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高黏乳化瀝青制備工藝研究

文檔作者：李奕佳黃宏海時(shí)敬濤李海明文檔來源： 1.中石油燃料油有限責(zé)任公司研究院 2.佛山高富中石油燃料油有限責(zé)任公司		更新日期： 2026年05月03日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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2023年12月石油瀝青PETROLEUMASPHALT 第37卷第6期
高黏乳化瀝青制備工藝研究
李奕佳'，黃宏海"，時(shí)敬濤，李海明²
（1.中石油燃料油有限責(zé)任公司研究院，北京100195；2.佛山高富中石油燃料油有限責(zé)任公司，佛山528531）
摘要：為了提高改性乳化瀝青的黏結(jié)能力，基于50號瀝青制備的SBS改性瀝青開展高
黏乳化瀝青制備工藝研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加1.5%SBS的高黏改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定
性、蒸發(fā)殘留物的軟化點(diǎn)和延度指標(biāo)均優(yōu)于市售的SBS改性乳化瀝青。
關(guān)鍵詞：硬質(zhì)瀝青高黏乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性SBS
瀝青路面國內(nèi)外普遍采用分層施工的技術(shù)，
層與層之間鋪筑黏層油，其主要作用是將瀝青路
面結(jié)構(gòu)層聯(lián)結(jié)形成整體，共同承擔(dān)由于荷載、環(huán)
境作用產(chǎn)生的應(yīng)力作用，延長瀝青路面服役壽
命，因此層間黏結(jié)狀態(tài)與路用性能關(guān)系密切"]
而乳化瀝青由于環(huán)保、易加工、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)
被廣泛應(yīng)用在層間結(jié)合部位，用以連接結(jié)構(gòu)層。
普通的乳化瀝青以重交瀝青為基質(zhì)瀝青，加
人乳化劑，通過機(jī)械攪拌的方式實(shí)現(xiàn)乳化，主要
用于國省干線、鄉(xiāng)村道路等低等級路面，由于其
穩(wěn)定性差、黏結(jié)力弱，對于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)手段的超
薄磨耗層、砂封層以及橋面鋪裝防水黏結(jié)層等特
殊工況的施工情況難以滿足要求，而高黏乳化瀝
青由于黏結(jié)力強(qiáng)的特點(diǎn)被用于上述工況[2]。目
前高黏乳化瀝青常用的改性劑包括SBR、SBS兩
類，SBR改性乳化瀝青對高溫性能的提高略遜于
SBS改性乳化瀝青，而SBS改性乳化瀝青由于穩(wěn)
定性、高黏力的優(yōu)勢成為制備高黏改性乳化瀝青
最佳選擇。楊炎生等[3]采用先對基質(zhì)瀝青進(jìn)行
改性而后乳化的工藝制備得到高黏乳化瀝青，并
以其儲(chǔ)存穩(wěn)定性作為考核指標(biāo)，確定了最佳的
SBS添加量、瀝青和乳液溫度等工藝條件。龍翔
等[4]利用4.5%SBS改性劑以及1.0%增黏劑為
添加劑，制備出蒸發(fā)殘留物軟化點(diǎn)接近89℃、
延度高達(dá)60cm、拉拔黏結(jié)強(qiáng)度優(yōu)良的超薄磨耗
層專用高黏改性乳化瀝青。馬衛(wèi)民等[5]通過比
較SBR和SBS改性乳化瀝青，發(fā)現(xiàn)SBS改性乳
化瀝青的蒸發(fā)殘留物的軟化點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者，在
微表處拌和中表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能。現(xiàn)有的高
黏乳化瀝青制備是采用先改性再乳化工藝，即以
高標(biāo)號的瀝青為基質(zhì)瀝青制備高黏SBS改性瀝
青，再對制備得到高黏改性瀝青進(jìn)行乳化，但在
此過程中，SBS的加人量相應(yīng)增加，一般超過
4.5%，易導(dǎo)致儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差，從而影響其路
用性能，本研究嘗試采用以低標(biāo)號50號瀝青為
基質(zhì)瀝青進(jìn)行先改性再乳化，用以提高乳化瀝青
儲(chǔ)存穩(wěn)定性和其黏度指標(biāo)。
1試驗(yàn)部分
1.1試驗(yàn)原料
本試驗(yàn)采用50#基質(zhì)瀝青，6302H線型改性
劑，伊朗抽出油，乳化劑為天龍化工公司生產(chǎn)的
