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1、影响乳化沥青混合料破乳因素的分析周海生1,2 许雷3（1同济大学 交通运输工程学院，200092；2浙江艾尔迈斯公路技术有限公司；3德州市公路管理局，253000）摘要：乳化沥青混合料过早破乳造成混合料离析，对其成型以及路面结构强度造成不利影响。本文通过温度、拌和水、水泥、搅拌强度四个方面讨论了乳化沥青混合料过早破乳的现象。认为温度、拌和水、水泥是影响破乳的最主要的因素。关键词：乳化沥青混合料；过早破乳The Research on the Factors of Emulsion Demulsifying Zhou Hai-sheng1,2, Xu Lei3(1.School of traff
2、ic and transport engineering, Tong Ji University. 200092; 2. Zhe Jiang Elsamex road technology CO., ltd. 321021; 3. Highway Authority of Dezhou, 253000)Abstract: The premature demulsifying phenomenon of emulsion asphalt mix will lead to mix segregation. This will adversely influence the modeling of
3、mixture and the integrate strength of pavement structure. This article discussed the factors on premature demulsifying phenomenon in 4 main aspects, temperature, mixing water, cement, stirring property, and concluded that temperature, mixing water, and cements are the main factors.Keywords: emulsion
4、 asphalt mix; premature demulsifying phenomenon在实际工程中常发现，乳化沥青混合料在拌和过程中就已经破乳了。破乳后的乳化沥青在混合料中将选择性粘附集料中的细料，形成玛蹄脂胶团，随着拌和进程的延续胶团越积越大，而粗料表面却很少裹附沥青，并且经水的冲刷表面非常洁净，拌和后的混合料成为胶团、松散的粗集料和大量自由水组成的混合物，即混合料产生了离析。从而影响混合料的成型以及成型后的力学强度。离析不仅对施工带来不便，还将对路面结构的使用性能产生不良影响，使得摊铺的路面结构不均匀、强度不足，易引起路面局部早期破坏。因此在施工中必须引起注意。那么是什么原因造成乳
5、化沥青过早破乳，对此，本文针对乳化沥青混合料过早破乳的现象进行分析，并对施工中应注意的问题提出相应建议。1乳化沥青破乳的机理分析乳化沥青是热力学不稳定体系，沉降破乳是必然的结果。但是可以从乳化沥青溶液中液珠凝聚沉降速度的角度分析破乳快慢的影响因素。 （1）式中，：微粒沉降的速率；g： 重力加速度；r：微粒半径；d1：沥青的比重；d2：水相的比重（d1d2：）；：水相的粘度。从式（1）液珠沉降速度公式可以看出，对于给定的乳化沥青， 相对恒定，沥青与水之间的密度差（d1-d2）基本不变。那么影响乳液稳定性的因素只有乳液液珠的大小，即r。但是，由于乳液是热力学不稳定体系，这意味着，液珠相互碰撞而聚集
6、形成较大液珠的过程将是不可逆的，液珠半径r为时间t的增函数。 （2）虽然液珠表面有双电层的保护，液珠表面有一定强度，不一定所有的碰撞都能够形成较大的液珠。但是可以说影响液珠碰撞聚集的因素就是影响乳液破乳的因素。由此我们可以推论出影响乳化沥青破乳的主要因素，温度、环境的湿度、机械振捣作用等。温度升高，液珠的布朗运动将加强；干燥的环境促使乳液水份的损失，增大了乳液的浓度，液增大了液珠碰撞的概率；机械振捣同样可以增大液珠碰撞的概率。2乳化沥青混合料破乳试验研究为了研究乳化沥青混合料过早破乳的现象，对现场破乳情况分析并进行实验室模拟。在影响乳化沥青破乳的众多因素中，乳化剂是最为关键的因素，但是本文不作
