乳化沥青的生产原理及新用途-沥青协会.ppt

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1、乳化沥青的生产原理及新用途,范维玉（教授、博导）中国石油大学（华东）二O一四年九月,主要内容,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,1 乳化沥青的概念及应用,1.1 乳化沥青的概念（1）什么是乳化沥青？（emulsified asphalt、asphalt emulsion）乳化沥青是将热熔的石油沥青，经过机械作用，以细小的微粒分散到含有乳化剂、稳定剂的水溶液中形成的水包油乳状液。,显微镜下的乳化沥青,乳化沥青概念图

2、,1.1 乳化沥青的概念,（2）为什么要将沥青乳化？石油沥青在常温下是一种半固体粘稠状物质，必须首先将其转变为液态方可在工程中应用。,沥青转化为液体的主要方法：加热融化溶剂稀释加水乳化,考虑的因素：施工性能、成本、环保、沥青性能,1 乳化沥青的概念及应用,乳化沥青在发达国家得到广泛应用。原因：,环保，节省能源、节省资源 在公路修建、养护技术中，很多都适合使用甚至只能使用乳化沥青作为结合料 乳化沥青技术的发展，使乳化沥青质量不断提高 乳化沥青应用新技术也在不断涌现,1 乳化沥青的概念及应用,1.1 乳化沥青的概念,（3）乳化沥青的优势,道路 高速铁路 金属材料防腐 建筑屋面及洞库防水 油田 农林

3、、沙漠治理 新型建材,1 乳化沥青的概念及应用,1.2 乳化沥青的应用领域,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,2.1 沥青乳化的基本原理,DEFORMATION,RUPTURE/CAPTURE,RULE OF THUMB:R/EPARTICLE SIZE,R,IS PROPORTIONAL TOSURFACE TENSION,DIVIDED BY MILLING ENERGY,E,2 乳化沥青的制备方法

4、,2.2 沥青乳化的基本条件：加热：熔化沥青（热能）胶体磨：进行研磨（机械能）乳化剂：降低界面张力（化学能）,2 乳化沥青的制备方法,胶体磨的作用：进行研磨（机械能）热熔的沥青和乳化剂水溶液在通过胶体磨定盘与高速转动的转盘之间的间隙时被剪切，实现沥青在水相中的分散。胶体磨的基本结构：定盘、转盘,实验室小型胶体磨,2.3 胶体磨及基本结构：（colloid mill）,DALWORTH高剪切胶体磨,润滑油系统压力表,胶体磨后轴温度表,胶体磨前轴温度表,2 乳化沥青的制备方法,胶体磨定盘与转盘,胶体磨以3000转/分的速度高速旋转，研磨区内流体的方向和瞬间速度不断改变，导致流体在受高速剪切的同时被

5、高速研磨。,2 乳化沥青的制备方法,Mill in stainless steel（中国石油大学）,2.4 实验胶体磨,2 乳化沥青的制备方法,DALWORTH乳化/改性沥青装置(中国石油大学),2.4 实验胶体磨,2 乳化沥青的制备方法,乳化沥青制备工艺流程,2.5 乳化沥青制备工艺流程,2 乳化沥青的制备方法,阳离子乳化沥青制备工艺流程,2.5 乳化沥青制备工艺流程,2 乳化沥青的制备方法,乳化沥青中型装置（中国石油大学）,乳化剂的作用：降低界面张力 改善界面膜性质 使沥青微粒带电,2.6 乳化剂,2 乳化沥青的制备方法,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其

6、主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,乳化沥青体系的特点：热力学不稳定体系（乳状液）不能从根本上改变沥青性能（物理分散）乳化沥青的稳定与破坏（破乳）沥青乳化过程关注的核心,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,乳化沥青性能指标体系与用途密切相关 道路乳化沥青指标体系相对比较成熟,3.1 乳化沥青的性能指标,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,（1）道路乳化沥青品种及适用范围,3.1 乳化沥青的性能指标,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,（2）道路用乳化沥青技术要求,3 乳化

