摘 要：
针对高性能乳化沥青施工和易性差的问题，以长期储存稳定性、恩格拉黏度和乳化沥青破乳时间为评价指标，通过室内试验研究了乳化剂类型及掺量、沥青固含量、对改性乳化沥青性能的影响，确定乳化沥青施工和易性的提升方案。研究结果表明，采用 A 型乳化剂，其掺量1.2%，沥青固含量为（A-4）%，同时采用无机盐类助F，其掺量为 0.3%，皂液 pH 值在 1.5~2.5 之间，可得到好提升效果。
关键词：沥青；乳化剂；固含量；助剂；储存稳定性
高性能超强粘结材料是超表处养护技术的重要材料，作为主要的胶结料，其质量直接影响超表处路用性能和使用寿命沥青网sinoasphalt.com。常用的超表处胶结料为改性乳化沥青，与基质沥青相比具有耐高温、抗低温、节能环保等特点 [1-2]。改性乳化沥青与超表面技术的工程需求相结合，要求施工后不粘车轮，并赋予其良好的不粘轮特性，以确保长期维持良好的使用效果。目前学者们在乳化沥青改性方面的研究主要集中在添加剂、聚合物、材料等方面 [3-6]。评估改性乳化沥青质量的一个关键指标是其储存稳定性，影响其稳定性的因素繁多，目前的研究主要集中在乳化剂掺量、制备工艺、酸碱性 [7-9] 等方面。
结合学者们研究，本文以 SBS 改性沥青为研究对象，通过相关性能试验，探究了乳化剂类型及掺量、沥青固含量、无机盐类助剂类型及掺量和乳化沥青皂液 pH 值对乳化沥青的影响，并确定了最佳类型和掺量，在确保其关键性能指标的同时提高了其施工和易性。
1 试验部分
1.1 试验材料
1.1.1 沥青
本研究选用 SBS 改性沥青，检测依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011）[10]，其性能指标见表 1。
1.1.2 乳化剂
针对乳化沥青破乳速度的技术要求，本研究选取了四种国内外较为常用的超快裂乳化剂，见表 2。
1.1.3 助剂
助剂的加入一方面改善了乳化沥青的稳定性，另一方面也增加了乳化沥青黏度，同时减缓了体系的破乳速度。本研究将选取的助剂材料包括无机盐类助剂和皂液，无机盐助剂类型见表 3。
1.2 试验方案
采用不同的乳化剂类型（A、B、C、D）及不同的乳化剂掺量（0.8%、1%、1.2%、1.4%、1.6%）、不同的沥 青 固 含 量（A-12%、A-8%、A-4%、A%、A+4%、A+8%）、不同的助剂类型（E、F）及不同的助剂掺量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）和不同的皂液 pH 值（0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4）制备乳化沥青。试验的主要仪器为高剪切乳化机，制备剪切速度为 8000r/min，剪切时间为 10min，沥青温度为 135~145 ℃，并参照 JTG E20-2011 对所制备的乳化沥青的长期储存稳定性、恩格拉黏度和乳化沥青破乳时间进行测试。
2 结果与讨论
2.1 基于乳化剂的施工和易性提升
2.1.1 乳化剂类型
本研究在乳化剂优选第一阶段以乳化沥青长期储存稳定性要求和恩格拉黏度技术要求，对乳化剂类型进行第一阶段优选。每种配方进行三组重复试验，取其平均值作为最终的试验取值，试验结果如图 1 所示。由图1(a) 可以得出：A 型和 C 型乳化的乳化沥青长期储存稳定性均符合规定值；而 B 型乳化的乳化沥青则未能满足规定标准；D 型乳化剂乳化的乳化沥青在静置 7d 后符合标准，但在循环加热 7 次后的储存稳定性方面不符合标准。由图 1(b) 可以分析得出，A 型、C 型和 D 型乳化剂乳化的乳化沥青恩格拉黏度均符合标准。
