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1、国内外乳化沥青的发展及应用概况夏朝彬马波(西南油气田分公司天然气研究院)摘要综述了国内外乳化沥青及其配套技术的发展及应用概况。重点讨论了国内几类典型的沥青乳化剂的工艺合成方法,并介绍了国外在乳化沥青发展中的一些较新的研究成果及发展动向。主题词石油沥青乳化沥青乳化剂发展概况2乳化沥青的形成和乳化机理3沥青材料不溶于水也不与水混合,但通过高速搅动或剪切作用,将沥青破碎成微小颗粒,分散在有乳化剂作用的表面活性物质的水溶液中,则可获得一种均匀分散胶体。乳液中沥青颗粒直径大致在1～5μm范围之内。乳化剂的基本作用是降低表面张力。其特点是分子中有一个水溶性(亲水性)的极性基团和一个油溶性(憎
2、水性)的非极性基团。在沥青-水体系中,乳化剂分子移动于沥青与水界面间,其分子的憎水基团吸附于沥青的表面,并使其带有电荷,而亲水基团则进入水相。从而将沥青颗粒与水连结起来,降低了两者之间的界面张力。同时,由于沥青粒子带有同样电荷而互相排斥,妨碍它们之间互相凝聚,因而使沥青乳液能保持一定时期的均匀和稳定。电荷的性质决定于乳化剂的憎水基团或烃链部分的电荷,如其为负电荷,则沥青粒子带有负电荷,而形成的乳液为阴离子沥青乳液。反之,则为阳离子沥青乳液。如沥青粒子既具有负电荷,又具有正电荷,则乳液为两性离子沥青乳液。此外,还有非离子型沥青液。上述各种沥青乳液均属水包油(O/W)型乳液(见图1)
3、。其中沥青含量在40%～65%,其余为水和乳化石油沥青是交通、建筑及其它一些行业所不可缺少的基建材料。19世纪后期,欧美一些国家开始将石油沥青用于修建道路工程。20世纪初,石油沥青作为筑路材料得到迅速发展,其品种日益增多,产量日益增加,质量日益提高,应用日益广泛。从各国的石油沥青消费量可看出:道路所用沥青占总用量的70%～85%,工业用占10%～20%,其他仅占2%～4%1。然而,在道路沥青的使用过程中,为保持沥青的流动性,要消耗大量的燃料,并产生污染等问题。因此在沥青的使用过程中,如何解决沥青的流动性,节约资源,降低能耗,保护环境已引起人们的普遍重视。近年来,由于多种不同类型和
4、品种的新型沥青乳液的研制成功,采用乳化沥青乳液进行公路铺筑和路面养护在国内外道路施工中已得到了广泛的使用。从而使乳化沥青在各国迅速发展起来。1乳化沥青简介及分类2乳化沥青可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三大类。按破乳速度快慢(亦称凝结速度)又可分成快凝型、中凝型和慢凝型三种,而快凝型又有快凝(QS)和速凝(RS)型之别。快凝型乳化沥青主要适于机械铺设的稀浆封层,国外主要用于养护城市街道和飞机场。速凝型乳化沥青常用在需要集料和乳化沥青很快地起化学反应的石屑封层和灌浆工程中。相当于ASTM标准RS级(阴离子速凝型)和CRS级(阳离子速凝型)。而RS级又分为两种粘度范围。RS-1和C
5、RS-1为低粘度型,用在粗集料中贯入(即贯入式碎石路面)、粘层和碎石式路面的维修作业以及砂封层。高粘度的RS-2和CRS-2型则主要用于石屑封层工程,尤其是在山上或较高的地方,可以减少流泻损失。因此,可根据不同的施工要求,选择快、中、慢型乳化沥青。也可根据施工所用石料的不同,选择阴离子或阳离子型。剂及稳定剂。如沥青的含量提高到70%,则将形成为油包水(W/O)型乳液。沥青乳液与矿料接触后,乳液中水分逐渐散失,并使沥青粒子互相凝聚称为沥青乳液的裂解(破乳)。其89第29卷第2期国内外乳化沥青的发展及应用概况主要原因为水分的蒸发、乳液与矿料的接触以及乳液和矿料的静电作用等。沥青乳液通
6、过裂解或破乳后形成的初始沥青膜而使矿料颗粒间粘结在一起。其破乳过程见图2。目前乳化沥青的用量也呈稳步增长趋势。但我国乳化沥青在全部路用沥青使用中所占的比例低于10%(1988年数据),特别是适用于稀浆封层的慢裂快凝型乳化沥青的品种较少,不能满足产品系列化的需要。4乳化沥青及其配套技术进展4.1沥青乳化剂及稳定剂目前各国根据沥青原料的性质和乳化剂生产的综合情况选择使用不同类型的乳化剂,并形成专利生产和系列产品。表1中给出了世界各国较有代表性的乳化剂类型及其产品的情况。正是由于沥青乳液裂解后在矿料表面上形成沥青膜而使矿料粘结在一起,故沥青乳液中所用沥青粘度需根据沥青路面的类型和地区气
7、候条件等选用合适标号,且其质量应符合道路沥青的技术标准。3乳化沥青的应用概况4乳化沥青在道路工程中的应用是在20世纪30年代发展起来的,起初主要是以水作稀释剂而制成的阴离子沥青乳液。50年代一些国家相继又研制出阳离子沥青乳液,从而使沥青乳液在各国迅速发展起来。其在道路工程中的主要应用范围详见图3。表1世界各国常用沥青乳化剂类型及产品情况PCO1,JAS-1,2,3,II,1831,1631类,咪唑啉类聚乙烯二醇1由于乳化沥青具有众多长处,近几年来,乳化沥青还在建筑防水、防潮、金属
