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1、乳化进口沥青应用分析论文乳化进口沥青应用分析论文 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。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“国道主干线淮锡高速公路沥青路面下封层施工指导意
2、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。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。乳化沥青下封层的施工方法采用洒
3、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
4、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
5、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。
6、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，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。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
7、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 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。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
8、化剂有固定的值，它不能满足复杂的沥青乳化所需要值，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，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。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
9、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。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
10、求，通常采用盐酸来调节酸碱度。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：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
11、 500m、宽，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/m2、510mm 石料 12m3/km2，第二层乳液用量/m2、38mm 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。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
12、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/m2，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。宁连一级公路路面改建工程下封层试验路段，试验段位于 11k+500-12k+500 路线西侧，长 1000m、宽 10m，计面积 10000m2.该路基层为 30cm 二灰碎石、面层为 16cm沥青混凝土，日交通量大于 10000 辆次。下封层采用单层式洒布型，乳液用量/m2、石屑用量 7m3/km2.施工时天晴、气温 18，破乳时间约 35min.经行车表面
13、平整无推移坑塘、脱落，与基层粘结紧密牢固。对上述三段试验路，我们分别钻取了样芯，104 国道、常州-溧阳线路取了自面层至基层全部样芯，试件表明下封层将油面层与基层牢固地粘结成整体。宁连一级公路因取样机的原因，致使二灰碎石未能完整取出，但从二灰碎石的断裂面看下封层与基层仍然粘结完整牢固。这充分说明进口沥青乳化后作为下封层它的粘结力很强，既起到层间连接的作用，又能防止雨雪水透入基层。通过室内试验及扩大试验路铺筑，对使用进口沥青乳液铺筑下封层，有以下进一步认识：我站生产的进口沥青乳液产品质量是好的、稳定的。采用油罐车装运，共生产乳液 50t，没有因运输、贮存及运至工地一时不能施工而发生沉淀分层凝块现
14、象。当乳液运至工地，从运油罐车移至洒油车内，采用管道直接泵送，每输送一车仅 10min.不像一般运输车队采用高站台低货位的自流方式，每自流一车需 1h，而且还可免去因选择高站台而导致的绕行。由于采用管道泵送，不会混入大量的气泡，影响喷洒效果和使用质量。喷洒过程中乳液分布均匀，无泡沫粘附在石料表面导致空白。另外施工日期无论在 8 月或 10 月，均未因温差对破乳速度造成影响。进口沥青乳液的粘结性。下封层试验段完成后，我们待面层施工铺筑完成，分别钻取了样芯。104 国道样芯15cm，常州至溧阳线、马坝至武墩段样芯均为 10cm.马武段除机械原因未将基层整层取出。其余二条线多个样芯可以看出下封层将面
15、层与基层粘结成一体无一脱开，完全达到设计层间连续的要求。样芯虽然经长途运输与颠簸，送至各级检查均未导致上下层脱开。三段试验路均采用镇江 2乳液，以洒布法施工，用量为/m2，所用石屑质地坚硬、清洁无杂质，严格控制粉料含量。由于试验路都处于不中断交通的施工路段，二灰碎石基层在行车作用下表层细小石屑及粉料基本扫净，形成首料林立理想的粘结表面，加之洒布下封层采用森林灭火鼓风机吹净基层表面浮尘，使层间粘结条件更好。另外撒料时间、撒料方法、碾压时间的掌握与破乳速度之间的配合做到恰到好处，这对保证下封层的质量及开放车辆行驶极为重要。试验路完成后即可开放交通，恢复车辆行驶，但必须掌握：开放交通初期必须慢行；指
16、挥车辆全段均匀行车，不得在车道上集中行驶。3、沥青乳化工艺及设备乳化沥青是热熔的沥青掺配乳化剂水溶液，通过机械作用，把沥青切割成微粒制成水包油型乳状液，简称“乳液”。它是由沥青、水和乳化剂等三个成分组成，经过乳化设备的作用而形成。由此可知制造乳化沥青必须有基本装置-乳化机，它是生产乳化沥青的核心。另外，还需要有乳化剂水溶液罐、热沥青贮存罐和加温装置等等，这就形成了生产组合车间。综上所述可知，沥青乳化不仅需要专用的机械设备，而且还必须制定一定的工艺生产流程，在特定的工艺条件下才能完成。乳化沥青的生产工艺及生产设备对乳液的质量和成本起着重要的作用，选择好的设备、制定完善的生产工艺、管线布局、充分利用现有条件，是建好生产车间的前提。同时，建立科学的生产管理制度是保证产品质量、发展乳化沥青生产的重要环节。充分利用优越的运输及热能条件六十年代中期，在镇江近郊已建立了一座热沥青中转油库，年进出沥青近万 t.中转油库有可停靠 6 节槽车的铁路专用线，有二台 2t 蒸气锅炉、一台 650 大卡导热油锅炉和 4000t 沥青储罐，既可中转沥青也能为施工直接供加热至 160
