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影響乳化瀝青穩定性因素有哪些?

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   乳化瀝青廣泛應用在筑養路工程中,然而,在工程實踐中經常出現乳液的結皮、絮凝、油水分層、聚團等不良現象。本文針對這些現象,從九個方面分析了影響乳化瀝青穩定性的因素。

乳化瀝青穩定性因素

    乳化瀝青是將瀝青熱融,經過機械作用,以細小的微粒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。在筑養路工程中,乳化瀝青可用于路面的維修、路面層間的粘結、橋面鋪裝、水泥穩定碎石基礎上的透層油、稀漿封層防水層等。它具有冷施工、安全、環保、節約資源、節省能源、延長施工季節,改善施工條件等優點。它在市政等道路建設和養護中起到了非常重要的作用,尤其是近些年來,乳化瀝青生產水平的提高,積極推動了乳化瀝青的技術進步和推廣應用。然而,在乳化瀝青生產和使用過程中往往會出現結皮、絮凝、油水分層、凝聚成團等不良現象,給施工帶來不必要的麻煩。為此,筆者從乳化設備、乳化劑、基質瀝青、PH值、溫度、儲存溫度、機械作用、凍結及熔化、長期放置等九個方面,進行了大量的實驗研究,總結出影響乳化瀝青穩定性的因素,現分析如下:

1、乳化設備的影響

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衡量乳化瀝青質量的一項重要指標是瀝青微粒的均細化程度。均細化程度越高,乳化瀝青的使用性能及貯存穩定性越好。均細化程度的高低與生產乳化瀝青所用的核心設備一乳化機有直接關系,它是乳化設備的心臟。用乳化機破碎、分散瀝青液相的過程是一個很復雜的力學作用過程,一般都是利用剪切、擠壓、摩擦、沖擊和膨脹擴散等作用完成瀝青液相的粉碎分散,其性能的優劣對乳液的質量和穩定性有重要影響。目前,應用于瀝青乳化的設備主要有三類。按照生產乳化瀝青均細化程度由高到低的順序依次為:膠體磨類乳化機、均化器類乳化機、攪拌式乳化機。因而,在購置乳化設備時應選擇均細化程度高的乳化機,保證乳化瀝青的生產質量和穩定性。隨著稀漿封層和微表處的施工工藝普遍應用,稀漿封層和微表處用的乳化瀝青要求濃度及穩定性。此兩項性能影響到了施工質量,所以建議在選用乳化瀝青生產設備的時候,應盡量選用質量好持久耐用的才好。正通公司生產瀝青膠體磨采用定子轉子的結構,可生產普通乳化瀝青、改性乳化瀝青、慢裂快凝型乳化瀝青等各種乳化瀝青。

 

2、乳化劑對穩定性的影響

瀝青乳化劑

    乳化劑的種類、乳化劑的濃度以及影響乳化劑乳化作用的各種因素都會影響乳化瀝青的穩定性。乳化劑本身就有快裂、中裂、慢裂、慢裂快凝、慢裂慢凝。制備的乳化瀝青也相應的分為快裂、中裂、慢裂、慢裂快凝、慢裂慢凝。它們的穩定性逐次增強。用相同的乳化劑制備乳化瀝青,由于所用乳化劑用量的不同,在一定程度上也影響乳化瀝青的穩定性。隨著乳化劑用量的增加,瀝青微粒變乳液的質量和穩定性提高。但是,當乳化劑增加到一定量后,其穩定性不再發生明顯的變化。因而,正確選擇乳化劑適宜的用量范圍,既保證了乳化液的質量和穩定性,又不造成經濟上的浪費。另外生產微表處用乳化瀝青需要加鹽酸,其中的酸性也會影響到乳化瀝青生產設備的性能,如若選用材質一般的乳化瀝青生產設備,長期經過酸性的腐蝕必然影響乳化瀝青的穩定性。因此在選購乳化瀝青生產設備和瀝青乳化劑的時候應當慎重。

3、基質瀝青影響

    基質瀝青是乳化瀝青最基本的成分之一,占總量的50%-70%。路用乳化瀝青大多選用針入度為100-250(0.1mm)基質瀝青。基質瀝青的針入度,組成和化學結構對其乳化的難易有較大的影響。通常飽和分子含量高和酸值低的基質瀝青較難乳化,要求乳化劑具有較長的烷基鏈。基質瀝青的含量可以改變乳化瀝青的粘度和其他性能,其含量越高,乳液的粘度越大,儲存穩定性越好。