7、讨论。根据现场的观察和分析，实验室选定四个主要影响因素进行分析：环境温度、机械搅拌作用、拌和水，水泥。2.1试验材料 乳化沥青采用阳离子慢裂快凝型。具体参数见表1。选用三种级配（表2）做拌和试验。表1 乳化沥青主要技术指标项目试验结果标准要求试验方法蒸发残留物含量，60.155T 0651筛上剩余量，0.070.1T 0652恩格拉粘度5.1230T 0622存储稳定性（1d），0.901T 0655电荷阳离子阳离子T 0653蒸发残留物性质针入度/（10-1mm）6545150T 0604延度（15）/cm7840T 0605表2 试验级配筛孔尺寸/mmES-1ES-2ES-39.5-100
8、1004.7510095-10070-902.3690-10065-9045-701.1860-9045-7028-500.640-6530-5019-340.325-4218-3012-250.1515-3010-217-180.07510-205-155-152.2乳化沥青混合料破乳影响因素分析1）温度的影响1 从乳液稳定的基本原理考虑，提高温度对乳液液珠的双电层以及界面吸附没有多少影响。但从分子热运动（以及布朗运动）加剧的角度考虑，提高温度，则沥青液珠相互碰撞几率以及碰撞的能量都增大。此外，提高温度，液珠与溶液的界面粘度降低，因此液珠表面强度降低更易破裂。因此提高温度，小液珠聚结成大液珠
9、的概率增大。即式（1）中的r增大。提高温度会使溶液的内部粘度降低。因此升高温度液珠沉降的速度增大，乳液易于过早破乳。同样温度也必将影响乳化沥青混合料的破乳情况。为了研究温度对混合料破乳状况的影响，进行了以下试验。考虑两种情况，1）将已干燥的集料加热至不同的温度，将室温的乳液与混合料拌和，观察混合料拌和后的状态；2）将乳液加热至不同的温度，将其与室温下的集料拌和，观察混合料拌和后的状态。为便于反映破乳情况，试验选择细料含量较多的EAC-20I型混合料，乳化沥青用量为6，混合料预加拌和用水量为3，使集料表面微湿状态。混合料破乳状况的判断采用拌和观察的方法。试验的结果整理于表3。表3 ES-1型混合
10、料的拌和状况加热对象加热温度/加水拌和时间/s拌和时间/s混合料状况说明1）集料室温3030呈褐色，乳液未破乳，混合料均匀。 603030呈黑色，乳液已破乳，混合料离析，细集料结团。8030302）乳液603030803030从上表中的结果不难看出，温度对乳化沥青混合料的过早破乳有着显著影响。一些工程单位在使用乳化沥青时，将刚加工好的乳化沥青（温度约80）直接用于生产，结果导致了混合料的过早破乳。2）拌和水对乳液破乳的影响乳化沥青与集料混和搅拌前，需要将干燥的集料加水拌和。如果将乳液与集料直接拌和，干燥的集料表面需要水的润湿，这样乳液中部分水份将被石料吸收，从而打破了乳液中水与 乳之间的“溶解
11、”平衡，将促使乳液中沥青的凝聚析出，导致过早破乳。因此不加拌和水或加水量太少都将导致乳液过早破乳，至于加水量的多少需要根据试验而定。表5 混合料拌和状态分级等级拌和后混合料的状态描述A表面干涩，沥青已破乳（呈黑色），没有粘结性B表面湿润，沥青未破乳（呈褐色），混合料呈稀浆状。C自由水较多，混合料过稀，出现稍许粗细集料离析现象。表4 石料表面的干湿状态分级等级石料表面状态描述大部分干燥，稍许润湿未充分润湿，部分干燥基本湿润，表面明水较少较多明水，粗集料表面比较洁净，石料表面水膜较厚，底部出现积水。针对三种混合料ES-1、ES-2、ES-3，观察不同加水量混合料的拌和情况。试验前先将所配集料烘干，
