采用旋轉滴界面張力法和殘留物含量差值法考察陰離子乳化劑、助劑和皂液pH值等對皂液－瀝青甲苯模擬油界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響。結果表明:乳化劑、助劑和皂液pH值等對油水界面張力和貯存穩定性的影響規律是一致的，兩者呈現出較好的相關(guān)性;隨著(zhù)乳化劑和羧甲基纖維鈉用量的增加，油水界面張力降低，貯存穩定性變好;隨著(zhù)皂液pH值的升高，界面張力和貯存穩定性分別呈現出變小和變好的趨勢，在pH=11時(shí)，界面張力值最小，貯存穩定性最好;隨著(zhù)締合型增稠劑T用量的增加，油水界面張力先增加后減小，貯存穩定性先變差后變好，兩者最后都趨于穩定;乳化劑和助劑對油水界面張力和貯存穩定性的影響的由大到小順序為乳化劑SD-2、締合型增稠劑T、羧甲基纖維素鈉。

水泥乳化瀝青砂漿（CA砂漿）由水泥、瀝青乳液、砂和多種外加劑組成，是經(jīng)水泥與瀝青共同作用膠結硬化而成的一種新型有機無(wú)機復合材料。乳化瀝青是CA砂漿的關(guān)鍵組成材料，乳液的穩定性是影響CA砂漿用乳化瀝青性能的關(guān)鍵因素。筆者針對CA砂漿用陰離子乳化瀝青的特點(diǎn)，考察乳化劑、助劑和皂液pH值等對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響。

1試驗

1.1試驗原材料與設備

基質(zhì)瀝青選用中石油的昆侖AH-70瀝青;乳化劑為烷基芳基磺酸鹽類(lèi)慢裂快凝型高鐵CA砂漿專(zhuān)用陰離子乳化劑SD-2，助劑選用20℃黏度為0.800～1.2 Pa·s的羧甲基纖維素鈉（CMC）和聚氨酯類(lèi)締合型增稠劑T;pH調節劑選用化學(xué)純的鹽酸和氫氧化鈉;生產(chǎn)乳化瀝青的設備（膠體磨）為美國DALWORTH道維施型試驗室改性瀝青/乳化瀝青組產(chǎn)設備;界面張力和乳化瀝青貯存穩定性分別采用Kibron公司生產(chǎn)的dIFT型全量程界面張力儀和上海昌吉生產(chǎn)的SYD-0655型乳化瀝青貯存穩定性試驗儀進(jìn)行測定。

1.2試驗方法

1.2.1乳化瀝青的制備

按照一定配比配制皂液，調節到適當的pH值并加熱到一定的溫度，然后將皂液和加熱熔融的瀝青一起經(jīng)過(guò)膠體磨，即可制得乳化瀝青。

1.2.2界面張力的測試

配置瀝青甲苯模擬油，改變皂液的配比和pH值等，用TX-500型全量程界面張力儀在50℃恒溫條件下用旋轉滴法測定皂液與瀝青甲苯模擬油的界面張力。

1.2.3乳化瀝青貯存穩定性的測試

將乳化瀝青注入250 mL的乳化瀝青貯存穩定性試驗儀中，在25℃下貯存5 d，分別從上部和下部取樣測其蒸發(fā)殘留物含量。以上部和下部所得蒸發(fā)殘留物含量的差值表示乳化瀝青的貯存穩定性，差值越小穩定性越好，否則越差。

2油水界面張力和穩定性的影響因素

2.1乳化劑

瀝青分散到水中要克服較大的界面張力，瀝青分散成小的顆粒時(shí)其表面積顯著(zhù)增加，產(chǎn)生的瀝青乳液具有較高的能量狀態(tài)，也不穩定，因此在生產(chǎn)乳化瀝青時(shí)必須加入乳化劑來(lái)降低油水界面張力。選用高鐵專(zhuān)用陰離子乳化劑SD-2，配置不同乳化劑質(zhì)量分數的皂液，測定皂液與瀝青甲苯模擬油的界面張力，并分別制備乳化瀝青測定其貯存穩定性，考察乳化劑用量對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響，結果見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出:乳化劑用量對體系的界面張力和乳化瀝青的貯存穩定性影響明顯;體系界面張力和乳化瀝青貯存穩定性隨著(zhù)乳化劑用量的變化趨勢相同，兩者呈現出較好的相關(guān)性，說(shuō)明體系的油水界面張力是影響乳化瀝青貯存穩定性的主要原因之一。