4、PH值影響

    乳液的PH值與其乳化穩定性和儲存穩定性關系密切,不同類型乳化劑適應PH值范圍不同,陰離子型乳化瀝青需加入堿性化合物,如NaOH、KOH等,將乳液的PH值調節到10-12。對于胺型乳化劑水溶液,必須添加無機酸或有機酸才能溶于水。這是因為胺類化合物作為瀝青乳化劑時必須先轉化成胺鹽,用不同的酸調整PH值,就能得到不同的HLB值(親水親油平衡值)的胺鹽類瀝青乳化劑,其最佳PH值在3-5之間。使用季胺鹽類乳化劑時,添加無機酸或有機酸,可以增強乳化劑的活性,在提高乳化瀝青的乳化穩定性和儲存穩定性的同時,可以降低乳化劑的用量;用季胺鹽類乳化劑制備乳化瀝青時,其乳液的最佳PH值為5-6。

5、溫度的影響

    瀝青和水的溫度是比較重要的工藝參數,溫度過高或過低都將影響瀝青的乳化效果。溫度低了,流動性不好,過高,不僅消耗能源,增加成本,而且還會使水汽化,導致乳液的濃度變化,即瀝青同水的比例發生變化,同時產生大量的氣泡,降低產品質量,乳化瀝青的穩定性下降。此外,對于非離子型乳化劑,隨著溫度升高,氫鏈逐漸被破壞,其親水性下降,尤其是接近乳化劑的“濁點”時,乳液的穩定性明顯下降。一般來說,瀝青和水混合后的平均溫度(即乳液溫度)控制在80℃-70℃以下為好。

6、儲存溫度

    乳化瀝青隨著儲存溫度的升高,其穩定性越來越差,甚至會結團(塊),這是由于乳液的水分不斷蒸發,溫度越高,蒸發的越快。尤以表層水分散失嚴重,明顯改變油水比,使得表層破乳結皮,從而分層結團,內部乳液在較高溫度下,瀝青微粒布朗運動加快,微粒與微粒之間的碰撞機會增多,少部分乳液破乳,致使油水分離,從而影響產品質量。因此,產品生產出來后,要盡快將將乳液溫度降下來,避免影響產品的儲存穩定性。建議:選購乳化設備的時候應選用配置有防腐性能換熱器的乳化瀝青生產設備,既節能又保證了乳化瀝青的穩定性。

7、機械作用

    在乳液存放,運轉過程中的泵送、轉移,以及在應用過程中的混合、處理等都會使乳液受到各種形式的機械剪切作用。這會給予瀝青微粒相當大的能量,當這個能量超過了聚結活化能時,瀝青微粒就會越過勢能屏障,使乳液失去穩定性而發生凝聚。它會給乳液的生產、各種處理及應用帶來困難,尤其是在需要直接利用乳液的場合,凝聚的結果就使其失去了使用價值。

8、凍結及溶化

    當乳液遇到低溫條件時就會發生凍結,凍結和消融會影響乳液的穩定性。凍結的乳液消融之后,輕則造成乳液表面粘度升高,重則造成乳液的凝聚。故在運輸或存放過程中應注意防凍。凍結之所以會影響乳液的穩定性,是因為水結冰后要發生膨脹,對聚集在冰晶之間的瀝青微粒產生巨大的壓力迫使其相互接近,最終聚結在一起。最常用的防凍措施是向乳液中加入防凍劑。最常用的防凍劑有甲醇、乙二醇及甘油等,這些物質可降低乳液的凍結溫度。

9、長期放置的影響

    乳液在長期放置過程中由于布朗運動會發生瀝青微粒之間的碰撞而導致凝聚。同時,由于重力的作用也會導致瀝青微粒的沉降或升浮,而形成凝聚層。無論乳液具有多么高的穩定性,在長期放置過程中終將不可避免的形成不可逆的凝聚體而遭破乳。所以,對于乳液應規定存放期限。實踐證明,乳液放置穩定性與瀝青微粒的大小,體系粘度及環境條件等因素有關。

   

 綜上所述,乳化瀝青是一種熱力學不穩定體系,穩定性只是相對而言的,瀝青乳液的破壞終究會發生,通過分析影響乳液穩定性的因素,意在乳液生產、儲存、運轉、使用過程中,盡量避開這些不利因素,保持乳液的相對穩定性。


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