结合上述试验结果，在乳化剂优选第二阶段中，将选用 A 型和 C 型乳化剂进行乳化沥青破乳时间关键指标的验证研究，确定乳化剂类型的最终优选材料。每种配方进行三组重复试验，取其平均值为破乳时间的最终取值，试验结果见表 4。由表 4 可以看出：A 型乳化沥青破乳时间为 24s，符合标准中破乳时间 ≤30s 的技术要求；C 型乳化沥青破乳时间达到了 57s，严重超出破乳时间技术指标的要求。因此，本研究将选用阿克苏化工有限公司生产的 A 型乳化剂，作为本次乳化沥青性能提升的乳化剂最终优选材料。
2.1.2 乳化剂掺量
在乳化剂掺量优选第一阶段中，考察 A 型乳化剂掺量为 0.8%、1%、1.2%、1.4% 和 1.6% 时乳化沥青的长期储存稳定性和恩格拉黏度，试验结果如图 2 所示。由图 2(a) 可以得出：当 A 型乳化剂掺量为 1.0% 时，乳化沥青的长期储存稳定性静置 7d 的试验结果为 4.23% 符合规范要求，但循环加热 7 次的储存稳定性试验结果为5.30% 大于规范的要求；当 A 型乳化剂掺量大于 1% 时，静置 7d 和循环加热 7 次的长期储存稳定性试验结果均满足规范要求。由图 2(b) 分析可得：A 型乳化剂掺量逐渐增加时，乳化沥青的恩格拉黏度同样呈现上升的趋势；当 A 型乳化剂掺量达到 1.6% 时，乳化沥青的恩格拉黏度为 7.27，超出了规范的要求。
结合上述试验结果，在乳化剂掺量优选第二阶段中，将选用乳化剂掺量为 1.2% 和 1.4% 的乳化沥青进行破乳时间关键指标的验证研究，确定 A 型乳化剂掺量的最终优选。每种配方进行了三组重复试验，取其平均值作为最终的破乳时间数值，试验结果见表 5。由表 5 可以分析得出：当 A 型乳化剂乳化的掺量为 1.2% 和 1.4% 时，乳化沥青破乳时间分别为 24s 和 41s，其中掺量为 1.2%时的破乳时间符合破乳时间 ≤30s 的技术要求。因此，本研究在乳化剂掺量优选阶段将阿克苏化工有限公司的 A型乳化剂掺量初步定为 1.2%。
2.2 基于沥青固含量的施工和易性提升
本研究将在沥青固含量优选第一阶段，原固含量 A%的基础上，分别考察固含量为（A-12）%（≥50%）、（A-8）%、（A-4）%、A%、（A+4）% 和（A+8）%时乳化沥青的长期储存稳定性和恩格拉黏度变化，试验结果如图 3 所示。由图 3（a）分析得出：乳化沥青长期储存稳定性随着沥青固含量的变化呈现出抛物线的趋势；满足乳化沥青长期储存稳定性的固含量区间为（A-8）% ~（A+4）%；当固含量为（A-4）% 时乳化沥青静置 7d的储存稳定性为 1.63%，循环加热 7 次后的储存稳定性为 2.90%，与其他 5 种固含量相比较均为最好。分析图3（b）可得：乳化沥青的恩格拉黏度随沥青固含量增加而逐渐上升，当沥青固含量在（A-12）% 至 A% 时，乳化沥青恩格拉黏度均符合规范要求，并且呈现出相对平缓的变化趋势；当沥青固含量达到（A+4）% 时，乳化沥青的恩格拉黏度达到了 5.77，约为固含量为 A% 时的两倍左右，同时也超出了规范中 ≤5 的要求。
因此，结合上述试验结果，在沥青固含量优选第二阶段中，将选用沥青固含量为（A-8）%、（A-4）% 和A% 的乳化沥青进行破乳时间关键指标的验证研究，确定沥青固含量的最终优选。每种配方进行三组重复试验，取其平均值为破乳时间的最终取值，试验结果如图 4 所示。
由图 4 可以分析得出：随着沥青固含量的增加，破乳时间呈现减少的趋势；当沥青固含量 ≥（A-4）% 时，乳化沥青的破乳时间技术指标符合规定要求。因此，综合考虑生产难易程度以及生产成本，本研究在沥青固含量的优选阶段，将沥青固含量初步定为（A-4）%。
2.3 基于助剂的施工和易性提升
2.3.1 无机盐类助剂
本研究将考察两种助剂（掺量 0%~0.5%）在 A 型乳化剂、乳化剂掺量 1.2% 以及固含量为（A-4）% 的基础上，对乳化沥青长期储存稳定性的影响程度，并通过恩格拉黏度和破乳时间进行最终优选。
在无机盐类助剂优选第一阶段，以乳化沥青长期储存稳定性要求进行优选，试验结果如图 5 和图 6 所示。
