乳化瀝青與稀漿封層

用於公路工程的瀝青材料通常在常溫下一般是一種半固體粘稠狀物質，要在公路工程中應用，就必須使它成為液態，才能用於噴洒或與礦料拌合。

為了使瀝青成為液態，一般有三種方法：1、加熱法；2、用汽油、煤油、柴油等溶劑將石油瀝青稀釋成液體瀝青；3、將瀝青乳化。

乳化瀝青是將粘稠瀝青加熱至流動態，再經過高速離心、攪拌及剪切等機械作用，而形成細小微粒（粒徑約2~5微米），瀝青以細小的微滴狀態分散於含有乳化劑的水溶液中，形成水包油狀的瀝青乳液，由於乳化劑穩定劑的作用而形成均勻穩定的分散系。這種乳狀液在常溫下呈液狀。

乳液包括水包油以及油包水兩種，當連續相為水而不連續相為油時，即為水包油，反之則為油包水。

水包油型乳液中，根據其顆粒的大小，可分為普通乳液和精細乳液。普通乳液顆粒的粒徑一般為1~20um，精細乳液顆粒的粒徑一般為0.01~0.05um。

目前使用廣泛的是熱瀝青，但是熱瀝青需要消耗大量的熱能，特別是大宗的砂石料需要烘烤熱，操作人員施工環境差，勞動強度大。使用乳化瀝青施工時，不需要加熱，可以在常溫下進行噴洒或拌合攤鋪，可以鋪築各種結構的路面。而且乳化瀝青在常溫下就可以自行流動，並且可以根據需要做成不同濃度的乳化瀝青，做灌入式或者透層容易達到所要求的瀝青膜厚度，這是熱瀝青不能達到的。

隨著路網的逐漸完善，低等級道路的升級要求，乳化瀝青的使用量將越來越大；隨著環保意識的增強和能源的逐漸緊張，乳化瀝青占瀝青的比例將越來越高，使用範圍也將越來越廣、質量將越來越好。

乳化瀝青具有無毒、無臭、不燃、乾燥快、粘結強等特點，不僅能提高道路質量、擴大瀝青使用範圍、延長施工季節、減少環境污染、改善施工條件，還可以節約能源、節省材料。

乳化瀝青的材料組成：

瀝青：佔55~70%，用於路用乳化瀝青針入度大多為100~250（0.1mm）。一般認為瀝青酸含量大於1%的瀝青，易於乳化。

水：一般要求水質不要太硬，並且不應含有其他雜質，水的PH值和鈣鎂等離子對乳化都有影響。

乳化劑：乳化劑式乳化瀝青的關鍵組分，含量雖低，但對乳化瀝青的形成起關鍵作用。乳化劑分為無機和有機兩類，無機乳化劑常用：膨潤土、高嶺土、石灰膏等；有機乳化劑常為表面活性劑，如：十二烷基磺酸鈉、十八烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨等。乳化劑是一種表面活性物質，一端為親水基團，一端為親油基團，親油基團一般為碳氫原子團，由長鏈烷基構成，結構差別小，親水基團則種類繁多，結構差異較大。根據親水基團把乳化劑分為離子型和非離子型兩大類，離子型乳化劑按其離子電性分為陰離子型、陽離子型、兩性離子型。

穩定劑：穩定劑可以改善瀝青乳液的均勻性，減緩顆粒之間的凝聚速度，提高乳液的存儲穩定性，增強與石料的黏附能力，摻加穩定劑還可以降低乳化劑的使用劑量。穩定劑分為無機和有機兩類，無機穩定劑不是表面活性劑，常用的穩定效果最明顯的無機鹽類物質有：氯化銨、氯化鈣和氯化鎂等；常用的有機穩定劑為：聚乙烯醇，它與陽離子乳化劑複合使用對含蠟量高的瀝青的乳化及存儲穩定性起良好的作用。此外還可以採用聚丙烯酞胺、糊精、MF廢液等。穩定劑在生產瀝青乳液時，是同時加入還是後加入乳液，需試驗確定。除此之外，根據需要可在乳化劑溶液中添加無機、有機酸，調整PH值，可改善乳化效果，是否添加及添加的劑量需經試驗確定。

