摘 要

沥青是一种憎水性材料，由于其粘附性好，抗老化和防水能力强，长期以来被广泛应用于防水密封材料和道路交通材料等。沥青的使用形式主要有3种：热沥青、稀释沥青和乳化沥青。与热沥青和稀释沥青相比，乳化沥青更能节约能源；降低工程造价；改善施工条件；有效地减少高温引起的沥青过度老化以及减少致癌物质苯并吡的挥发^[1]，乳化沥青是一种具有较好流动性的液体，既可以直接喷洒使用，也能与集料搅拌混合使用，使得道路工程施工更为便利，提高了工程质量，具有诸多优点。

本文以十二烷基苯磺酸、三甲胺、三乙胺等为原料，合成十二烷基苯磺酸盐阴离子型乳化剂，再以十二烷基苯磺酸盐乳化剂为主剂，通过控制两性离子乳化剂和非离子型乳化剂的添加百分比，制备复合型沥青乳化剂。测试了乳化剂的乳化性能、沥青乳液的储存稳定性及慢裂快凝性能，优化了工艺条件和配方。

主要结论如下：

1.十二烷基苯磺酸三甲胺乳化剂制备的乳化沥青符合慢裂标准，且乳化性及稳定性良好；十二烷基苯磺酸三乙胺制备的乳化沥青有着优良的乳化性及稳定性，但其不满足慢裂要求。

2.复配型乳化剂A的最佳配方为：十二烷基苯磺酸三甲胺含量为57%，op-10含量为20%，十八烷基二羟乙基甜菜碱含量为20%，木质素磺酸钙含量为3%。采用复配型乳化剂A制备的沥青乳液满足于慢裂快凝的性能要求。

3.复配型乳化剂B的最佳配方为：十二烷基苯磺酸三乙胺含量为57~62%，op-10含量为15%，十八烷基二羟乙基甜菜碱含量为20~25%，木质素磺酸钙含量为3%。采用复配型乳化剂B制备的沥青乳液满足于慢裂快凝的性能要求。

关键词：乳化沥青、阴离子乳化剂、复配沥青乳化剂

Abstract

Asphalt is a kind of hydrophobic material, because of its good adhesion, anti-aging and waterproof ability, has long been widely used in waterproof sealing materials and road transport materials. There are three main types of asphalt: hot asphalt, diluted asphalt and emulsified asphalt. Compared with hot asphalt and diluted asphalt, emulsified asphalt can save energy; reduce the project price; improve the construction conditions; effectively reduce the high temperature caused by excessive aging of the asphalt and reduce the carcinogenic benzoin volatilization [1]. Emulsified asphalt is a kind of liquid with good fluidity, which can be sprayed directly and can be mixed with aggregate to make the road construction more convenient and improve the quality of the project. It has many advantages.

In this paper, dodecyl benzene sulfonic acid anionic emulsifier was synthesized by using dodecylbenzene sulfonic acid, trimethylamine and triethylamine as raw materials. And then using dodecyl benzene sulfonate emulsifier as the main agent, by controlling the zwitterionic emulsifier and non-ionic emulsifier addition percentage, the preparation of composite asphalt emulsifier. The emulsifying performance of the emulsifier, the storage stability of the asphalt emulsion and the crack initiation performance were tested, and the process conditions and formula were optimized.

The main conclusions are as follows:

1. Dodecyl benzene sulfonic acid trimethylamine emulsifier prepared emulsified asphalt meet the slow crack standard, and the emulsifying and stability is good; dodecyl benzene sulfonic acid triethylamine prepared emulsified asphalt has excellent emulsification and Stability, but it does not meet the requirements of slow crack.

2. The optimum formulation of complex emulsifier A is that the trimethylbenzene sulfonic acid trimethylamine is 57%, the op-10 content is 20%, the octadecyl dihydroxyethyl betaine content is 20% , Calcium lignosulfonate content of 3%. The asphalt emulsion prepared with compound emulsifier A is suitable for the performance requirement of slow crack quick release.

3. The optimum formulation of compound emulsifier B is: the content of triethylamine of dodecylbenzene sulfonate is 57-62%, the op-10 content is 15%, the octadecyl dihydroxyethyl betaine content 20 to 25%, and calcium lignosulfonate content of 3%. The asphalt emulsion prepared with compound emulsifier B is suitable for the performance requirements of slow crack quick setting.

