一.乳化沥青是将沥青热融,经过机械的作用(剪切或研磨),沥青以细小的微滴状态分散于含有乳化剂的水溶液中,形成水包油状的沥青乳液,这种乳液在常温下呈液体。
  在众多的道路建设应用中,乳化沥青提供了一种比热沥青更为安全、节能和环保的系统,因为这种工艺避免了高温操作、加热和有害排放。
 
二.乳化沥青品种及适用范围
 
三.乳化剂的筛选
  阴离子乳化沥青中的沥青微粒表面带有阴离子电荷,阳离子乳化沥青微粒带阳离子电荷,一般湿润的矿料表面普遍带有阴离子电荷。我们可以得出乳化沥青选择的原则:在沥青路面的施工中,阳离子型乳化沥青能够增强与矿料表面的粘结能力,提高路面的早期强度,故阳离子型乳化沥青为首选品种。当然,阴离子型乳化沥青也有其价格便宜、与碱性材料有着良好的粘附性的特点,为了降低施工成本,也可使用阴离子型乳化沥青。非离子型乳化沥青,因其乳化力强,价格较低,正在被越来越多的乳化沥青厂家采用。在用于透层油施工时,其长处是价格低,渗透深度较大,缺点是贮存稳定相较差,粘附性能亦较差。
  有时,在高速公路的透层油施工中,业主会对透层油的高温性能提出要求,比如透层油残留物的软化点要求不低于60℃,这时普通的乳化沥青满足不了要求,必须选择改性乳化沥青。
 
四.分析影响乳化沥青稳定性的因素
1.乳化设备的影响
  衡量乳化沥青质量的一项重要指标是沥青微粒的均细化程度。均细化程度越高,乳化沥青的使用性能及贮存稳定性越好。均细化程度的高低与生产乳化沥青所用的核心设备----乳化机有直接关系,它是乳化设备的心脏。用乳化机破碎、分散沥青液相的过程是一个很复杂的力学作用过程,一般都是利用剪切、挤压、摩擦、冲击和膨胀扩散等作用完成沥青液相的粉碎分散,其性能的优劣对乳液的质量和稳定性有重要影响。目前,应用于沥青乳化的设备主要有三类。按照生产乳化沥青均细化程度由高到低的顺序依次为:胶体磨类乳化机、均化器类乳化机、搅拌式乳化机。因而,在购置乳化设备时应选择均细化程度高的乳化机,保证乳化沥青的生产质量和稳定性。
2、乳化剂对稳定性的影响
  乳化剂的种类、乳化剂的浓度以及影响乳化剂乳化作用的各种因素都会影响乳化沥青的稳定性。乳化剂本身就有快裂、中裂、慢裂三种类型。制备的乳化沥青也相应的分为快裂、中裂、慢裂三种。它们的稳定性逐次增强。用相同的乳化剂制备乳化沥青,由于所用乳化剂用量的不同,在一定程度上也影响乳化沥青的稳定性。随着乳化剂用量的增加,沥青微粒变小,沉降速度减慢,沥青微粒间的电位值增加,乳液的粘度升高,贮存的沉降值降低,进而乳液的质量和稳定性提高。但是,当乳化剂增加到一定量后,其稳定性不再发生明显的变化。因而,正确选择乳化剂适宜的用量范围,既保证了乳化液的质量和稳定性,又不造成经济上的浪费。
3、基质沥青影响
  基质沥青是乳化沥青最基本的成分之一,占总量的50%-70%。路用乳化沥青大多选用针入度为100-250(0.1mm)基质沥青。基质沥青的针入度,组成和化学结构对其乳化的难易有较大的影响。通常饱和分子含量高和酸值低的基质沥青较难乳化,要求乳化剂具有较长的烷基链。基质沥青的含量可以改变乳化沥青的粘度和其他性能,其含量越高,乳液的粘度越大,储存稳定性越好。
4、PH值影响
  乳液的PH值与其乳化稳定性和储存稳定性关系密切,不同类型乳化剂适应PH值范围不同,阴离子型乳化沥青需加入碱性化合物,如NaOH、KOH等,将乳液的PH值调节到10-12。对于胺型乳化剂水溶液,必须添加无机酸或有机酸才能溶于水。这是因为胺类化合物作为沥青乳化剂时必须先转化成胺盐,用不同的酸调整PH值,就能得到不同的HLB值(亲水亲油平衡值)的胺盐类沥青乳化剂,其最佳PH值在3-5之间。使用季胺盐类乳化剂时,添加无机酸或有机酸,可以增强乳化剂的活性,在提高乳化沥青的乳化稳定性和储存稳定性的同时,可以降低乳化剂的用量;用季胺盐类乳化剂制备乳化沥青时,其乳液的最佳PH值为5-6。
5、温度的影响
  沥青和水的温度是比较重要的工艺参数,温度过高或过低都将影响沥青的乳化效果。温度低了,流动性不好,过高,不仅消耗能源,增加成本,而且还会使水汽化,导致乳液的浓度变化,即沥青同水的比例发生变化,同时产生大量的气泡,降低产品质量,乳化沥青的稳定性下降。此外,对于非离子型乳化剂,随着温度升高,氢链逐渐被破坏,其亲水性下降,尤其是接近乳化剂的“浊点”时,乳液的稳定性明显下降。一般来说,沥青和水混合后的平均温度(即乳液温度)控制在80℃-70℃以下为好。
6、储存温度
  乳化沥青随着储存温度的升高,其稳定性越来越差,甚至会结团(块),这是由于乳液的水分不断蒸发,温度越高,蒸发的越快。尤以表层水分散失严重,明显改变油水比,使得表层破乳结皮,从而分层结团,内部乳液在较高温度下,沥青微粒布朗运动加快,微粒与微粒之间的碰撞机会增多,少部分乳液破乳,致使油水分离,从而影响产品质量。因此,产品生产出来后,要尽快将将乳液温度降下来,避免影响产品的储存稳定性。
7、机械作用
  在乳液存放,运转过程中的泵送、转移,以及在应用过程中的混合、处理等都会使乳液受到各种形式的机械剪切作用。这会给予沥青微粒相当大的能量,当这个能量超过了聚结活化能时,沥青微粒就会越过势能屏障,使乳液失去稳定性而发生凝聚。它会给乳液的生产、各种处理及应用带来困难,尤其是在需要直接利用乳液的场合,凝聚的结果就使其失去了使用价值。
8、冻结及溶化
  当乳液遇到低温条件时就会发生冻结,冻结和消融会影响乳液的稳定性。冻结的乳液消融之后,轻则造成乳液表面粘度升高,重则造成乳液的凝聚。故在运输或存放过程中应注意防冻。冻结之所以会影响乳液的稳定性,是因为水结冰后要发生膨胀,对聚集在冰晶之间的沥青微粒产生巨大的压力迫使其相互接近,最终聚结在一起。最常用的防冻措施是向乳液中加入防冻剂。最常用的防冻剂有甲醇、乙二醇及甘油等,这些物质可降低乳液的冻结温度。
9、长期放置的影响
  乳液在长期放置过程中由于布朗运动会发生沥青微粒之间的碰撞而导致凝聚。同时,由于重力的作用也会导致沥青微粒的沉降或升浮,而形成凝聚层。无论乳液具有多么高的稳定性,在长期放置过程中终将不可避免的形成不可逆的凝聚体而遭破乳。所以,对于乳液应规定存放期限。实践证明,乳液放置稳定性与沥青微粒的大小,体系粘度及环境条件等因素有关。
  综上所述,乳化沥青是一种热力学不稳定体系,稳定性只是相对而言的,沥青乳液的破坏终究会发生,通过分析影响乳液稳定性的因素,意在乳液生产、储存、运转、使用过程中,尽量避开这些不利因素,保持乳液的相对稳定性。
 