當乳化劑的用量較少時(shí)，乳化劑不能使油水界面張力充分降低，瀝青和水幾乎是直接接觸的，乳化效果不好，所以穩定性差。隨著(zhù)乳化劑用量的增加，油水界面張力開(kāi)始趨于穩定，此時(shí)瀝青乳液逐漸趨向于穩定狀態(tài)，乳化劑分子的親水和親油基團分別和水、瀝青結合。再增加乳化劑的用量，瀝青乳液穩定性的變化不大，說(shuō)明瀝青乳液中乳化劑的含量已經(jīng)達到臨界值。從圖1可以看出乳化劑SD-2的質(zhì)量分數為4%時(shí)才能在乳化瀝青中達到臨界值。

圖1乳化劑用量對界面張力和貯存穩定性界面張力的影響

2.2皂液pH值

陰離子乳化劑SD-2為烷基芳基磺酸鹽型表面活性劑，活性組分為芳基磺酸根離子，pH值影響陰離子基團的電離程度，進(jìn)而影響乳化劑的乳化效果。選用濃鹽酸和NaOH調節質(zhì)量分數4.0%SD-E皂液體系的pH值，測定不同pH值的皂液體系與瀝青甲苯模擬油的界面張力和使用不同pH值的皂液制備的乳化瀝青的貯存穩定性，結果見(jiàn)圖2。

圖2皂液pH值對界面張力和貯存穩定性界面張力的影響

由圖2看出:pH值對油水界面張力和乳化瀝青的貯存穩定性均有較大的影響，二者呈現出較好的相關(guān)性，即隨著(zhù)皂液pH值的增加油水界面張力減小，乳化瀝青的貯存穩定性變好，并在pH=11處出現極值點(diǎn)。這說(shuō)明皂液pH值對乳化瀝青貯存穩定性的影響是通過(guò)其對界面張力的影響來(lái)實(shí)現的。當pH值較低時(shí)，皂液中的H+濃度較大，抑制了烷基芳基磺酸鹽的電離，界面上吸附的活性基團較少，使得界面張力較大。隨著(zhù)pH值的增加，皂液中OH－濃度增加，促進(jìn)了烷基芳基磺酸鹽的電離，在pH=11時(shí)，界面上吸附的負電基團達到飽和，界面張力減小到極小值，同時(shí)OH－與瀝青中的酸性物質(zhì)（HB）生成有機皂，有機皂與乳化劑中的烷基芳基磺酸基發(fā)生協(xié)同效應，使得界面張力值下降，乳化瀝青的貯存穩定性變好。

總體來(lái)說(shuō)，從皂液酸堿度來(lái)看，堿性條件更利于乳化瀝青的貯存穩定性，與模擬油試驗結果一致。

2.3締合型增稠劑

研究表明，在乳化瀝青中加入締合型增稠劑T，能夠使得使用這種乳化瀝青制備的CA砂漿具有良好的施工和易性，能夠有效降低CA砂漿的分離度，避免CA砂漿泌水、分層等不利病害的發(fā)生。締合型增稠劑T是制備高性能CA砂漿用乳化瀝青不可或缺的一種助劑。

在乳化劑SD-2的質(zhì)量分數為4.0%、pH值為11時(shí)，考察締合型增稠劑T用量對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響，結果見(jiàn)圖3。

圖3締合型增稠劑T對油水界面張力和貯存穩定性的影響

由圖3看出:隨著(zhù)締合型增稠劑T用量的增加，油水界面張力先增加后減小，乳化瀝青貯存穩定性先變差后變好，兩者的變化趨勢一致，并且均在締合型增稠劑T質(zhì)量分數為0.5%時(shí)出現極值點(diǎn)，此時(shí)油水界面張力最大，乳化瀝青的貯存穩定性最差。

