溶剂法制备冷拌乳化沥青混合料的合成与性能

第２期（总第１０７期）　

２０　１４—０６—２５　市政设施管理　

Ｓｈｉｚｈｅｎｇ　Ｓｈｅｓｈｉ　Ｇｕａｍ　ｉ　工作研究　

溶剂法制备冷拌乳化沥青混合料的合成与性能　

口权惠文　刘大勇　丁银萍　栾丽娜　

［摘要］　“溶剂法制备冷拌乳化沥青混合料”研究，兼顾了稀释法和乳化法的技术特点。研究过程以及对试验段路　

用性能的钻芯取样检测，表明其具有工艺简单、能耗较小、低毒环保、降低成本的优点。可在完全符合相关质量标准要求的　

前提下，使生产的冷拌混合料具有较长的储存期，是一种新型的道路坑槽修补、路面养护材料。　

［关键词］　溶剂法　乳化沥青　基质沥青冷拌沥青混合料道路坑槽修补　

道路修建工作历来属于一种能源高消耗，环境　

高污染的职业。近年来随着社会发展，人们的环境　

意识不断增强，对道路材料的环保要求也越来越高。　

通过对国内外材料对比分析，研究提出一种以　

水作为稀释剂代替大部份溶剂、生产具有可长期储　

存的冷拌乳化沥青混合料。目的是有效降低冷拌沥　青混合料中稀释剂的含量，达到节能减排、保护环　

境、方便道路养护的目的。　

１冷拌沥青混合料综述　

冷拌沥青混合料是沥青路面材料的一项重要发　

明，它克服了热拌沥青混合料在施工中所受到的季　

节、天气、温度等影响，可广泛应用于道路、桥梁　

路面，停车场、机场跑道等修补工程。　

目前生产的冷拌沥青混合料绝大多数采用稀释　

沥青法，其组分中不可避免地出现大量的稀释剂，　

如柴油、煤油、丙酮、二甲苯等，这些有机溶剂对　

人、环境有一定的危害，不利于当前社会所提倡的　

环保要求。同时，由于采用大量有机溶剂，冷拌沥　

青混合料的生产成本较高，通常是热拌沥青混合料　

的２～３倍，因此也不利于施工企业增产节约的发展　

要求。　还有一些国家依然采用乳化沥青生产冷拌沥青　

混合料　，如南非的ＥＴＢｓ（乳化沥青处理基层）和　

ＳＭｓ（稀浆马克当碎石）以及法国、爱尔兰的　

ＧＲＡＶＥ－ＥＭＵＬＳＩＯＮ，这种冷拌沥青混合料完全采用水　

剂代替溶剂作为稀释沥青的方法具有很高的环保价　

值，同时其生产成本较热拌沥青混合料低４０％，因　

此也得到了人们的重视。但是这种乳化沥青混合料　

不具备长期储存的能力（一般只可持续数小时），不　

能像稀释法生产的冷拌沥青混合料那样，具有一次　

性生产、长期储存（一般可达六个月以上）且随用　

随取的特点，同时，也不能在雨季中施工使用。这　

些弊端注定了乳化沥青混合料不能作为道路坑槽修　

补、养护的路面材料来使用。　现研究提出用“溶剂法制备冷拌乳化沥青混合　

料”的方法，兼顾了稀释法和乳化法生产冷拌沥青　

混合料的技术优点，其最突出的技术特点是采用水　

作为溶剂代替大部分的有机溶剂，有效降低了冷拌　

沥青混合料中有机溶剂的含量，与当前稀释法生产　

的冷拌沥青混合料相比，有机溶剂的含量可降低　

８０％以上。通过对少量的有机溶剂进行乳化处理，　

使有机溶剂以油包水的形态附着于沥青表面之上，　

使沥青在密封的条件下始终保持湿润的状态，从而　

保证了制备的混合料具有长期的储存性。　

２溶剂法乳化沥青冷拌混合料合成原理　

２．１溶剂法原理　

溶剂法生产乳化树脂涂料是目前最为广泛的生　产方法，其工艺首先使用溶剂将高分子聚合物稀释　

降黏，而后采用强制乳化技术制成乳化树脂涂料。　

这种方法的好处是工艺简单、能耗较小、低毒环保、　

降低成本，还原后的树脂涂料兼备了纯溶剂树脂涂　

料的特点，漆膜的机械强度高，耐乳化好。最具代　

表性的案例就是丙酮法制备乳化聚氨酯涂料的生产　

工艺　。　在上述技术背景下，研究采用乳化溶剂的方式　与乳化沥青混合料进行拌合，仅使混合料表面的乳　

化沥青与乳化的溶剂结合，最终使每一粒混合料表　面形成ｗ／ｏ的分子排列形态。为了达到这种效果，　

乳化剂的选择是本技术的关键所在：首先制备乳化　

溶剂需采用ＨＬＢ值较小的复合型表面活性剂，目的　在于使溶剂乳液形成ｗ／ｏ的分子排列形态。其次乳　

化沥青需采用ＨＬＢ值近似于８的复合型乳化剂进行　

乳化。科研组采用自行研发的ＨＬＢ值为８．３的ＬＲ一１　型三元两性乳化剂与基质沥青进行熔融分散式搅拌　

乳化，形成ｏ／ｗ型乳液。在两种不同类型乳液相接　

触的过程中添加电荷调节液，通过电子迁移作用，　

使溶剂乳液的电位产生偏移，乳液中的亲水相向外　

扩张，使亲油相即溶剂与沥青结合；通过强制搅拌　第２期（总第１０７期）　

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溶剂法制备冷拌乳化沥青混合料的合成与性能　Ｓｈｉｚｈｅｎｇ　Ｓｈｅｓｈｉ　Ｇｕａｎｌｉ　

