乳化沥青
乳化沥青是沥青和乳化剂在一定工艺作用下，生成水包油或油包水(具体谁包谁要看乳化剂的种类)的液态沥青。 乳化沥青是将通常高温使用的道路沥青，经过机械搅拌和化学稳定的方法(乳化)，扩散到水中而液化成常温下粘度很低、流动性很好的一种道路建筑材料。可以常温使用，也可以和冷、潮湿的石料一起使用。
- 中文名 乳化沥青
- 英文名 NoKe
- 别称 沥青乳化
- 水溶性 易溶于水
- 外观 棕黑色液体
简介
乳化沥青分为阳离子乳化沥青、阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青。阳离子乳化沥青的沥青微粒带正电荷，阴离子乳化沥青微粒带负电荷。当阳离子乳化沥青与骨料表面接触时，由于所带电荷不同，产生异性相吸，两者在有水膜的情况下能使沥青微粒裹覆在骨料表面，仍能很好吸附结合。因而在阴湿、低温情况下(5℃以上)仍可以施工。但阴离子乳化沥青正好相反，它与潮湿骨料表面都带负电荷，使其产生同性相斥，沥青微粒不能很快粘附在骨料表面上，若要使沥青微粒裹覆在骨料表面，必须待乳化液中水分蒸发后才行，所以遇上阴湿或低温季节时就难以施工。
当乳化沥青破乳凝固时-- 还原为连续的沥青并且水分完全排除掉，道路材料的最终强度才能形成。
改性乳化沥青是沥青和乳化剂，在和胶乳在一定工艺作用下，产生的液态沥青。改性乳化沥青和乳化沥青就区别于生成时加没加胶乳。
沥青微粒均匀分散在含有乳化剂的水溶液中所得到的稳定的乳液。
组成
乳化沥青主要由沥青、乳化剂、稳定剂和水等组分所组成。
- 沥青。沥青是乳化沥青组成的最主要材料，沥青的质量如何直接关系到乳化沥青的性能。
- 乳化剂。乳化剂是乳化沥青形成的关键材料，其决定乳化沥青的质量。
- 稳定剂。乳化沥青在施工过程中，使乳液具有良好的贮存稳定性。
特点
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。
常温沥青混合料是指在常温下拌合，常温下铺筑的沥青混合料。也可以作冷铺沥青混合料。常温混合料所用的结合料为液体沥青或乳化沥青。为了节约能源，保护环境。乳化沥青混合料是采用乳化沥青与矿料混合料在常温状态下拌合的，经铺筑与压实成型后形成沥青路面，根据矿料的级配类型分为乳化沥青碎石混合料与乳化沥青混凝土混合料。在乳化沥青混合料中，对集料的质量和规格要求与热拌沥青混合料基本相同，乳化沥青碎石混合料的级配可参照热拌沥青混合料AM的级配，乳化沥青混凝土混合料的级配可参照热拌沥青混凝土混合料AC型的级配。
乳化沥青是稀浆封层混合料的粘结材料，其质量的好坏直接影响稀浆封层的质量。
作用
乳化沥青主要用于道路的升级与养护，如石屑封层，还有多种独特的、其它沥青材料不可替代的应用，如冷拌料、稀浆封层。乳化沥青亦可用于新建道路施工，如粘层油、透层油等。
设备分类
按生产流程
乳化沥青设备按照工艺流程分类，可以分为间歇作业式、半连续作业式、连续作业式三种。间歇式改性乳化沥青生产设备，生产时将乳化剂、酸、水、和胶乳改性剂等在皂液掺配罐中掺配，然后将其与沥青泵送到胶体磨中。一罐皂液用完后再配置皂液，然后再进行下一罐的生产。当用于改性乳化沥青生产时，根据改性工艺的不同，胶乳管道既可以连接在胶体磨前也可以连接到胶体磨后，或者没有专用的胶乳管道，而是手工将规定剂量的胶乳惨加到皂液罐中。
半连续式乳化沥青生产设备，实际上是将间歇式的乳化沥青设备多配备了皂液掺配罐，从而可以交替掺配皂液，保证不间断的将皂液送入胶体磨。目前，国内相当数量的乳化沥青生产设备属于这种类型。连续式乳化沥青生产设备，将乳化剂、水、酸、胶乳改性剂、沥青等分别用计量泵直接泵送到胶体磨中。皂液的掺配是在输送管道中完成的。
按设备配置
按照设备的配置、布局和机动性，沥青乳化设备可以分为移动式、可搬移式和固定式三种。
移动式乳化沥青设备是将乳化剂掺配装置、乳化机、沥青泵、控制系统等固定在一个专用的托式底盘上。由于可以随时转移生产地点，它适用于工程分散、用量少、频繁移动的施工现场乳化沥青制备。
可搬移式乳化沥青设备是将各主要总成安装在一个或者两个以上的标准集装箱内，分别装车运输，来实现工地转移，依靠吊装机具快速安装组合成工作状态，这样的设备生产能力有大、中、小型的不同配置。可以满足不同的工程要求。
复配体系