7、沥青的性能及其主要影响因素,（3）乳化沥青技术指标体系,美国体系、日本体系、法国体系、中国体系,生产性能指标、施工性能指标、应用性能指标 乳化沥青有其特殊性，是针对工程设计的产品，没有固定的配方，满足材料技术指标要求并不能说明可以满足工程应用要求。,3.1 乳化沥青的性能指标,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,（3）乳化沥青技术指标体系,技术指标分类：交通部部颁标准中的乳化沥青技术指标，可以归纳为三类：,生产性能指标：筛上剩余量，贮存稳定性 施工性能指标：粘度、离子电荷，破乳速度 路用性能指标：蒸发残留物性质，粘附性，拌和试验,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,3.1 乳化沥青的性能指标,

8、贮存稳定性：乳化剂、稳定剂、沥青组成、水相粘度、粒度分布、两相密度差,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,3.2 影响乳化沥青技术指标的主要因素,粘度：水相粘度、稳定剂、粒度分布,粒子电荷：乳化剂类型,破乳速度：乳化剂（稳定剂）类型、乳化剂结构、条件,蒸发残留物性质：基质沥青性质、乳化剂（稳定剂）,粘附性：乳化剂类型、粒度分布、配伍性、沥青组成,拌合性能：乳化剂（稳定剂）、粒度分布、配伍性,3.2 影响乳化沥青技术指标的主要因素,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,乳化沥青属热力学不稳定体系。制备及应用中稳定与破乳是矛盾的，不同应用体系对稳定性要求不一。,沥青（改性沥青）的性质：组成、结构 乳

9、化剂、稳定剂、助剂 水质：无机盐类 乳化设备：搅拌、剪切、研磨粒度及分布,3.3 影响乳化沥青稳定性的主要因素,主要影响因素包括：,3 乳化沥青的性能及其主要影响因素,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,石油沥青：,原料：减压渣油特点：黑色固态或半固态粘稠物质主要用途：道路建设、建筑工程、水利工程、油田、管道防腐、电器绝缘、油漆、农林等,4.1 石油沥青的组成结构及

10、特性,石油沥青的分离方法：,按极性和官能团分离：氧化铝、硅胶、离子交换树脂（IEC）按分子量分离：体积排出色谱、高压液相色谱（HPLC）两维分离：以上两种分离方法的结合,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.1 石油沥青的组成结构及特性,石油沥青极性四组分与官能团四组分：,极性四组分（SARA）：正庚烷、氧化铝 饱和分、芳香分、胶质、沥青质官能团四组分：用离子交换树脂（IEC）酸性分、碱性分、两性分、中性分,各组分分子量范围：胶质为10003000、沥青质为300010000,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,四组分含量,几种石油沥青的四组分含量,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的

11、影响,4.1 石油沥青的组成结构及特性,石油沥青的微观结构：胶体分散体系,油分,沥青质Asphaltene,Resin,石油沥青是一种胶体分散体系，其分散相是以沥青质为核心吸附部分胶质而形成的胶束，连续相是由饱和分和芳香分组成的油相,沥青的理化性质和使用性能在很大程度上取决于其胶体体系的性质，而能否形成稳定的胶体体系又与其化学组成密切相关,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-元素组成,两种沥青及其组分的元素组成,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-酸值,两种沥青及其组分的酸值测定结果,4 沥青组成结构及对沥青乳化性

12、能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-碱氮值,两种沥青及其组分的碱氮值测定结果,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-红外光谱,极性四组分的饱和分中无明显的芳环和杂原子官能团吸收峰，而以CH2链的吸收(2920 cm-1,2870 cm-1)为主；芳香分中有明显的芳烃吸收峰(1608.6cm-1)；胶质、沥青质中明显出现杂原子吸收峰(C=O 1700cm-1,N-H、O-H 3300cm-1)。,官能团四组分的中性分中无明显的O、N等杂原子官能团吸收峰出现，而以链烃吸收峰(2920 cm-1,2870cm-1)为主；酸性分中明显出现了羰基吸收峰（1