一般瀝青用量50~70，乳化劑用量0.3%~5%，水的用量30%~50%,對於輔助材料，不同品種的乳化劑，其用量和選擇各不相同。

乳化瀝青的形成機理：

水是機型分子，瀝青是非極性分子，兩者表面張力不同，因而兩者在一般情況下是不能相互融合的。

當靠高速攪拌使瀝青呈微小顆粒分散在水中時，形成的瀝青-水分散系是不穩定的，因為顆粒之間的相互碰撞，會自動凝結，最後同水分離。

當加入一定量的乳化劑時，由於乳化劑是表面活性物質，在兩相界面上產生強烈的吸附作用，形成吸附層，吸附層中的分子有一定的取向，極性基團朝水，與水分子牢固結合，形成水膜，非極性基團朝瀝青，形成乳化膜。當瀝青顆粒相互碰撞時，水膜和乳化膜共同組成的保護膜就能阻止顆粒的聚集，使乳液穩定。

乳化劑能降低界面自由能的作用，水中摻入乳化劑後，水的表面張力可以大大降低，接近瀝青的表面張力，使水與瀝青的界面張力大大減小，保持體系穩定。

瀝青乳液中的瀝青液滴周圍形成了一層帶有電荷的保護膜，為雙電子層結構，這層帶電荷的保護膜也能起到穩定的作用，當瀝青液滴相互碰撞時，因相同電荷的相互排斥作用，阻止了乳狀液滴的聚析，形成穩定的體系。

乳化瀝青的分裂機理：

在路面施工時，乳化瀝青與集料接觸後，為發揮其黏結的功能，瀝青微滴必須從乳液中分裂出來，在集料表面聚結形成一層連續的瀝青薄膜，這一過程稱為分裂。n

乳化瀝青的製備：

乳化瀝青的基本工藝過程是將瀝青加熱熔化，溫度達140~150℃，同時將水加熱到50~80℃，將乳化劑和穩定劑按一定比例加入熱水中，攪拌使之溶解，然後將瀝青和水溶液按一定比例通過混溶機，或將瀝青按比例慢慢加入水溶液中，同時加以高速攪拌，使瀝青乳化而獲得乳化瀝青。

乳化機：膠體磨＞均化器＞攪拌式乳化機。

在乳化瀝青的生產過程中，瀝青和水的溫度是重要的控制參數，溫度過高或過低都將影響瀝青的乳化效果，溫度太低，流動性差，影響乳化效果，溫度過高，不僅消耗能源，增加成本，而且還會使水汽化，水的汽化將導致瀝青乳液的濃度發生變化，同時也會使乳化過程中產生大量的泡沫，影響生產操作，因此，瀝青加熱溫度不能過高，乳化劑水溶液的溫度宜控制在50~60℃範圍內。

稀漿封層：

瀝青路面由於長年處於風吹、雨淋、日晒、凍融等自然氣候的侵蝕下，使路面材料中的瀝青與礦料不斷產生物理與化學變化，並且逐漸降低其適應氣候變化的能力，又由於路面上行駛車輛的作用，會造成瀝青路面不斷發生開裂，而隨著裂縫的出現，會造成路面的透水，也就會引起基層的變軟和表面坑槽的出現，從而使路況變壞，這樣就會降低車輛的行駛速度，增加車輛的磨損與油耗，因此，對瀝青路面儘早進行預防性養護是保護瀝青路面，延長道路使用壽命、提高運輸效率、降低運輸成本的重要環節。

國外一般都是用稀漿封層施工來作為路面的預防性養護。

稀漿封層的作用：

稀漿封層是由連續級配集料、填料、乳化瀝青、水攪拌均勻後攤鋪在路面上的一層封層，主要作用為：

防水作用、防滑作用、耐磨耗作用以及填充作用。

聚合物改性乳化瀝青稀漿封層（微表處）：

聚合物改性軟化瀝青稀漿封層已被認為是修復道路車轍以及其他多種路面病害的最有效、最經濟的手段之一。

微表處是功能最為完善的道路養護方法之一，它是一種採用高分子聚合物使乳化瀝青改性的鋪築技術，對出現在城市幹道，高速公路和機場道路上的各種病害的修復極為有效。

一般稀漿封層以及微表處技術都是利用級配集料、乳化瀝青、填料和水所組成進行施工的，不同的是後者所採用的材料是經過嚴格檢測篩選出來的，其中還包括高分子聚合物和其他添加劑，因而相比之下微表處技術具有更多的優點。

微表處特點：施工速度快、提高路面防滑能力、成型快工期短、常溫下作業，降低能耗等。