陽離子型快裂乳化劑，pH調(diào)節(jié)劑鹽酸，硬質(zhì)瀝
青的基本性質(zhì)見表1。
表1硬質(zhì)瀝青基本性質(zhì)
項(xiàng)目
針入度（25℃）/（10-lmm)
軟化點(diǎn)/℃
延度（15 ℃)/cm
動(dòng)力黏度（60℃）／（Pas)
動(dòng)力黏度（135 ℃）／（Pa·s)
1.2試驗(yàn)方法
根據(jù)交通部《公路工程瀝青及瀝青混合料
收稿日期：2023-05-20
作者簡介：李奕佳（1992一），女，工程師，主要從事道路
工程材料研究。E-mail：gf-liyj@petrochina.com.cn。
指標(biāo)
49
53
20
315.15
0. 715
30
試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中 T6502—1993
方法對乳化瀝青進(jìn)行篩上剩余量檢測，用
T6505—1993方法檢測乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
用珠海歐美克LS-POP（9）激光粒度分析儀測
定了乳化瀝青的粒度。
1.3改性乳化瀝青的制備
第一步制作皂液：用天平稱取一定量的上述
陽離子乳化劑，在55～65℃溫度下將乳化劑溶
解到500g水中，用鹽酸及其他助劑調(diào)節(jié)水溶液
pH值為2～~3，待用。稱取500g以50號基質(zhì)瀝
青制備的改性瀝青樣品，并加熱至135~145℃。
第二步：啟動(dòng)膠體磨，先用熱水預(yù)熱3遍機(jī)器，
隨后先加皂液，在攪拌下慢慢將熱瀝青加人，等
待膠體磨進(jìn)行1min的乳化，打開閥門取出乳化
項(xiàng)目
針人度（25℃）／（10-lmm)
軟化點(diǎn)/℃
黏度（150℃）／（Pa·s)
黏度（160℃）／(Pa·s)
黏度（170℃）／(Pa·s)
表2顯示，隨著SBS摻量的增加，針人度變
化幅度較小，而軟化點(diǎn)不斷增加，當(dāng)SBS用量
為1.5%時(shí)，溫度越高旋轉(zhuǎn)黏度越小；同一溫度
下，逐漸增加SBS用量，旋轉(zhuǎn)黏度呈現(xiàn)先升后
降的規(guī)律。因此，需綜合考慮針人度與軟化點(diǎn)的
變化特點(diǎn)，以及改性瀝青乳化的難易程度，最后
確定SBS的加人量為1.5%。
2.2乳化劑優(yōu)選
乳化瀝青在層間工程應(yīng)用時(shí)，須滿足快速破
乳且易成型，本研究從三種快裂型陽離子乳化劑
進(jìn)行優(yōu)選，編號分別為KZW、LF、LH三型號。
按照乳化劑用量為3%制備乳化瀝青，固含量均
為65%，通過乳液狀態(tài)和1d儲(chǔ)存穩(wěn)定性兩個(gè)指
標(biāo)研究乳化劑對改性瀝青乳化后的效果，結(jié)果見
表3。實(shí)驗(yàn)選擇乳化劑KZW型開展研究。
2.3乳化劑用量
乳化劑用量少時(shí)，易造成乳液中瀝青微粒粒
徑大小分布不均，乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降；
乳化劑用量多時(shí)，增加成本，且降低乳化瀝青的
石油瀝青
瀝青，并降至室溫。制備流程見圖1。
135~145℃
改性瀝青
乳化劑
水
助劑
2絲結(jié)果與討論
2.1改改性瀝青的制備
將50#瀝青升溫到165℃，加人不同比例的
SBS改性劑，在剪切機(jī)上研磨約30min，攪拌溶
脹發(fā)育5h。其成品的改性瀝青基本指標(biāo)見表2。
表2SBS改性瀝青的基本性質(zhì)
SBS含量/%
1 1.5
40 38
55.5 57
0. 460 7 0. 650 0
0. 302 8 0. 416 7
0.206 7 0.280 0
技術(shù)指標(biāo)。乳化劑用量對改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)
定性的影響見圖2。
表3三種乳化劑對調(diào)和瀝青乳化效果
乳化劑乳液狀態(tài)類型
KZW 褐色乳液，乳液均勻，手觸摸光滑細(xì)膩
LF 暗黑色乳液，手觸摸顆粒感明顯
LH 黑褐色乳液，手觸摸顆粒感明顯
12
10
%
86
4
2
0
0.51.01.52.0 2.53.03
乳化劑用量/%
圖2乳化劑用量對乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響
圖2表明，隨乳化劑用量增加，乳化瀝青貯
2023年第37卷
膠體磨乳化瀝青
皂液
55~65℃
圖1乳化瀝青制備流程
2.0
37
58.5
0.615 0
0. 409 4
0.285 0
2.5
36
59
0. 625 0
0. 412.5
0. 287 5
1d儲(chǔ)存
穩(wěn)定性/%
2.3
破乳分層
破乳分層
3.54.04.5
第6期