13、714.9cm-1）和含-OH的酸性基团吸收峰（1310cm-1）；碱性分中无明显的羰基吸收峰；两性分中既有OH的酸性基团吸收峰也有碱性氮吸收峰(O-H、N-H 2500 cm-13500cm-1)。,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-界面张力,B 沥青；C 饱和分；D 芳香分；E 胶质；F 沥青质(50，蒸馏水),沥青极性四组分的油水界面张力,沥青质界面张力最低，饱和分界面张力最高,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性-界面张力,沥青官能团四组分的油水界面张力,两性分和酸性分界面张力最低，中性分界面张力最高,B

14、沥青；C 酸性分；D 碱性分；E 两性分；F 中性分(50，蒸馏水),4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,4.2 石油沥青各组分的结构及特性,从制备乳化沥青角度看：,沥青中的活性组分，主要是极性四组分中的沥青质、官能团组分中的酸性分和两性分。油相高芳香度条件下有利于沥青乳状液的稳定。,4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,乳化剂结构基本要素,5.1 乳化剂的基本特

15、点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,头部带电荷,Tail group,5.1 乳化剂的基本特点,阳离子型：,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,乳化剂亲水性和疏水性部分在不同层的取向,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,降低水空气界面水的表面张力,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,被拉长的薄膜的表面张力,降低水空气界面水的表面张力,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,乳化剂结构决定水溶性（CMC、HLB值）,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,Chocolate candy bar ma

16、nufacturers use the chemical process of hydrogenation(adding hydrogen across double bonds)to convert unsaturated fatty acids in the cacao oils to saturated fatty acids,thereby increasing the softening point of the chocolate so it will not melt at ambient temperatures.The hydrogenated hydrocarbon tai

17、ls pack more closely,due to van der Waals attractive energy,and require more heat energy(than non-hydrogenated tails)to“unpack”and become liquid.,油水界面乳化剂的取向（紧密、非紧密）,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,小常识：反式脂肪酸,脂肪酸是一类羧酸化合物，由碳氢组成的烃类基团连结羧基所构成。这些脂肪酸分子可以是饱和的，即所有碳原子相互连接，饱和的分子室温下是固态。当链中碳原子以双键连接时，脂肪酸分子可以是不饱和的

18、。当一个双键形成时，这个链存在两种形式：顺式和反式。顺式（cis）键看起来象U型，反式（trans）键看起来象线形。顺式键形成的不饱和脂肪酸室温下是液态如植物油，反式键形成的不饱和脂肪酸室温下是固态。,植物油加氢可将顺式不饱和脂肪酸转变成室温下更稳定的固态反式脂肪酸。制造商利用这个过程生产人造黄油，也利用这个过程增加产品货架期和稳定食品风味。不饱和脂肪酸氢化时产生的反式脂肪酸占8%-70%。,长期以来，人们一直认为人造脂肪来自植物油，不会像动物脂肪那样导致肥胖，多吃无害。但是，近年来的研究却让人们逐渐看清了它的真面目：“安全脂肪”居然会导致心脏病和糖尿病等疾病。,德国营养医学协会负责人安德雷菲

19、格教授指出，研究结果显示，对于心血管疾病的发生发展，人造脂肪负有极大的责任，它导致心血管疾病的几率是饱和脂肪酸的35倍，甚至还会损害人们的认知功能。此外，人造脂肪还会诱发肿瘤（乳腺癌等）、哮喘、2型糖尿病、过敏等疾病，对胎儿体重、青少年发育也有不利影响。菲格教授打了一个比方：如果在一份看上去“大油大肉”的浓汁肉排和一盘用人造脂肪做出来的炸薯条之间进行取舍，那么选择前者更有利于健康。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,小常识：反式脂肪酸,常见含反式脂肪酸的加工食品有：珍珠奶茶，薯条，薯片；蛋黄派或草莓派；大部分饼干；方便面；泡芙，薄脆饼，油酥饼，麻花；巧克力，沙拉酱；奶油蛋糕，奶油面包；冰