使溶剂进一步与沥青发生溶解作用。同时，沥青乳　

液中亲水相与石料通过电荷作用紧密结合，外相溶　解后的沥青将石料表面的乳化沥青完全密封。这种　

双层保湿作用在相对密封的环境中，可达到乳化沥　

青混合料的长期储存性要求。在使用过程中，由于　混合料沥青受到溶剂的溶解作用使表面柔软，可通　

过挤压作用将集料表面乳化沥青中的水分迅速排　

除，形成冷拌料即时成型的技术特性，达到与稀释　沥青混合料同样的路用效果。　

２．２合成路线　

（１）试验原材料。溶剂采用１０＃重质柴油，　沥青乳化剂采用自主研发的ＬＩ卜１型三元两性表面　

活性剂，电荷调节剂，ＬＢ一１３型冷拌沥青混合料（级　

配进行试验，沥青采用盘锦９０＃基质沥青）。　（２）合成方法。①以搅拌法生产含量为７０％　

的重质柴油乳液。②以熔融分散式搅拌法生产含量　

为６５％～８０％的沥青乳液。③制备电荷调节剂为　２　～４　含量的溶液。④将ＬＢ一１３型集料和按集料　

的重量比加入２％～４％的电荷调节液，搅拌５　Ｓ。　

⑤加入集料的重量比４％～６％乳化沥青，搅拌３０　Ｓ。　

⑥加入集料的重量比０．２％～０．５％的乳化重质柴　油，搅拌２０　Ｓ。⑦合成出料。　

３性能试验　

３．１储存性能实验　参考北京交通科学研究院对冷拌沥青混合料长　

期储存性能试验方法，制备乳化沥青冷拌混合料、有　

机溶剂稀释冷拌混合料及溶剂法乳化沥青冷拌混合　料进行储存性比较（表１）。取包装室外遮阳储存６　

个月的三种冷拌料各２　分别放置在４００×４００（咖）　

盘中，厚度不超过５０　ｍｍ，用铁铲拌合，要求铲子　能很容易插入试样，若拌合容易，则表示拌合性能　

良好。经综合比较，得出以下结论。　

（１）乳化沥青冷拌混合料。依据《公路工程沥　青及其沥青混合料试验规程》（ＪＴＧ　Ｅ２Ｏ一２０１１）的　

规定，混合料摊铺要求在乳化沥青破乳前完成，在　

拌合及摊铺过程中已破乳的混合料应予废弃。由于　乳化沥青破乳时间较短（最多数小时），长时间存储　

后，沥青破乳析出造成混合料结块，不可再分散，　无法使用。乳化沥青冷拌技术不具有长期存储能力，　

使之在使用中受到很大制约。　

（２）溶剂稀释冷拌沥青混合料。在密闭包装中，　

溶剂不易挥发。由于体系中存在大量有机溶剂，降　低了沥青黏度，此种混合料虽具有长期存储性，但　

在生产及使用中，存在污染环境及安全等隐患。　

（３）溶剂法制备的乳化沥青冷拌混合料。是以　

乳化沥青冷拌技术作为基础，在体系中加入少量溶　剂乳液，既具有乳化技术安全环保性，又具有溶剂　

技术长期储存性特点。在存储时会出现少量结块，　

８　在多次拌合后，结块可以分散，不影响使用性能。　

表１　三种冷拌料样品储存性比较　

３．２粘附性实验　

根据ＪＴＧ　Ｅ２０－－２０１　１规程中Ｔ０６５４—２０１１方法　

对三种冷拌沥青混合料样品做乳化沥青与粗集料表　

面粘附性试验（表２），以评定粗集料的抗水剥离能　

力。从试验效果可以看出：　

（１）乳化沥青与溶剂法乳化沥青制备出冷拌料　

的骨料粘附性要优于溶剂稀释沥青。　

（２）从有机溶剂含量看，溶剂稀释法含量最多，　

溶剂法乳化沥青含量较少，乳化沥青不含有机溶剂。　

有机溶剂含量越大，对沥青粘附性破坏越大。　

（３）溶剂法乳化沥青冷拌料的有机溶剂既可满　

足长时间储存性要求，又不严重影响沥青粘附性，　

从而保证了使用性能。　

表２三种冷拌料样品粘附性试验　

３．３马歇尔实验　

按三种技术制备样品，每组各取三块，每块称　

