在省公路局、常州、淮陰、鎮(zhèn)江公路處的大力支持下，分別在南京-杭州 104 國道、常州 -溧陽一級(jí)公路、寧連一級(jí)公路馬壩-武墩段擴(kuò)大試驗(yàn)，共生產(chǎn)鎮(zhèn)江 2埃索乳液 39t，

11、鋪筑了三段試驗(yàn)路，這些路線共同的特點(diǎn)是日交通量都在一萬輛左右，路面結(jié)構(gòu)均為二灰碎石基層上鋪筑瀝青混凝土面層。詳細(xì)情況如下：（1）104 國道 1205+500-1206+000路面改造工程下封層試驗(yàn)段位于車左幅，長 500m、寬 8.4m，共計(jì) 4200m2.該路底基層采用水泥混凝土路面破碎后灌注水泥漿、基層為 20cm 二灰碎石、面層為 9cm 雙層瀝青混凝土。交通量約 8000 多輛次 / 晝夜，其中重型貨車占 30%左右。下封層采用雙層式灑布型，第一層乳液用量1.8kg/m2 、510mm 石料12m3/km2 ，第二層乳液用量1.0kg/m2、38mm 石料 6m3/m2. 施工時(shí)天晴

12、、氣溫 30，灑布后約 15min 破乳，經(jīng)行車 1 個(gè)月后實(shí)施瀝青混凝土面層，鋪面層前檢查下封層表面平整無坑塘，與基層粘結(jié)緊密牢固。（2）常州 -溧陽新建一級(jí)公路下封層試驗(yàn)段路面半幅寬10m，計(jì) 7000m2.該路基層為二灰碎石、面層為 9cm 瀝青混凝土，交通量約 6000 輛/ 晝夜，邊施工邊通車。下封層采用單層試驗(yàn)灑布型， 乳液用量為 1.8kg/m2 ，0.30.8cm 石屑用量 8m3/km2.施工時(shí)天氣小雨轉(zhuǎn)陰、 氣溫 25，破乳時(shí)間約 30min.經(jīng)行車后表面平整密實(shí)、 無起皮、坑塘，無推移、輪跡，與基層粘結(jié)牢固緊密。（ 3 ）寧連一級(jí)公路路面改建工程下封層試驗(yàn)路段，試驗(yàn)段位于

13、11k+500-12k+500路線西側(cè)，長1000m、寬 10m，計(jì)面積 10000m2.該路基層為30cm 二灰碎石、面層為16cm 瀝青混凝土，日交通量大于10000 輛次。下封層采用單層式灑布型，乳液用量1.5kg/m2、石屑用量 7m3/km2. 施工時(shí)天晴、氣溫 18，破乳時(shí)間約 35min.經(jīng)行車表面平整無推移坑塘、脫落，與基層粘結(jié)緊密牢固。對(duì)上述三段試驗(yàn)路，我們分別鉆取了樣芯， 104 國道、常州 -溧陽線路取了自面層至基層全部樣芯，試件表明下封層將油面層與基層牢固地粘結(jié)成整體。寧連一級(jí)公路因取樣機(jī)的原因，致使二灰碎石未能完整取出，但從二灰碎石的斷裂面看下封層與基層仍然粘結(jié)完整牢

14、固。這充分說明進(jìn)口瀝青乳化后作為下封層它的粘結(jié)力很強(qiáng)，既起到層間連接的作用，又能防止雨雪水透入基層。通過室內(nèi)試驗(yàn)及擴(kuò)大試驗(yàn)路鋪筑，對(duì)使用進(jìn)口瀝青乳液鋪筑下封層，有以下進(jìn)一步認(rèn)識(shí)： 我站生產(chǎn)的進(jìn)口瀝青乳液產(chǎn)品質(zhì)量是好的、穩(wěn)定的。采用油罐車裝運(yùn)，共生產(chǎn)乳液 50t，沒有因運(yùn)輸、貯存及運(yùn)至工地一時(shí)不能施工而發(fā)生沉淀分層凝塊現(xiàn)象。 當(dāng)乳液運(yùn)至工地，從運(yùn)油罐車移至灑油車內(nèi)，采用管道直接泵送，每輸送一車僅 10min.不像一般運(yùn)輸車隊(duì)采用高站臺(tái)低貨位的自流方式，每自流一車需 1h，而且還可免去因選擇高站臺(tái)而導(dǎo)致的繞行。由于采用管道泵送，不會(huì)混入大量的氣泡，影響噴灑效果和使用質(zhì)量。 噴灑過程中乳液分布均勻，