20、淇淋；咖啡伴侣或速溶咖啡。据报道：目前市面的珍珠奶茶多是用奶精、色素、香精和木薯粉(指奶茶中的珍珠)及自来水制成。而奶精主要成分氢化植物油，是一种反式脂肪酸。专家指出：每天一杯500毫升珍珠奶茶中反式脂肪酸含量已超出正常人体承受极限，饮用者易患心血管疾病。记者暗访得知：1公斤奶精可调配100杯奶茶，其成本只有4至6角钱，而售价高达3至6元不等。可谓一本万利。,当看到人造黄油时，使用最软的一种，通常这种含最少量的反式脂肪酸。最后，记住多吃水果，蔬菜和全谷物，这些食物中含少量或不含反式脂肪酸和饱和脂肪。,含反式脂肪酸的食物-珍珠奶茶,反式脂肪酸的来源：氢化植物油；牛、羊等反刍动物的肉和奶；温度过高

21、的油（精炼油及烹调油加热温度过高时，部分顺式脂肪酸会转变为反式脂肪酸）。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,结构决定乳液的拌合破乳速度,快,慢,固定胺基头部,固定脂肪酸尾部,简单直链脂肪酸尾部,改性多齿脂肪酸尾部,短链季铵盐头部,长链多胺头部,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,多头乳化剂结构示意图,慢,快,乳液凝固时间,5.1 乳化剂的基本特点,结构决定乳液的拌合破乳速度,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,Rapid-setting emulsifiers are single-headed,unbranchedmolecules,which pac

22、k closely at the oil-water interface,leading to a high positive charge density.Continuous-phase concentrations of these unbranched molecules tendto be low because of their low water solubility.Hydrodynamicvolumes are also low.Single-headed emulsifiers break uponloss of the single positive charge on

23、the head group.,Slow-setting,fatty-amidoamine emulsifiers are multi-headed,branched molecules.Such structures pack less tightly at the oil-water interface,leading to a lower positive charge density(relative to the rapid-set system).Water solubility of these branched,multi-headed molecules tends to b

24、e high leading to high continuous-phase concentrations,which aid in mixing.Multi-headed emulsifiers also can have one or more of the head groups neutralized without losing its emulsification capacity and without breaking.,快裂乳化剂,慢裂慢凝和慢裂快凝乳化剂,多头乳化剂结构,单头排列紧密，正离子易被中和,排列松散，多头中存留未被中和正离子,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影

25、响,多头乳化剂的粘附性,5.1 乳化剂的基本特点,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,阴离子阳离子非离子两性离子,乳化剂的类型,5.2 乳化剂的分类,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,世界各国常用沥青乳化剂类型及产品情况,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（1）阳离子沥青乳化剂,烷基胺类,烷基胺类，环氧乙烷二胺类，酰胺基胺类，咪唑啉类，木质胺类，季铵盐类，脂肪酸酯季铵盐等,H3C(CH2)n CH2NHCH2 CH2 CH2NH2(n=1416),酰胺基胺类,RCONH(CH2)2 NH(CH2)2NH2,对酰胺基胺类乳化剂合成原料进

26、行选择及改性可制得快、中、慢裂快凝型。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（1）阳离子沥青乳化剂,咪唑啉类,木质胺类,是国内慢裂乳化剂的主要品种。,季铵盐型,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（1）阳离子沥青乳化剂,双季铵盐型,脂肪酸酯季铵盐型,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（1）阳离子沥青乳化剂,阳离子乳化剂的使用条件,不同类型的阳离子乳化剂有差异。如咪唑啉类，水溶液pH值在2.53.5时，所得沥青乳液的pH值正好落在56的范围内，此时沥青残留物的粘附性、针入度、延伸度和软化点均符合路用沥青的技术指标。过

27、高过低均不合适。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（2）阴离子沥青乳化剂,脂羧酸盐,主要包括羧酸盐类、磺酸盐类、硫酸酯盐类、磷酸脂盐类等,烷基磺酸盐,烷基苯磺酸盐,烷基硫酸酯盐,妥尔油酸,松香酸、脂肪酸（油酸、亚油酸）,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（2）阴离子沥青乳化剂,阴离子乳化剂的使用条件,不同类型阴离子沥青乳化剂使用条件有差异：羧酸盐：pH值12-13磺酸盐和硫酸盐：pH值10-12碱过量会对沥青残留物使用性能造成伤害,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（3）非离子沥青乳化剂,一般有C12C18