存穩(wěn)定性首先表現(xiàn)為下降趨勢，究其原因是：乳
化劑對油、水和空氣的三相界面張力影響較大，
當(dāng)增加乳化劑的用量時(shí)，可以降低油水的界面張
力，提高乳化作用，使瀝青更容易被分散，增強(qiáng)
了瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性；在乳化劑的用量增加到一定
程度之后，油水界面張力的變化會(huì)變得很平穩(wěn)，
儲(chǔ)存穩(wěn)定性的變化也會(huì)變得很平穩(wěn)[6]。通過圖2
可知，乳化劑的用量增加到3.0%時(shí)，已滿足工
程儲(chǔ)存的要求，若再增加乳化劑用量，儲(chǔ)存穩(wěn)定
性增加程度有限，且對乳化瀝青的破乳不利，因
此乳化劑較為合理的用量為3.0%。
2.4乳化溫度
高黏乳化瀝青在乳化過程中若出現(xiàn)溫度過
低，會(huì)導(dǎo)致瀝青和皂液的流動(dòng)性較差，機(jī)械攪拌
過程中瀝青和皂液不能充分接觸，使得瀝青不能
得到完全乳化；如果溫度太高，又很容易把水蒸
發(fā)，引起爆沸，進(jìn)而使改性瀝青聚結(jié)，造成油水
分離。為此需研究溫度對改性瀝青及乳化劑儲(chǔ)存
穩(wěn)定性的影響。
2.4.1改性瀝青溫度
瀝青溫度變化對改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的
影響見圖3。從圖3可以看出，在改性瀝青的溫
度為155～185℃時(shí)，改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性
隨著改性瀝青溫度的提高，呈現(xiàn)出先減小后略微
增大的趨勢。這是由于瀝青溫度上升時(shí)，其黏度
將下降，通過膠體磨的乳化瀝青分散效果越好，
根據(jù)斯托克斯公式u=2Apgr²/9m可知，隨著瀝
青顆粒粒徑的減小，其沉降性也隨之降低，儲(chǔ)存
穩(wěn)定性越高；隨著溫度進(jìn)一步升高，瀝青黏度對
于膠體磨的乳化能力增加程度減弱，而當(dāng)溫度過
高時(shí)，乳化過程中改性瀝青顆粒團(tuán)聚結(jié)塊，加快
了乳化過程中的爆沸現(xiàn)象，膠體磨難以分散，因
此較為合理的溫度為170℃。
5
%
4
3
2
1
0
150
圖3改性瀝青溫度對改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響
李奕佳等高黏乳化瀝青制備工藝研究
2.4.2乳化劑溶液溫度
高黏改性乳化瀝青的乳化劑溶液溫度對儲(chǔ)存
穩(wěn)定性的影響如圖4所示。由圖4可知，乳化劑
在溫度較低時(shí)，隨溫度的升高，儲(chǔ)存穩(wěn)定性呈先
下降后上升的趨勢。這是由于在瀝青和乳化劑溶
液同時(shí)進(jìn)入膠體磨的情況下，當(dāng)熱瀝青遇到低溫
乳化劑時(shí)，瀝青溫度降低，黏度變大，膠體磨難
以分散；但是，當(dāng)乳化劑溶液的溫度過高（75
℃）時(shí)，乳化過程中很容易出現(xiàn)爆沸現(xiàn)象，從
而導(dǎo)致了乳化瀝青中瀝青微粒集聚的趨勢增大，
儲(chǔ)存穩(wěn)定性變差。從圖4可以看出，在60～70
℃范圍內(nèi)乳化劑溶液較為事宜。
2.5
%
2.0
1.5
1.0
0.5F
0
50
圖4乳化劑溶液溫度對改性乳化瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性影響
2.5穩(wěn)定劑類型及用量
為考察最佳的穩(wěn)定劑種類及摻量，用4%
KZW乳化劑配制乳化瀝青，采用后摻法分別將
羥乙基纖維素（Hec）、氯化鈣（CaCl²）、納米
二氧化硅（SiO,）加人到乳化瀝青中，利用乳化
效果和1d儲(chǔ)存穩(wěn)定性來選擇最佳穩(wěn)定劑。
四種穩(wěn)定劑對乳化瀝青乳化效果的影響如圖
5所示。從圖5中可以看出，在添加了不同的穩(wěn)
定劑之后，乳化瀝青的平均粒徑都得到了提高，
其中，氯化鈣對乳化瀝青平均粒徑的影響最大，
并且大顆粒數(shù)量較多，羥乙基纖維素對乳化瀝青
平均粒徑的影響最小。
四種穩(wěn)定劑對乳化瀝青1d儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影
響如圖6所示。從圖6中可以看出，四種乳化瀝
青的1d儲(chǔ)存穩(wěn)定性指標(biāo)都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)，但與未
添加穩(wěn)定劑的原樣乳化瀝青相比，添加CaCl穩(wěn)
定劑對其儲(chǔ)存穩(wěn)定性有不利影響，而添加羥乙基
纖維素等增稠劑儲(chǔ)存穩(wěn)定更好。造成上述現(xiàn)象的
160 170
溫度/℃
31
60 70
溫度/℃
180 190
80
原因是：氯化鈣穩(wěn)定劑導(dǎo)致平均粒徑增加，大粒
