杜雪洁 王 欢 冯新宇 谭明忠
(长安大学，陕西 西安 710064)
1981年交通部组织成立了“阳离子乳化沥青及其路用性能研究”课题协作组，开始对该项目进行研究。该课题于1985年基本完成，解决了一系列的技术难题。由于阳离子乳化沥青有着节约能源、保护环境、延长施工季节等优势，而得到广大筑路部门广泛应用［1］。在实际应用中，乳化沥青能否稳定存在，将会严重影响乳化沥青的生产、储存和使用。因此，乳液稳定性的好坏是评价乳化沥青性能的关键性指标。影响阳离子乳化沥青的储存稳定性的因素很多，有生产设备、乳化温度、乳化剂等。但是，目前对于皂液pH值对阳离子乳化沥青的研究较少，课题组通过理论与试验相结合的方法探讨皂液pH值对阳离子乳化沥青稳定性的影响。
乳化沥青的稳定性取决于粒子间的相互作用，只有分散的沥青微粒之间具有相当大的排斥力，足以抵消沥青微粒之间的范德华力和布朗运动引起的碰撞，并能抵消重力作用引起的沉降作用时才能稳定的存在。
1 阳离子乳化沥青稳定机理
根据胶体溶液的定义［2］，阳离子乳化沥青乳液属于胶体溶液。胶体溶液的不稳定主要表现在微粒之间相互碰撞聚沉。DLVO稳定理论［2-4］认为，颗粒之间的相互作用是颗粒之间吸引力和排斥力叠加的结果，当二面或二粒接近时，有静电造成的斥力和分子间造成的吸引力。排斥力越大，则微粒之间就越不容易发生碰撞聚沉，乳液就越稳定。质点间的总势能Φ为吸引能ΦA和排斥能ΦB之和。
其中，A为Hamarker常数;a为胶体微粒半径;d为两微粒间的距离。
其中，D为介电常数;Φ为双电层电位;1/k为扩散层厚度。
吸引能公式表明:微粒半径越大，吸引力越大;微粒间的距离越大，引力越小。排斥能公式表明:微粒半径越大，排斥力越大;双电层电位越大，排斥力越大;扩散层厚度越大，排斥力越大;微粒间的距离越大，排斥力越小。乳化剂溶于水后发生离解，当亲水基吸附于沥青时，使沥青微滴带有正电荷，此时在沥青—水界面上形成扩散双电位，水—沥青体系成为稳定体系［5］。乳液中的沥青微粒的双电层电位与乳液的pH值有关。
2 试验
2.1 原材料性能检测
试验采用重交90号基质沥青，其性能检测结果如表1所示。
表1 重交90号基质沥青性能检测结果
乳化剂采用慢裂快凝沥青乳化剂kzw-801U乳化剂。
采用盐酸35%调节pH值。
2.2 实验安排
采用kzw-801U慢裂快凝乳化剂对重交90号基质沥青进行乳化。加入盐酸调节皂液的pH值，用酸度计检测。1)乳化剂用量在1.4%和1.2%时，在不同pH值皂液中乳化后，检测1 d储存稳定性;2)乳化剂的用量为1.4%时，改变皂液的pH值，检测筛上剩余量。沥青用量都为60%。
2.3 结果与讨论
由图1可以看出，kzw-801U慢裂快凝乳化剂对重交90号基质沥青乳化效果，当乳化剂用量为1.4%时，皂液pH值小于3，筛上剩余量满足要求;当乳化剂用量为1.2%时，皂液pH值小于2，筛上剩余量满足要求。因此，乳化效果与乳化剂的用量和皂液pH值的大小有关。当乳化剂用量相同时，pH值越小，筛上剩余量越小。说明降低pH值有增强乳化效果的作用。筛上剩余量相同时，pH值越小，乳化剂用量越少。说明降低pH值可以提高乳化剂活性，节约乳化剂用量。
图1 筛上剩余量
由图2可以看出，当乳液的pH值在2～6范围内，随着pH值的降低，阳离子乳化沥青乳液稳定性提高。当pH值继续减小到1时，稳定性变差。说明:在一定范围内，调小pH值可以提高乳液的储存稳定性。pH值减小的过程，是氢离子浓度增加的过程。一方面，氢离子的加入，改变了乳化剂分子的电离平衡，提高了阳离子乳化沥青溶液中微粒的双电层电位，从而使微粒间的排斥力变大，不容易发生碰撞聚沉，稳定性增强;另一方面，较小的pH值，增强了乳化剂的乳化效果，使乳液中未充分乳化的微粒减少，从而提高乳液的稳定性。但是，pH值过低，反而离子浓度(Cl－)会变得很大，它破坏了双电层，降低双电层电位，从而降低了稳定性。因此pH值应在一个最佳的范围内。
图2 1 d储存稳定（乳化剂用量1.4%）
3 结语
1)分析了阳离子乳化沥青乳液稳定剂机理，乳液的不稳定主要表现为微粒间排斥力减小，发生碰撞聚结;2)微粒半径越大、扩散层厚度越大、微粒间距离越大、双电层电位越大，则排斥力越大，从而阳离子乳化沥青乳液越稳定;3)较小皂液的pH值可以提高乳化剂的活性，增强乳化效果，节约乳化剂用量;4)在一定范围内降低皂液pH值，阳离子乳化沥青乳液稳定性提高，酸度过低，则稳定性减弱。
［1］交通部阳离子乳化沥青课题协作组.阳离子乳化沥青路面［M］.北京:人民交通出版社，1997.
［2］江 龙.胶体化学概论［M］.北京:科学出版社，2002.
［3］DcrjaguinBV，LangauLP，ActaPhysicochimURSS.14633(1941)［Z］.
［4］贺 华.改性乳化沥青及微表处性能研究［D］.西安:长安大学，2006.
［5］申爱琴.道路工程材料［M］.北京:人民交通出版社，2009.