28、的脂肪醇和C8 C10 的烷基酚的环氧乙烷加成物是优良的乳化剂，环氧数低于56 的为油溶性。常用的烷基酚聚氧乙烯醚（OP）的烃基一般含有C8C20，氧化乙烯的含量在85%99%左右。非离子乳化剂常与其它类型的乳化剂复合使用，用于调整离子乳化剂的乳化性能。阳离子乳化性能差、稳定性差、耐硬水、钙分散能力较强；阴离子型乳化能力强、粒度细、耐盐和硬水能力差；非离子乳化沥青粒度大、耐盐耐硬水能力强、乳化能力强。阴离子易起泡、非离子易稳泡。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.2 乳化剂的分类,（4）两性离子沥青乳化剂,主要有甜菜碱型、氨基酸型、咪唑啉型等，也有杂元素代替N、P 的，如S为阳离子基

29、团活性中心的两性表面活性剂。其耐硬水、钙分散能力较强，与其他各类型的乳化剂有良好的配伍性，但价格较高。两性离子乳化剂如：,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.3 乳化剂的复配,乳化沥青的制备目标,乳化沥青技术性能达到规范要求 能满足施工对乳化沥青的使用性能要求 乳化沥青的生产成本低,乳化剂开发的目标,乳化能力要强 破乳可控：慢裂、快裂、中裂、慢裂快凝等破乳速度要求 能满足沥青微粒的电荷要求，形成双电层 价格低廉、使用方便,由于沥青材料组成的复杂性及多样性，很多情况下需要乳化剂复配才能达到目标要求。（如HLB）,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.3 乳化剂的复配,（1）非离子型

30、与离子型乳化剂复配 离子型乳化沥青中的粒子，由于静电斥力而产生一定的张力，使沥青乳液的稳定性降低。而与非离子型乳化剂复合使用时，二者将交替吸附在颗粒表面，大大降低了颗粒之间的静电张力，另外非离子乳化剂水化作用形成的水化层，对乳液的稳定性也有一定的协同效应。,十二烷基硫酸钠（SDS）中加入少量十二烷基聚氧乙烯醚（C12E5），可大大降低 CMCSDS及SDS 季胺盐或其他胺类表面活性剂和聚醚类非离子型乳化剂配合使用以延缓乳液破乳时间 木质素与长链脂肪胺、甲醛以及非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚通过曼尼西反应可合成出新型木质素类阳离子沥青乳化剂。该乳化剂在木质素分子中引入长链脂肪亲油基，与沥青具有

31、更好的亲和力，因此比单独木质胺产品乳化能力更强，同时由于木质素基团的存在，具有慢裂性能，制备乳化沥青粘度高，与石料的粘附性很强。,非离子乳化剂的浊点CP 和离子型乳化剂的三相平衡点KP 对温度的响应不同，所以复合使用过程中应注意温度的控制。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.3 乳化剂的复配,（2）阴/阳离子乳化剂复配 一定条件下，使阴/阳离子乳化剂的复配体系有很高的活性，显示出极大的增效作用。,如C12H25-O-SO3Na和C12H25-N-(CH3)3Br以1：1摩尔混合，只需要单一表面活性剂的干分之一，即可得到同样的表面活性。,阴、阳离子混合表面活性剂的增效作用主要取决于阴、

32、阳离子表面活性剂的合理搭配(即阴、阳离子表面活性剂的成份、比例等等)，搭配不合适不但没有协同效应，还会出现对抗性。(两组分中，其中一种起乳化作用、另一种起增效作用，如乳液粒子显示正电荷),5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.3 乳化剂的复配,（3）膨润土与阳离子乳化剂复配,如膨润土复合季铵盐(NOT)阳离子乳化剂的双阳离子型乳化沥青。膨润土是我国蕴藏量十分丰富的自然资源，它有诸多优良的技术特性，它既可以作为乳化剂，也可以作为分散剂、稳定剂和增粘剂。它与NOT复合使用的效果，不仅提高了乳液性能和路用性能，而且明显改善了乳液的贮存稳定性。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.4 乳