非离子型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。在十二烷基硫酸钠（SDS）中加入少量的十二烷基聚氧乙烯醚（C12E5），能使CMCSDS及γSDS大大降低：当C12E5的摩尔分数达到0.02时，CMCSDS由8×10－3mol/L降到1×10－3mol/L。例如季铵盐类中裂型乳化剂加入烷基聚氧乙烯醚，调节非离子乳化剂的用量，可得到稀浆封层用慢裂快凝型的乳化剂。由于非离子乳化剂的浊点Cp和离子型乳化剂的三相点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。阴阳离子乳化剂的复配一般阴、阳离子乳化剂在水溶液中不能混合，否则会生成沉淀或发生絮凝，活性降低甚至消失。研究发现在一定条件下，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。例如，以物质的量比1:1混合的C8H17N+Me3Br－（CMC=0.26 mol/L，γcmc=41 m N/L）与C8H17SO4Na（CMC=0.13 mol/L，γcmc=42.5 m N/L）体系，CMC、γcmc分别降至7.5×10－3mol/L、23 m N/L。其增效作用来源于正负离子间强烈的相互作用，它使乳液内的乳化剂分子更容易形成胶束，表面吸附层中阴、阳离子的交替排列更为紧密使吸附量增加。尽管阴/阳复配乳化剂体系具有强烈的增效作用，但乳化剂浓度超过体系的CMC后，阴、阳离子由于强烈的静电引力可能发生絮凝或沉淀，现有多种方法来提高复配体系的溶解性：（1）非等摩尔配比复配，以价格较低的阴离子乳化剂为主，配以少量高活性的阳离子乳化剂；（2）降低疏水链的对称性;（3）增大极性亲水基的体积，空间位阻的增加，减少阴、阳离子间的静电引力，使复合体系的溶解性增加；（4）引入聚氧乙烯基，即在离子型乳化剂中引入聚氧乙烯基形成混合型的乳化剂。这有利于降低分子间的电荷密度、减弱阴/阳离子间的引力，同时聚氧乙烯链的弱亲水性也增大了复配体系的溶解度；（5）加入第三活性组分，非离子型乳化剂、两性离子乳化剂和离子型乳化剂有较好的配伍性，所以常用来改善阴/阳离子复配体系的溶解性，并可能获得稀浆封层用的慢裂型乳化沥青。另外，发现用烷基磺酸盐代替烷基硫酸盐也能提高复配体系的溶解能力。并非直接混合就能得到活性很高的复配体系，其制造过程、包裹方法、阴/阳离子乳化剂以及第三活性剂的种类选择都很重要。一般先将阳离子表面活性剂经适当处理后再与阴离子表面活性剂复配使用。利用复合乳化剂的沥青乳液，与石料等基体的粘附性、抗剥落性等有明显的改善。
乳化剂的选择
制备性能优良的乳液，乳化剂的选择很重要。HLB适合的乳化剂不一定是最佳的乳化剂，还要考虑乳化能力、乳化成本及乳化后的性能是否满足要求等。一般常根据经验遵循以下原则：
（1）优先选择离子型乳化剂；
（2）选择与沥青组分中有相近结构的乳化剂；
（3）复合乳化剂的使用往往能达到更好的乳化效果。另外可以根据乳化剂的其它参数进行选择。乳化剂的用量可试用“黄金分割点法”或者“轴线平衡法”结合乳化效果来确定。
助剂及其作用
乳状液是高度分散的体系，比表面的增加不是自发的，分散相有自动聚结的趋势，它属于热力学的不稳定体系。为了提高乳化剂的乳化效果、沥青乳液的稳定性等，常添加HCl、Na OH、Mg Cl2、Ca Cl2、Na2Si O3、EVA、淀粉、酰胺、长链醇等。由Stokes公式可知，减小两相间的密度差小、增加连续相的粘度，可提高乳液的稳定性。例如3%的甲基纤维素可将水的粘度提高近一万倍。为了提高乳化沥青与基体材料的粘结性，常加入2%的消石灰或者0.05%的金属皂作为抗剥离剂。研究表明，碱性氮是抗剥落剂中的重要活性组分。从40年代开始，抗剥落剂主要是以油脂为原料，合成的胺类、酰胺类、季铵盐类含氮阳离子表面活性剂。例如西安公路交通大学的AST液态抗剥落剂等。
添加不同助剂得到的沥青乳液，在改善乳液稳定性、粘度满足施工需要的同时，会对沥青乳液蒸发残留物的物理力学性能有不同程度的影响，所以应该严格控制其加入量。
应用发展方向
随着能源危机的加剧和人们环保意识的增强，以及人们对乳化沥青认识的深入，乳化沥青的用量逐年增加，使用的范围进一步扩大。国内沥青用乳化剂品种单一、种类不全，有效成分较低，产品质量不稳定，对各种沥青的适应性较差，应该在对现有乳化剂复配改性的基础上，努力开发多品种多系列的乳化剂以满足不同的需要。与此相比，国外沥青乳化剂的品种多、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等公司都有几十种乳化剂可供选择。对于乳化沥青的发展，主要集中在如何控制沥青乳液的破乳时间，制备均一稳定的精细乳液等方面。一般乳液中沥青的含量在65%以下，但法国等国家研制出沥青浓度高于70%，甚至高达80%的O/W型乳液。如何进一步拓宽乳化沥青的应用范围，实现乳化沥青的高性能化，是世界各国共同关注的热点之一。例如，对基质沥青进行改性，较好地解决沥青高温易流淌泛油、低温硬脆开裂等不足。另外，阻燃沥青乳液的出现不仅解决了防水问题，而且增大了阻燃效果。