12、并冷却至室温。将石料与水拌和后的干湿状态以及乳化沥青混合料拌和后的状态等级整理于表4、5。试验结果整理于表6。表6 三种混合料在不同用水量条件下拌和状态的判断混合料类型加水量/%加水拌和后石料表面状态加乳化沥青拌和后混合料的状态ES-33A5A7B10CES-24A6A8B11CES-16A8A10B14C比较三种混合料的拌和状态，加水量对乳液破乳有着明显的影响，所以混合料，特别是干燥的混合料，预加水拌和是非常必要的。当加水太多时，易引起乳液的流失。每种混合料都有不同的加水量，根据集料加水拌和后的表面状态合加乳液拌和后的状态认为，集料加水拌和后表面呈基本润湿状态时所对应的加水量为该级配最佳含水
13、量，级配越密，所需的拌和水就越多，上述三种级配的达到湿润状态时的用水量为：ES-3为7、ES-2为8、ES-1为10。乳化沥青混合料中的水分由以下几部分组成：砂石料中的水分；乳化沥青中的水分；外加的水分。由于现场施工时混合料适宜的用水量与集料的干湿状态、天气的晴阴、气温的高低以及风速的大小等因素有关，所以，在室内通过试验确定用水量意义不大。现场施工时，可初定一用水量，然后根据试拌情况进行调整。工程实际的用水量的确定，相对实验室复杂，其计算由公式3确定。 （3）现场生产所需拌和水最小用量；实验室，在集料干燥状态下确定的拌和用水量下限；集料含水量；根据施工现场的天气状况（温度、日照、风速），运距、
14、材料等所做的修正，范围取0-2。3）水泥的作用以ES-1型混合料为例，在混合料中添加325号硅酸盐水泥。水泥添加用量为0，1，2。然后进行混合料拌和试验，观察三种混合料的破乳时间。乳液用量为11。添加水泥后，乳化沥青混合料的拌和用水量适当增加。表7 水泥对混合料破乳速率的影响水泥用量/拌和用水量/破乳时间/s010160112130213110通过表7的数据不难看出，虽然拌和用水量增加了，但是随着水泥用量的增加，混合料破乳速率在不断加快。这主要是因为，水泥与水将产生水化反应，该反应吸水并且放热。通过公式（1）不难理解乳化沥青混合料添加水泥后破乳速率加快的原因。因此有资料也把水泥当作乳化沥青一种
15、破乳调节剂3。4）机械搅拌作用的影响机械搅拌或者振动将加速乳液中沥青液珠相互间碰撞的概率。这样较小的沥青微粒聚集成较大微粒的概率就明显增大。因此也将加速乳液破乳的速率。乳化沥青混合料拌和的目的是为了获得较为均匀的混合料，但是过度得搅拌（拌和时间长）将加速乳化沥青混合料的破乳。具体的拌和时间与集料级配情况、拌和用水量、乳液性质，及拌和机械能等因素有关。为了在实验室验证这种情况，采用不同的拌和时间拌和混合料，每次拌和完成后观察混合料的状态。试验材料同上。试验结果整理于表8。表8 ES-1型混合料在不同拌和时间条件下状态拌和次数乳化沥青混合料搅拌时间/s破乳情况第1次30混合料均匀，未破乳第2次12
16、0有水的泌出，开始破乳第3次160混合料结团硬化，破乳实验室拌和机的搅拌强度较实际生产中的拌和机低，因此搅拌破乳的时间较现场长。由表8中的分析结果可以看出，过度搅拌非但不能使混合料均匀，而且会导致乳化沥青过早破乳，混合料离析。3结语通过以上分析可知，导致乳化沥青混合料过早破乳的现象的因素有乳液温度、拌和水用量，水泥等外加剂、机械搅拌作用，以及集料级配。这对工程实际有一定指导意义，在施工中对于刚加工好的乳化沥青应当将其冷却至常温后再使用。施工中应选择合适的拌和设备、掌握好拌和时间，混合料的拌和应使乳液分布均匀即可。最佳拌和时间，应根据施工现场使用的骨料级配情况、拌和机械性能、施工时的气候等具体条
17、件通过试拌后选定。混合料加水预拌是乳化沥青混合料生产的一个比不可少的环节。尤其在高温的季节里，需要根据天气状况对所需用水量进行调节。混合料加水泥后会加速乳化沥青的破乳速率。级配也细密破乳也越快，因此需要增大用水量进行调节。影响乳化沥青混合料破乳因素，最主要的是温度、拌和水、水泥。试验研究虽然仅仅针对以上材料，但是得出的结论同样适用于其它乳化沥青。参考文献1 徐 剑 秦永春微表处混合料可拌和时间的影响因素公路交通科技2002，12 JTG F402004公路沥青施工技术规范北京：人民交通出版社，2004 3 倪富健 徐中宁 张文浩微表处技术在高速公路养护中的应用研究重庆交通学院学报2003，1 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）