取１１８０　ｇ，分别将样品在常温下装入试模中，双面　

各击实５０次，连同试模一起以侧面竖立方式置于　

１１０℃烘箱中养生２４　ｈ，取出后再双面各击实２５次，　

之后连同试模在室温中竖立放置２４　ｈ，脱模后在　

６０℃恒温水槽中养生３０　ｍｉｎ，然后进行马歇尔试验　

（表３）。马歇尔稳定度Ｍｓ参照《公路沥青路面施　

工技术规范》（ＪＴＧ　Ｆ４０—２００４）中其他等级公路要　

求不小于５　ｌ（Ｎ。从稳定度试验数据可以看到：　

（１）乳化沥青冷拌料稳定度最好，乳化沥青破　

乳还原后，以纯沥青状态出现，对路用性能几乎没　

有影响。　

（１２）溶剂稀释沥青冷拌料拌稳定度不合格。此　

种混合料中溶剂残留量大，造成沥青性能降低，在　

刚使用时，强度较低，随着溶剂挥发，强度逐渐增　

强。同时使用场所周围会有刺激性气味，环境友好　

性较差。　

（３）溶剂法乳化沥青冷拌料稳定度较乳化沥青　

冷拌法为低，但满足规范要求。说明在严格控制有　

机溶剂添加量的同时，可以做到储存性与环保安全　第２期（总第１０７期）　

２０１４—０６—２５　权惠文刘大勇丁银萍栾丽娜：　市政设施管理　溶剂法制备冷拌乳化沥青混合料的合成与性能　Ｓｈｉｚｈｅｎｇ　Ｓｈｅｓｈｉ　Ｇｕａｍｉ　

性兼备。　表３三种冷拌料样品马歇尔试验　

项目　样品序号稳定度（ｋＮ）　结论　

４路用性能试验　

４．１芯样马歇尔实验　

在三种技术混合料试验路段铺设１个月后钻芯　

取样，每种技术路段各取三个芯样，做芯样马歇尔　试验，检测各材料的路用性能（表４）。关于马歇尔　

稳定度ＭＳ，参照ＪＴＧ　Ｆ４０—２００４规范规定，要求不　

小于５　ｋＮ。路面芯样马歇尔试验数据表明：　

（１）乳化沥青冷拌料与溶剂法乳化沥青冷拌料　

芯样稳定度均合格；乳化沥青冷拌稳定度与实验室　标准试验稳定度变化不大。　

（２）溶剂稀释冷拌料强度增幅最大，但试件仍　

有不合格。　

（３）溶剂法乳化沥青冷拌料芯样稳定度比实验　室阶段有所增加。　表４三种冷拌料试铺后芯样马歇尔试验　

４．２残留沥青含量实验　采用燃烧炉法测定试验路段的芯样沥青含量　

（表５）。三种技术试验路段铺设的混合料含油量均　

以生产含油量４．２ｌ计算，后期通过钻芯取样测量含　油量变化情况。通过对比可以看到：　

（１）乳化沥青冷拌料残留量最少，在沥青中残　

留少量水，对路用性能影响较小。　

（２）溶剂稀释冷拌料残留物含量最大，说明溶　

剂在使用中挥发缓慢并长期存在，对沥青性能影响　

时间较长，早期破坏情况较多。　

（３）溶剂法乳化沥青冷拌料残留少量水分和有　

机溶剂，对沥青路用性能影响不明显，冷拌料路用　

性能较接近乳化沥青冷拌料。　

表５三种冷拌料试铺后芯样含油量及残留物含量　

４．３筛分试验　

三种技术试验路段采用的冷拌料配合比均为　

ＬＢ－１３型，试验路段取芯样检测级配情况（表６）均　

在规范要求的范围之内。　

５结语　

众所周知，在道路材料的生产和道路修建过程　

中，不可避免地会出现大量有毒有害气体和粉尘。　

随国民环保意识的增强和行业科技进步，许多道路　

科研工作者，围绕如何降低道路材料在生产和使用　

过程中出现的污染物问题，研究创新了诸如温拌沥　

青混合料，稀浆封层，超薄罩面等多种环保型道路　

材料和施工工艺。“溶剂法制备冷拌乳化沥青混合　

料”是一种新型的道路养护修补材料，在顺应环保　

主流前提下，既完全符合相关质量标准的要求，又