子增加，與原始樣品相比，其黏度變化不大，最
32
后造成儲(chǔ)存穩(wěn)定性降低；但是，羥乙基纖維素和
納米二氧化硅對乳化瀝青平均粒徑的影響不大，
并且還具備一定的增稠效果，對顆粒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影
響，也降低了瀝青顆粒碰撞聚集的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提
高了乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
20
15
%業(yè)
10
5
0.1
3.50
3.0F
2.5
=2.0
21.5
1.0F
0.5
4%KZW0.2%SiO,0.3%CaCl,0.3%Hec
(b) D50粒徑
圖5不同穩(wěn)定劑對乳化瀝青乳化效果的影響
0.4
%
0.3F
0.2
0.1
4%KZW0.2%SiO,.0
穩(wěn)定劑類型
圖6不同穩(wěn)定劑對乳化瀝青1d儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響
2.6改性乳化瀝青性能驗(yàn)證
基于以上確定的優(yōu)化生產(chǎn)條件制備高黏乳化
瀝青，即SBS改性劑加人量1.5%，有機(jī)增稠劑
加人量為0.04%，氯化鈣加人量為0.15%，乳
化劑為加人量為3%，乳化劑溶液為65℃，檢
測結(jié)果見表4，參照J(rèn)TGF40—2004改性乳化瀝
青技術(shù)要求，并與市售高黏乳化瀝青比較發(fā)現(xiàn)，
石油瀝青
制備出的高黏乳化瀝青在儲(chǔ)存穩(wěn)定性、黏度、軟
化點(diǎn)、延度等技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于市售的高黏乳化瀝
青，證明了基于50號瀝青的SBS改性乳化瀝具
有優(yōu)異的性能。
表4改性乳化瀝青性能指標(biāo)
4%KZW 項(xiàng)目 自制乳 00..32%%CSaioC,l,
0.3%Hec
10 100
粒徑/um
(a) 粒徑分布
穩(wěn)定劑類型
0.3%CaCl,0.3%Hec
2023年第37卷
F40中改性乳化化瀝青 市售 瀝青要求PCR
破乳速度快裂快裂
顆粒電荷+
篩上剩余量(1.18mm)/% 0
恩格拉黏度8.1
1 d儲(chǔ)存穩(wěn)定性/% 0
5d儲(chǔ)存穩(wěn)定性/% 1.5
固含量/% 60. 2
針人度(25 ℃)/(10 -lmm) 38
軟化點(diǎn)/℃ 62
延度(25℃) /cm 26
溶解度/% 99.5 99.0
3結(jié)論
（1）基于50號瀝青制備的改性乳化瀝青，
儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨乳化溫度升高呈先降低后增加的趨
勢，隨乳化劑用量的增加均呈現(xiàn)降低趨勢。
（2）無機(jī)氯化鈣和羥乙基纖維素兩類助劑
可以改善強(qiáng)黏結(jié)力改性乳化瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
（3）高黏改性乳化瀝青最佳制備工藝條件
為：SBS改性劑加人量1.5%，有機(jī)增稠劑加人
量為0.04%，氯化鈣加人量為0.15%，乳化劑
加入量為3%，乳化劑溶液為65℃。
（4）在最佳工藝條件下制備的高黏乳化瀝
青，在儲(chǔ)存穩(wěn)定性、黏度和軟化點(diǎn)等指標(biāo)上均優(yōu)
于市售的高黏乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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長安大學(xué)，2008.
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快裂
+ +
0 ≤0.1
1 ~10
0.1 ≤1
1.7 ≤5
61.6 >50
26 40~120
59 >50
>20
≥97.5
第6期
汽車，2022,211(2)：54-62.
[5］馬衛(wèi)民，趙石磊，丁春，等．高性能乳化瀝青的研
究[J】：石油瀝青，2021，35（6)：41-43.
Study on Preparation Technology of High Viscosity
LI Yijia' , HUANG Honghai', SHI Jingtao', LI Haiming
(1. Research Institute of PetroChina Fuel Oil Co. , Ltd. , Beijing 100195 ;
2. Foshan Gaofu PetroChina Fuel Oil Co. , Ltd. , Foshan 528531)