由图 5 可以分析得出：助剂 E 和 F 对乳化沥青长期静置后的储存稳定性均有一定的提升效果；其中助剂 E在掺量达到 0.4%（占比皂液）时，乳化沥青储存稳定性有了显著的变化，从原来的 1.63% 下降至 0.36%；助剂F 在掺量达到 0.3% 时，乳化沥青的储存稳定性下降至0.23%，和助剂 E 的效果相当。
由图 6 可以分析得出：助剂 E 和 F 同样对乳化沥青循环加热后的储存稳定性均有一定的提升效果。与长期静置的效果相似，当助剂 E 的掺量达到 0.4% 时，储存稳定性由原来的 2.90% 下降至 1.27%，并且当掺量继续增加时该乳化沥青的储存稳定性变化不明显，当助剂 F掺量达到 0.3% 时，储存稳定性下降至 0.91%，同时助剂F 当掺量继续增加时储存稳定性趋于平稳。
因此，结合无机盐类助剂对乳化沥青长期储存稳定性的试验结果，在无机盐类助剂优选第二阶段中，将对助剂 E 掺量在 4% 时和助剂 F 掺量在 3% 时的乳化沥青恩格拉黏度和破乳时间进行性能验证，确定无机盐类助剂的最终优选材料，试验结果见表 6。由表 6 可以分析得出：当加入 0.4% 掺量的助剂 E 时，所生产的乳化沥青恩格拉黏度值为 4.31，虽然符合技术指标 ≤5 的要求，但是破乳时间达到了 52.67s，远大于技术指标 ≤30s 的要求；当加入 0.3% 掺量的助剂 F 时，恩格拉黏度仅为 2.48，破乳时间为 26.67 s，均符合技术指标要求。因此，本研究在基于无机盐类助剂的施工和易性提升方案研究阶段将选取锦化化工集团有限公司生产的无机盐类助剂 F 作为提高乳化沥青长期储存稳定性的助剂，其掺量为 0.3%（占比乳化沥青）。
2.3.2 皂液 pH 值
本研究考察了不同的皂液 pH 值对乳化沥青储存稳定性的影响，试验结果如图 7 所示。由图 7 可以分析得出：对于阳离子乳化剂来说，当皂液的 pH 值较小时，乳化剂活性基团质子化程度较高，乳化活性较高，沥青的分散效果较好，同时油水界面上吸附的电荷较多，沥青之间的排斥力较大，乳化沥青的储存稳定性较好；当皂液 pH 值增大时，皂液中的 H+ 离子浓度降低，亲水基团的质子化程度降低，乳化活性降低，储存稳定性变差。
直观地表现为当 pH 值 ≤2.5 时，乳化沥青的乳化效果好，长期储存稳定性均符合规范要求，当 pH 值 ≥4 时，乳化沥青乳化失败。
综上所述，基于皂液 pH 值的储存稳定性提升方法中，结果表明适合乳化沥青能够保证长期储存稳定性皂液 pH值的取值范围为 0.5~2.5。考虑到经济效益的问题，本研究将乳化沥青原料皂液的 pH 值确定为 1.5~2.5。
3 结论
（1）在基于乳化剂的储存稳定性提升方法中，本研究确定了乳化沥青性能提升的乳化剂类型和掺量，乳化剂为阿克苏化工有限公司生产的 A 型乳化剂，其掺量为1.2%（占比乳化沥青整体质量）。
（2）在基于沥青的储存稳定性提升方法中，本研究确定了乳化沥青性能提升的沥青固含量为（A-4）%。
（3）在基于无机盐类助剂的储存稳定性提升方案研究中，本研究确定了乳化沥青性能提升的助剂类型和掺量，为锦化化工集团有限公司生产的无机盐类助剂 F，其掺量为 0.3%（占比乳化沥青整体质量），皂液 pH 值为 1.5~2.5。
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[10] 交通运输部公路科学研究院 . 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 : JTG E20-2011[S]. 北京 : 人民交通出版社 ,2011.
声明：
原创作者：陆生华 1，朱鹏程 1，徐永成 1，张鑫玉 2，1 南京市路桥工程有限公司,江苏南京 211131; 2 河海大学水利水电学院,江苏南京 210098。