33、化剂的现状,（1）国内沥青乳化剂发展潜力很大。品种单一、种类不全，有效成分较低，产品质量不稳定，对沥青品种适应性较差。应开发多品种、系列化、使用方便的乳化剂以满足不同的需要。如开发液体型烷基多胺类产品。,（2）国外沥青乳化剂发展较早，比较成熟。品种多、质量较好，针对不同的用途（或地区）均有多种相应的产品。如Westvaco、Akzo Nobel、法国罗地亚等公司都有几十种乳化剂可供选择。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,5.5 稳定剂（助剂）,分无机稳定剂和有机稳定剂。,（1）无机稳定剂：氯化铵、氯化钙、硫酸铝、硅酸钠、氯化钠和气态二氧化硅等无机盐类 无机稳定剂可以增大水相密度、减小水

34、相与沥青的密度差；能够增强乳液颗粒周围的双电层效应，增大电位，增加颗粒之间的相互排斥力，减缓颗粒之间的凝聚速度，改善乳液的稳定性；增强与骨料的粘结力。,（2）有机稳定剂：聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、淀粉和聚丙烯酰胺等。沥青乳液中加入高分子稳定剂，可以提高水相粘度，能在分散的微粒上形成界面膜。,5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,乳化沥青的破乳速度与多种因

35、素有关，既与乳化沥青组成性质有关，也与外界条件有关：,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,沥青组成结构乳化剂及乳液类型乳液粒度乳液粘度pH值温度拌合水质集料,架桥挤压机理：阳离子乳化沥青破乳是通过乳化剂分子亲水基一氨基与集料表面良好的亲和性、吸附性，形成桥梁，沥青微珠通过乳化剂分子这个桥梁到达集料表面，井与集料接触成膜。在成膜瞬间，沥青薄膜与集料表面产生较大挤压力，将集料表面水份挤出，使之很快挥发。因此，阳离子乳化沥青破乳、凝结、成型快。,裹覆机理：阴离子乳化沥青破乳是通过沥青本身与集料的粘附性而裹覆集料。乳化剂分子本身与集料表面亲和性、吸附性差，因而不起桥梁作用，在成膜时不能产生挤压力把水份挤出

36、，均匀分布在沥青膜与集料表面间的水份是通过沥青微珠之间的间隙逐渐挥发的。同时由于乳化剂分子亲水基较多氧原子氢键缔合形成较为牢固的结合水，所以水份挥发很慢，所需时间较长。待水份完全挥发之后，沥青薄膜才能完全裹覆集料。因此，阴离子乳化沥青破乳、凝结、成型慢。,阴离子乳化沥青与碱性石料粘附性较好，阳离子乳化沥青与酸性石料粘附性较好（与碱性石料也有较好的粘附性）。,6.1 对破乳机理的解释,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,慢凝型沥青乳液可通过加入适量的水泥加快凝固时间 阴离子乳液与石灰石集料一起使用可加快凝固时间 阳离子型乳液和硅酸盐集料一起使用可加快凝固时间,6.2 破乳速度的控制,快凝型：阳离子型

37、乳化剂分子结构中有强极性的氨基，它具有极强的粘附性和亲和力，当乳液液滴表面亲水基团与石料表面相碰时，立即与石料表面牢固粘接而将水挤出，从而达到快凝的效果。,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,As pH is lowered from 2.5 to 1.5,the intensity of charge on the dropletincreases.The electrostatic attraction between the charged droplet and stonesurfaces increase.,If the pH is raised above pH 3,then insu

38、fficient electrostatic barrierexists to prevent asphalt droplets from colliding and coalescing.,pH值和液体添加剂对延缓和加快破乳的作用,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,pH,Mix-to-BreakTime(sec),pH值对破乳的影响,This is a simplified illustration of the potential effects of pH.Many other factors also affect mix-to-break times.These factors,suc