Keywords：emulsified asphalt, anionic emulsifier, compound asphalt emulsifier

目录

摘要 3

第一章 前言 7

1.1 沥青 7

1.2 乳化沥青 7

1.2.1 乳化沥青机理 7

1.2.2 乳化沥青破乳机理 8

1.2.3 乳化沥青的发展 9

1.3 沥青乳化剂 9

1.3.1 沥青乳化剂的分类 9

1.3.2 沥青乳化剂的研究现状 10

1.3.3 沥青乳化剂的复配 12

1.4 课题研究目的及意义 12

1.5 研究思路及主要研究内容 12

第二章 复配型沥青乳化剂A的制备及性能测试 14

2.1 阴离子乳化剂1的合成 14

2.1.1 乳化剂的合成原理 14

2.1.2 试剂及仪器 14

2.1.3 乳化剂的合成 14

2.1.4 乳化剂性能测试 14

2.2 配方设计及原理 15

2.3 试剂及原料 15

2.4 复配型乳化剂A的制备 16

2.5 复配型乳化剂A的配方优化 16

2.6 非离子乳化剂含量的影响 16

2.6.1 非离子乳化剂含量对乳化性及稳定性的影响 16

2.6.2 非离子乳化剂对和拌合时间的影响 17

2.7 两性离子乳化剂含量的影响 18

2.7.1 两性离子乳化剂含量对乳化性及稳定性的影响 18

2.7.2 两性离子乳化剂含量对拌合时间的影响 19

2.8 稳定剂含量对沥青乳液的影响 20

2.8.1 稳定剂含量对沥青乳液稳定性的影响 20

2.8.2 稳定剂含量对沥青乳液与集料可拌和时间的影响 20

2.9 本章小结 21

第三章 复配型沥青乳化剂B系列的制备及性能测试 22

3.1 阴离子乳化剂2的合成 22

3.1.1 乳化剂2的合成原理 22

3.1.2试剂及仪器 22

3.1.3 乳化剂的合成 22

3.1.4 乳化剂性能测试 22

3.2 复配方案设计 23

3.3 试剂及原料 23

3.4 复配型乳化剂B的制备 23

3.5 复配型乳化剂B的配方优化 24

3.6 非离子乳化剂含量的影响 24

3.7 两性离子乳化剂含量的影响 25

3.8 稳定剂含量的影响 26

3.9 本章小结 27

第四章 结论 28

致谢： 29

参考文献： 30

第一章 前言

1.1 沥青

沥青是由化学成分复杂的多种分子组成的一种具有独特的流变性能的棕黑色有机胶凝状混合物^[2]。沥青是一种憎水性材料，具有良好的粘结性、抗老化性和防水性能，因此长期以来沥青在防水和密封材料、道路修补等领域被广泛使用^[3]。同时，沥青路面有着良好弹塑性，有利于车辆提高车速、降低油耗等作用，因此道路修补成为沥青的主要应用领域。从各国的石油沥青消费量可印证:道路沥青用量占总用量的70%～85%，工业用量占10%～20%，其他仅占2%～4%^[4]。随着基础设施工程质量的提升，防水要求也逐步提高，道路稀浆封层和微表处越来越被重视，乳化沥青的研究发展也越来越迅猛。

1.2 乳化沥青

石油沥青经加热到大约130℃后与水混合，在乳化剂和稳定剂等作用下被乳化制得的一种沥青产品就是乳化沥青。高温熔融条件下，沥青具备很好的流动性，经过高速的机械力剪切作用，沥青呈现为微小的液滴形态，均匀地散布在乳化剂水溶液中，形成的沥青乳液性质比较稳定，常温下表现为液态^[5]。在道路工程建设应用中，乳化沥青与稀释沥青相比，“以水代油”的生产工艺，极大的降低了生产成本，还利于环保；与热沥青相比，沥青乳液可以冷施工，能够降低生产能耗。并且制备乳化沥青所需的温度不同太高，在130℃左右，能很好地避免温度过高造成的沥青过度老化的问题。同时乳化沥青的可流动性特点使道路工程施工更为便利，有利于提高工程质量^[6]。

1.2.1 乳化沥青机理

乳液沥青中，被剪切成细小微粒的沥青颗粒分散于水中，基本直径都是1～5μm左右。两相之间的界面变大，由于二者之间的表面张力相差甚大，从热力学角度看，整个体系很不稳定。这时候，就需要加入乳化剂。乳化剂的作用是降低两相之间的表面张力。乳化剂的特点是分子中有一个水溶性(亲水性)的极性基团和一个油溶性(憎水性)的非极性基团。在沥青-水混合液体系中，乳化剂分子在沥青与水界面移动过程中，分子中的油溶性基团吸附在沥青表面；水溶性基团进入水相，这样一来，沥青相与水相便连结在一起，二者之间的界面张力也就降低了。同时，由于带有相同电荷而互相排斥，沥青颗粒之间的难以互相凝聚，这可以使得沥青乳液能在一定时间内保持均匀和稳定。因此，乳化剂能明显降低水相与沥青之间的界面张力，从而提高体系的稳定性。

从另一方面来看，沥青的乳化过程可以看作分散的沥青颗粒表面的成膜过程。乳化剂分子疏水基团进入沥青小微粒中，沥青微粒被乳化剂分子疏水基团包围，表面形成一层乳化剂“界面膜”。沥青微粒在乳液中是不停运动的，乳化剂“界面膜”的形成，有效地避免了沥青微粒因为碰撞而造成相互凝积^[7]。当沥青表面吸附排列足够紧密的乳化剂分子，形成的“界面膜”强度足够大，沥青乳液才能有较好的稳定性。因此，沥青乳化剂对乳液的形成至关重要^[8]。

1.2.2 乳化沥青破乳机理

乳化沥青破乳过程是指沥青乳液在路面施工过程中与集料混合后与乳液分离的沥青颗粒，与集料表面结合并铺展形成连续致密沥青薄膜的过程。在乳化沥青破乳过程中，沥青乳液中的水分会随着破乳过程的发生而慢慢地直至完全挥发。乳化沥青的破乳机理的理论主要有以下3种：化学反应理论、电荷理论和振动功能理论。这三个理论阐述乳化沥青的破乳机理角度各不相同。阴离子乳化沥青破乳机理可以用电荷理论较好的解释。本文主要研究复配型阴离子乳化剂，因此本文仅解释阴离子乳化剂的破乳机理。