瀝青乳液表征 | 道路千萬條，瀝青少不了

在今年的兩會上，與會代表提出“取消重大節(jié)假日高速公路免費通行政策，與此同時，全面降低高速公路收費標準”的建議，引起了大家的熱議。高速公路已經與人們出行密不可分，影響高速公路質量的重要材料——瀝青。

瀝青乳液

瀝青乳液不僅使瀝青的加工和儲存變得簡單，也使得道路的鋪設過程更為方便（1）。瀝青乳液的物理、化學及應用性能在很大程度上取決于瀝青、乳化劑和水的含量比，以及瀝青乳液的粒徑分布（2）。

常溫下，瀝青是不可加工的。因此，為了使瀝青變的可加工，需采用不同的工藝對其處理。常見的技術是將瀝青加熱到液態(tài)。另一種技術是將瀝青加工成乳狀液。然而，單純將瀝青和水混合在一起并不能形成一個穩(wěn)定體系。因此，要根據(jù)具體的應用需求在瀝青中添加一定的穩(wěn)定劑和乳化劑。瀝青乳液使用起來非常方便，同時也更容易對其儲存、運輸和進一步加工。

瀝青乳液的優(yōu)勢及化學組成

瀝青乳液的優(yōu)勢：

• 良好的潤濕能力

• 低能源消耗和環(huán)境友好

• 可通過增塑劑對其改性

• 狀態(tài)的多樣性(如粘度)

瀝青乳液的化學組成：

在瀝青乳液中，瀝青為分散相，水為連續(xù)相。為了保證能夠乳化充分并形成穩(wěn)定的顆粒，對乳化劑的選擇變得十分重要。而粒徑和乳化劑也同樣會影響瀝青乳液的加工性能和存儲穩(wěn)定性。

乳化劑分子附著在瀝青顆粒的表面，使這些顆粒具有均勻的電荷。這導致顆粒間的靜電斥力，從而阻止乳液顆粒在運輸和儲存過程中固化。根據(jù)電荷(正電荷或負電荷)的不同，可以將其分為陽離子或陰離子的瀝青乳液。瀝青乳液的應用取決于其電荷、瀝青質量分數(shù)、乳化劑、水以及瀝青乳液的粒徑（2）。

實驗

實驗中選取四種不同的瀝青乳液(樣品1 - 4)，固含量均為63%。實驗分別研究了樣品的粒徑、電位及流變行為。

• 電位

zeta電位的測量采用安東帕Litesizer 500。樣品經水稀釋，pH 為8.6±0.2。實驗中對電位的測量采用?樣品池，分別對樣品進行三次系列測試。

Litesizer 500

• 粒徑

粒徑分布(PSD)采用安東帕PSA 1090 L測定。實驗設置為三次系列測量，水為流動相。樣品分散不需要超聲處理，攪拌和泵速分別設置為中速，遮光度設為10%，并采用夫瑯和費近似理論對粒度分布進行計算。

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流變行為

為了表征瀝青乳狀液的流變特性，采用Anton Paar公司的流變儀及其平板測量系統(tǒng)PP25對樣品進行測試。實驗中，對每個樣品在25°C下的流變曲線和振幅掃描進行測量。流變曲線的剪切速率范圍為0.01~100s -1，時間范圍為100s~1秒。振幅掃描的角頻率為10 rad / s，形變范圍為0.01~100% 。

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結果與討論

?zeta電位對穩(wěn)定性的評估

通過對瀝青乳液zeta電位的表征，可得到樣品穩(wěn)定性的相關信息。zeta電位值越高，體系越穩(wěn)定。實驗中的所有樣品zeta電位均為負值，說明瀝青乳狀液為陰離子型。如表1所示。這說明熱處理對瀝青乳狀液的穩(wěn)定性沒有影響。

樣品加工性能的表征

實驗中，對樣品1和樣品2的加工性能進行了比較。樣品1比樣品2的粒徑分布更寬，同時包含了大顆粒和小顆粒(圖1)。兩個樣品的D90值差異明顯（表2）。

圖2顯示了樣品的剪切速率粘度函數(shù)。樣品1的小顆粒含量較少，與樣品2（小顆粒含量較多）相比其表面積較小。較小的表面積說明顆粒和液體之間較小的界面，導致兩相之間的摩擦力和相互作用力較小。從而造成較低的粘度，如圖2所示。

樣品的屈服應力也不同。樣品1 (2.33 Pa)顆粒較大(圖3)，其屈服應力低于樣品2 (15.99 Pa)。

質量控制

瀝青配方及工藝參數(shù)對其最終產品的粘度均有影響，為了控制產品的粘度，可在生產過程中對工藝參數(shù)進行監(jiān)測。例如，樣品3和樣品4在粘度上沒有差異，但在加工后表現(xiàn)出不同的流變特性（圖4）。

樣品3的屈服應力為31.78 Pa，高于樣品4的22.63 Pa。此外，樣品3的損耗模量G”更高，這意味著它比樣品4的粘性更大(圖5)。

這些結果表明，瀝青乳液樣品的界面性質不同，可通過測量粒度分布來實現(xiàn)質量控制。表3和圖6匯總了各個樣品的粒徑結果。

結論及參考文獻

結論

實驗展示了粒徑對不同瀝青乳液流變性能的影響。一般認為，瀝青乳液的穩(wěn)定性很好，同時具有以下特性：

• 粒徑越小，粘度越大

• 粒徑分布越寬，粘度越小

• 具有混合粒徑的瀝青乳液，比只有單一粒徑的瀝青乳液粘度更低

• 粒徑分布影響樣品的粘彈行為和屈服點

利用現(xiàn)代測量技術，有利于開發(fā)出黏度相對較低但固體含量較高的高穩(wěn)定性瀝青乳液。瀝青乳液的屈服應力和粒徑分布影響著瀝青乳液的應用性能，因此對這些參數(shù)的分析具有重要的意

參考文獻