39、h as aggregate and asphalt properties and climatic conditions,must be considered as well.,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,水泥和铝盐对乳液的作用,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,钙和其它金属盐减轻慢凝混合料的颜色,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,沥青硬度影响乳化沥青颗粒大小,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,碾磨时剪切率影响颗粒大小,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,亲水性乳化剂制备的乳化沥青颗粒较大,6 乳化沥青的破乳及其影响因素,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响

40、因素4 沥青组成结构及对沥青乳液稳定性的影响 5 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,公路中的应用,道路修建沥青路面预防性养护,高速铁路中的应用,CA砂浆,其他应用领域,建筑屋面及洞库防水 金属材料的表面防腐 农业土壤改良及植物栽培 沙漠固沙油田钻井液、调剖堵水新型建材,7 乳化沥青的新用途,7 乳化沥青的新用途,公路中的应用：各等级公路建设、预养护,微表处和稀浆封层 沥青路面冷再生 碎石封层 高渗透乳化沥青 粘层乳化沥青冷填补材料、冷灌缝材料、灌浆材料,微表处应用实例,微表处应用实例,7 乳化沥青的新用途,铁路中的应用,高铁

41、CA砂浆垫层乳化沥青道床,高速铁路与无砟轨道,高速铁路(客运专线PDL,320-350Km/h）,CRH（China Railways High-speed）动车组，200-380Km/h,截止京沪高铁开通（2011年6月30日），中国高铁已开通9800 Km,截止2010年5月，世界高铁营运里程13414 Km,7 乳化沥青的新用途,高速铁路中的应用,板式无砟轨道,散粒道砟轨道,CA砂浆垫层,轨道板,乳化沥青,乳化沥青,CA砂浆,CA砂浆垫层,7 乳化沥青的新用途,其他应用领域,用量：近百万吨（国内）,建筑屋面及洞库防水 金属材料的表面防腐 农业土壤改良及植物栽培 沙漠固沙铁路公路护坡油田钻

42、井液、调剖堵水新型建材,固沙剂在具有固沙效果的同时，兼有保水、保温、保墒的作用，非常适合用于沙地作物的栽培。我们对以紫花苜蓿和沙打旺为试验对象进行了试验，结果表明喷洒了固沙剂的沙地较未喷固沙剂的沙地地温提高13，湿度增加40%60%。,沙地的固定和植物的保墒,固沙剂在具有固沙效果的同时，兼有保水、保温、保墒的作用，非常适合用于沙地作物的栽培。以紫花苜蓿和沙打旺为试验对象进行了试验，结果表明喷洒了固沙剂的沙地较未喷固沙剂的沙地地温提高13，湿度增加40%60%。,1 乳化沥青的概念及应用2 乳化沥青的制备方法3 乳化沥青的性能及其主要影响因素4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 5 乳化剂类型

43、及其对沥青乳化性能的影响6 乳化沥青的破乳及其影响因素7 乳化沥青的新用途8 结语,主要内容,基质沥青是乳化沥青中的核心关键组分。基质沥青（蒸发残留物）的性质决定着乳化沥青的使用性能,乳化沥青是一种重要的新材料，在各等级公路、高速铁路等建设及预养护中发挥着重要且关键作用,8 结语,乳化沥青制备技术中的关键是乳化设备、乳化剂（稳定剂）及工艺条件,影响乳化沥青稳定性的主要因素是沥青、乳化剂稳定剂和乳化设备（胶体磨）。,改性乳化沥青、特种乳化沥青是乳化沥青的一个重要领域，其乳化技术及应用技术的开发具有重要的发展前景,主要研究方向,本课题组沥青相关的研究领域：（1）沥青材料开发：改性沥青材料、高黏高弹沥青材料、功能沥青材料等；（2）沥青乳化技术开发：改性沥青与特种功能沥青乳化技术的发展与应用，以及新型沥青乳化剂的开发；（3）沥青路面预防性养护材料及应用技术的开发：灌缝、灌浆材料，微表处等；（4）沥青、改性沥青及乳化沥青相关基础研究。,错误之处请批评指正！诚邀合作、共同发展！,谢谢!,