15、無泡沫粘附在石料表面導(dǎo)致空白。另外施工日期無論在 8 月或 10 月，均未因溫差對(duì)破乳速度造成影響。（4）進(jìn)口瀝青乳液的粘結(jié)性。下封層試驗(yàn)段完成后，我們待面層施工鋪筑完成，分別鉆取了樣芯。104 國道樣芯 15cm，常州至溧陽線、馬壩至武墩段樣芯均為10cm.馬武段除機(jī)械原因未將基層整層取出。其余二條線多個(gè)樣芯可以看出下封層將面層與基層粘結(jié)成一體無一脫開，完全達(dá)到設(shè)計(jì)層間連續(xù)的要求。樣芯雖然經(jīng)長途運(yùn)輸與顛簸，送至各級(jí)檢查均未導(dǎo)致上下層脫開。（5）三段試驗(yàn)路均采用鎮(zhèn)江2乳液，以灑布法施工，用量為1.42.8kg/m2 ，所用石屑質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔無雜質(zhì)，嚴(yán)格控制粉料含量。由于試驗(yàn)路都處于不中斷交通的

16、施工路段，二灰碎石基層在行車作用下表層細(xì)小石屑及粉料基本掃凈，形成首料林立理想的粘結(jié)表面，加之灑布下封層采用森林滅火鼓風(fēng)機(jī)吹凈基層表面浮塵，使層間粘結(jié)條件更好。另外撒料時(shí)間、撒料方法、碾壓時(shí)間的掌握與破乳速度之間的配合做到恰到好處， 這對(duì)保證下封層的質(zhì)量及開放車輛行駛極為重要。（6）試驗(yàn)路完成后即可開放交通，恢復(fù)車輛行駛，但必須掌握： 開放交通初期必須慢行； 指揮車輛全段均勻行車， 不得在車道上集中行駛。3、瀝青乳化工藝及設(shè)備乳化瀝青是熱熔的瀝青摻配乳化劑水溶液，通過機(jī)械作用，把瀝青切割成微粒制成水包油型乳狀液，簡稱 “乳液 ”。它是由瀝青、 水和乳化劑等三個(gè)成分組成，經(jīng)過乳化設(shè)備的作用而形成

17、。由此可知制造乳化瀝青必須有基本裝置 -乳化機(jī)，它是生產(chǎn)乳化瀝青的核心。另外，還需要有乳化劑水溶液罐、熱瀝青貯存罐和加溫裝置等等，這就形成了生產(chǎn)組合車間。綜上所述可知，瀝青乳化不僅需要專用的機(jī)械設(shè)備，而且還必須制定一定的工藝生產(chǎn)流程，在特定的工藝條件下才能完成。乳化瀝青的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備對(duì)乳液的質(zhì)量和成本起著重要的作用，選擇好的設(shè)備、制定完善的生產(chǎn)工藝、管線布局、充分利用現(xiàn)有條件，是建好生產(chǎn)車間的前提。同時(shí)，建立科學(xué)的生產(chǎn)管理制度是保證產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)展乳化瀝青生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。3.1 充分利用優(yōu)越的運(yùn)輸及熱能條件六十年代中期， 在鎮(zhèn)江近郊已建立了一座熱瀝青中轉(zhuǎn)油庫， 年進(jìn)出瀝青近 1.5 萬 t

18、.中轉(zhuǎn)油庫有可?？?6 節(jié)槽車的鐵路專用線，有二臺(tái) 2t 蒸氣鍋爐、一臺(tái) 650 大卡導(dǎo)熱油鍋爐和 4000t 瀝青儲(chǔ)罐，既可中轉(zhuǎn)瀝青也能為施工直接供加熱至 160 180的熱瀝青。另外還有 200t 的汽車專用運(yùn)輸罐車，專門送運(yùn)熱瀝青或乳化瀝青。因此發(fā)展生產(chǎn)乳化瀝青時(shí)：（1）可利用加熱條件為生產(chǎn)乳化瀝青提供加熱至要求的熱融瀝青和要求溫度的乳化劑溶液；（2）可利用蒸氣對(duì)生產(chǎn)設(shè)備預(yù)熱；（3）可利用原有房屋減少基建投資；（4）可利用鐵路專用線調(diào)運(yùn)瀝青直接入庫， 減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)，降低成本；（5）充分利用油庫的供水供電條件；（6）利用原有瀝青檢測設(shè)備及試驗(yàn)人員，增加些專用設(shè)備，即可建立起健全的質(zhì)量檢測體系。3.2 設(shè)備的選型八十年代初，我站即利用中轉(zhuǎn)瀝青的有利條件，組建了國內(nèi)較先進(jìn)的以乳化國產(chǎn)瀝青為主的生產(chǎn)車間，它有較完善的瀝青加熱熔化和供給系統(tǒng)、供水供汽系統(tǒng)、乳化劑水溶液摻配系統(tǒng)、計(jì)量控制系統(tǒng)、乳化瀝青生產(chǎn)機(jī)械、乳液儲(chǔ)存系統(tǒng)、乳液質(zhì)檢設(shè)備、乳液生產(chǎn)電控系統(tǒng)以及乳液外運(yùn)系統(tǒng)。乳化機(jī)是乳化設(shè)備的心臟，通過機(jī)械的剪切、沖擊和研磨完成對(duì)瀝青的粉碎分散，因不同的力學(xué)作用原理，乳化機(jī)械有攪拌機(jī)、勻油機(jī)、膠體磨等，其中采用最多的是膠體磨，膠體磨的乳化機(jī)是較理想的乳化機(jī)械，它磨出的瀝青粒