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    實驗室制備乳化瀝青技術方案

    一、實驗的目的及意義
    通過將瀝青熱融,經機械的作用以細小的微滴狀態分散于含有乳化劑的水溶液之中,形成水包油狀的瀝青乳液。使用這種瀝青乳液修路時,不需加熱,可以在常溫下進行噴灑、貫入或拌和攤鋪,鋪筑各種結構路面的面層及基層,也可以用作透層油、粘層油以及用于各種穩定基層的養護。在提高道路質量、擴大瀝青使用范圍、節約能源、節省材料、環保安全等方面有其獨特的優越性。
    二、實驗理論原理及技術要求
    a) 瀝青乳化的基本原理
    將瀝青分散到水相中,必然需要做功,所做的功(W)等于瀝青表面積的增大值(△A)乘以表面張力γ,即:
             W=△A•γ
    從上式可以看出,降低界面張力,可以使機械功明顯減小。在實際生產過程中,乳化前將瀝青加熱融化;乳化時加入乳化劑(降低表面張力);使用膠體磨研磨(機械能);三者結合起來才能使瀝青乳化。乳化劑、乳化設備、乳化工藝是乳化瀝青生產的三要素,此外基質瀝青、水、添加劑等也對瀝青的乳化和性能產生影響。
    b) 乳化劑的作用
    在乳化瀝青中,水是分散介質,瀝青是分散相。單純的將水和瀝青混合是做不到的,為了使乳狀液穩定,**加入物質使兩相不聚集,降低兩相間的界面張力,這種物質就是乳化劑。乳化劑所起的作用有:
    i. 降低水和瀝青之間的界面張力差。使體系總表面能降低,熱力學穩定性提高。
    ii. 使瀝青微粒界面產生界面膜,界面膜的強度和緊密程度是乳化瀝青存在的重要因素。
    iii.  使瀝青微粒表面形成帶電離子基團,電荷間的靜電斥力阻礙了瀝青微粒的聚集。
         乳化劑是生產乳化瀝青的**,直接關系著瀝青能否乳化,和乳化瀝青的穩定性、破乳速度等使用性能。生產時應根據原材料、用途、成本等因素綜合考慮使用什么乳化劑,并做好生產小試來確定是否使用該乳化劑。
    c)瀝青乳化劑的類型、應用
     

    瀝青乳化劑大致可分為合成乳化劑、天然產物乳化劑、無機粉末乳化劑等類型,而合成乳化劑是目前應用**多、性能**好的類型,因此一般所講的瀝青乳化劑都是指一類有機合成的可以乳化瀝青的表面活性劑。
    瀝青乳化劑從化學結構上講是一種“兩親性”分子,分子的一部分具有親水性質,一部分具有親油性質。親油部分一般由碳氫原子團,特別是由長鏈烷基構成,差別較小。親水部分原子團則種類繁多,結構差異大。按照親水基在水中是否可以電離,瀝青乳化劑可以分為離子型和非離子型兩大類。離子類根據離子電性的不同又可以分為陰離子型、陽離子型和兩性離子型。
    1、 陰離子乳化劑
    陰離子乳化劑是在溶于水中時能電離成為離子或者離子膠束,親水基團帶有負電荷的乳化劑。
    人們**早就是使用陰離子乳化劑制作乳化瀝青的。由于原料易得,來源廣泛,陰離子乳化劑在相當長的一段時間內作為**主要的乳化劑類型,在**范圍內得到了廣泛應用。
    陰離子乳化劑**主要的親水基團有羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽等三種類型。
    常用的陰離子乳化劑類型包括:
    (1) **脂肪酸鹽類
    **脂肪酸鹽類的化學式為R—COOM,R為C14~C18的烴基,M為Na、K元素。**脂肪酸鹽類是**古老而又大量應用的表面活性劑類型,該類乳化劑的缺點是R—COO-羧酸根離子會與硬水中的鈣、鎂離子發生反應生成沉淀物,降低了乳化劑的作用。
    (2) 磺酸鹽類
    磺酸鹽的化學式為R—SO3Na,碳鏈中的碳數在8~20之間。以造紙黑夜為原料,從中提取木質素,經磺化處理得到的木質素磺酸鹽可以用于瀝青的乳化。
    (3) 硫酸酯鹽類
    硫酸酯鹽的化學通式為R—OSO3M,M為Na、K元素,烴基中的碳數為8~18。這類乳化劑在硬水中穩定,在水溶液中呈中性或微堿性。
    陰離子乳化劑是乳化瀝青出現后在**初的40年內廣泛應用的乳化劑。隨著20世紀50年代陽離子乳化劑的出現,陰離子乳化瀝青逐漸被陽離子乳化瀝青取代,目前在**范圍內的用量已經很小。這是因為,陰離子乳化劑雖然價格便宜,但其使用性能往往不及陽離子乳化劑:陰離子乳化瀝青中微粒表面帶負電荷,潮濕狀態下大多數石料表面同樣為負電荷,由于同性電荷的靜電斥力,兩者接觸后瀝青微粒不能盡快、牢固的粘附到石料表面,影響乳化瀝青的路用性能。
    陽離子乳化瀝青的微粒帶正電荷,濕礦料表面帶負電荷,兩者在有水膜的情況下仍可以吸附結合,陽離子乳化劑可以增強瀝青與石料表面的粘附力,同時它對酸性礦料和堿性礦料都有很好的粘附力,提高路面的早期強度,鋪后可以較快地開放交通。因而陽離子乳化劑彌補了陰離子乳化劑的缺點。
    陰陽離子乳化瀝青性能比較
    性    能 乳   化   瀝   青
    陰離子型 陽離子型
    路面成型
    低溫陰濕氣候施工
    遇雨損失
    適于粘附的骨料
    適應的瀝青品種
    對水質要求
    冷拌冷鋪
    制作高濃乳化瀝青
    較  慢
    較  差
    較  大
    石灰石
    環烷基瀝青較好
    軟  水

    較  快
    較  好
    較  小
    石灰石、花崗巖石英石
    石蠟基、環烷基均可
    軟、硬水均可

     
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