五.乳化沥青工艺流程
工艺流程 
沥青被乳化的基本条件是:沥青在热熔状态同掺配乳化剂的水溶液混合,经过乳化机的作用,以细小微粒状态分布于含的水溶液中,成水包油的乳化液即被乳化。 
一 准备
1.先将选定的石油沥青加热脱水,滤去杂物后泵入容量为沥青罐中保持温度在125℃--140℃。
2.将乳化液掺配加温罐中加入符合水质要求的水,同时加温,检查罐内水温控制在50℃--70℃。将计量好的乳化剂加入乳液罐中,如果需要加稳定剂可以同乳化剂一起加入,开动搅拌机,使乳化剂完全溶于水中,待用。
3.加温:凡是有沥青经过的管路都要加温100℃左右。沥青泵和乳化机要预热。
 说明:上面是生产准备阶段,相对重要的工作是温度控制,要经常观察,温度过高或过低 将 影响沥青的乳化效果。温度过低,沥青的流动性不好,易堵塞;温度过高,又易使水气化而 无法生产,一般设备调节温度的方法是手动打开或关闭闸阀控制导热油的通断。
通过电气箱点动每台电机,确认可以运转后,开始生产。
二 开机生产
1.打开沥青出口阀门,打开乳化剂水溶液掺配罐出口阀门。
2.启动乳化机,同时乳化机不要加温,关闭供热源(导油或蒸汽)。
3.启动乳化液齿轮泵,调整至设定电机转速。
4.启动沥青齿轮泵,调整至设定电机转速。
5.调节乳化机定子、转子间隙,一般来说,沥青颗粒越细越好,考虑到乳化机寿命和耗电,则根据负荷来确定,在调节时观察电动机听声音,特为设了一只电流表,电流值应小于29A。在生产过程中,随着温度的上升,机体会膨胀,有可能要重新调节间隙(一般乳化机定子、转子间隙出厂已调好)。
6.启动成品输送泵,将成品输送到指定位置。
三 检验
通过检验乳化沥青油水比,来调节乳化液泵和沥青泵转速。在生产过程中,化验员要定时做油水比试样检验,因为筑路用的是沥青而不是水,水分含量高达即不到设计要求又增加运输费;而沥青含量过高会影响乳化(即油包水),沥青颗粒度会增大,容易结块沉淀。参照各种乳化沥青配比经验,油水比在5:5到4:6之间。 
参照乳化石油沥青技术标准,通过蒸发残留物含量试验检测乳化沥青加热脱水后残留沥青含量即油水比。
四.停机步骤
1. 先停调速沥青泵;  
2. 用乳化液冲洗过胶体磨,再停调速乳化液泵;
3.停乳化机和输送泵;  
4.切断整套设备电源。
五、维修与保养
1、乳化机和输送泵及其他电机、搅拌器、阀门,应及时按其出厂说明书的规定日期进行保养。
2、每班工作结束后,应清洗乳化机,没有保温设施和防腐设施的乳化设备,还应清洗沥青泵、乳化剂、水溶液泵以及管道。
3、沥青乳化机应定期检查其定子与转子的配合间隙,当不能达到规定的最小间隙时应考虑更换定子和转子。
4、用于控制流量的调整泵,应定期检查其精度,并及时进行调整和维护。
5、定期检查电控柜中的接线柱是否松动,电线在装运时是否磨损,及时消除灰尘,避免损坏机件。
6、设备长期停用,应放净罐中以及管道中的残留液体,各个孔盖要盖紧,保持清洁,各运动部件加注润滑油。
7、室外温度出现低于-5℃的地区,乳化沥青成品罐不应存放乳沥,应及时排净,以免造成乳化沥青破乳和冻结。

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