Abstract: In order to improve the bonding ability of modified emulsified asphalt, a study was conducted
on the preparation process of high viscosity emulsified asphalt based on SBS modified asphalt prepared from
No. 50 asphalt. The experimental results show that the storage stability, softening point and ductility index of
evaporated residue of high viscosity modified emulsified asphalt with 1. 5% SBS addition are better than those
of commercially available SBS modified emulsified asphalt.
Keywords: hard asphalt; high viscosity modified emulsified asphalt; storage stability; SBS
111
李奕佳等．高黏乳化瀝青制備工藝研究
[6］趙品暉，范維玉，董爽，等．陰離子乳化瀝青穩(wěn)定
性與油水界面張力的關(guān)系［J】，中國石油大學(xué)學(xué)
報(bào)（自然科學(xué)版），2012，36（3）：175－179.
Emulsified Asphalt
. lli
33
11
(上接第18 頁)
Research on Road Performance of High Strength and High
Toughness Modified Bitumen and Asphalt Mixture
WEN Lin', HOU Rui?
(1. Jiangxi province highway&amp;amp;bridge construction Co. , Ltd. , Nanchang, 330000;
2. Shanghai Daochun Transportation Technology Co. , Ltd. , Shanghai 201804)
Abstract: The SBS and PE are used as the main modifiers to prepare high - strength and high toughness
modified asphalt. The composite modification process is used to achieve the goal of balanced improvement of
asphalt high and low temperature performance. Conventional performance and rheological tests are conducted
on the prepared high -strength and high toughness asphalt, and it is analyzed that the high - strength and high
toughness modified asphalt prepared by the composite modification process has excellent high - temperature
and low -temperature road performance. The optimization design and performance verification test of AC -25
graded high - strength and high toughness modified asphalt mixture were conducted. The test results showed
that the high - strength and high toughness modified asphalt mixture has excellent comprehensive road performance
compared to SBS modified asphalt mixture.
Keywords: high strength and high toughness modified bitumen; multiple stress creep recovery (MSCR)
test; asphalt mixture road performance

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