締合型增稠劑T的作用機制主要得益于其特殊的“親油—親水—親油”形式的三嵌段聚合物結構，鏈端為親油基團（通常為脂肪烴基），中間為水溶性的親水鏈段（通常為較高分子量的聚乙二醇）。這種特殊的結構使得親油基在不同的瀝青顆粒表面發(fā)生吸附，這就與乳化劑中的活性成分產(chǎn)生競爭吸附。在一定的質(zhì)量分數范圍內，隨著(zhù)增稠劑質(zhì)量分數的增大，增稠劑分子在瀝青微粒表面的吸附量逐漸增多，乳化劑活性成分在瀝青微粒表面的吸附量減少，使得界面張力值增大，在締合型增稠劑T質(zhì)量分數為0.5%時(shí)達到極大值。當增稠劑用量逐漸增大時(shí)，親油基會(huì )締合成膠束，使得增稠劑分子在瀝青微粒表面的吸附量逐漸減少，乳化劑分子重新吸附在瀝青微粒表面，界面張力值降低。當增稠劑質(zhì)量分數增大到一定值時(shí)，親油基之間的締合作用和在瀝青顆粒表面的吸附作用達到平衡，界面張力也趨于穩定。

2.4羧甲基纖維素鈉

羧甲基纖維素鈉（CMC）是一種性能優(yōu)良的增稠劑，可以將其添加到CA砂漿用陰離子乳化瀝青中作為穩定劑與締合型增稠劑T復配使用。

在乳化劑SD-2質(zhì)量分數為4.0%、締合型增稠劑T質(zhì)量分數為0.6%、pH值為11時(shí)，考察羧甲基纖維素鈉對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響，結果如圖4所示。

圖4羧甲基纖維素鈉對油水界面張力和貯存穩定性的影響

由圖4看出:隨著(zhù)羧甲基纖維素鈉質(zhì)量分數的增大，界面張力值逐漸減小，乳化瀝青穩定性逐漸變好，兩者呈現出較好的相關(guān)性。

從分子結構上來(lái)看，羧甲基纖維鈉也屬于表面活性劑的范疇，具有一定的乳化能力。因此，羧甲基纖維素鈉與乳化劑SD-2具有較好的協(xié)同效應，在較低的質(zhì)量分數時(shí)就能夠顯著(zhù)降低界面張力值，改善乳液的貯存穩定性。

2.5正交試驗

乳化劑SD-2，締合型增稠劑T和羧甲基纖維鈉等是CA砂漿陰離子乳化瀝青中最關(guān)鍵的3種組分，對乳化瀝青的性能起著(zhù)決定性的影響。為了比較對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響，采用L9（34）正交試驗的方法進(jìn)行優(yōu)化設計，因素水平見(jiàn)表1。

表1正交試驗因素與水平

根據正交試驗表，配制不同配合比的皂液，調節pH值為11，制備乳化瀝青測定其貯存穩定性，并測定不同配合比的皂液與瀝青甲苯模擬油的界面張力，結果見(jiàn)表2。對試驗結果進(jìn)行對比分析和極差分析，結果見(jiàn)表3。

表2正交試驗結果

表3正交試驗結果對比分析和極差分析

由正交試驗分析結果可知，乳化劑SD-2、締合型增稠劑T和羧甲基纖維素鈉等對油水界面張力和乳化瀝青的貯存穩定性的影響規律一致，兩者仍然能夠呈現出較好的相關(guān)性。由極差分析可知，影響界面張力和貯存穩定性的因素由大到小順序為乳化劑SD-2、締合型增稠劑T、羧甲基纖維素鈉。

結論

（1）油水界面張力和乳化瀝青的貯存穩定性呈現出較好的相關(guān)性，油水界面張力是影響乳化瀝青貯存穩定性的主要原因之一。

（2）隨著(zhù)乳化劑和羧甲基纖維鈉用量的增加，油水界面張力降低，貯存穩定性變好;隨著(zhù)皂液pH值的升高，界面張力和貯存穩定性分別呈現出變小和變好的趨勢，在pH=11時(shí)，界面張力值最小，貯存穩定性最好;隨著(zhù)締合型增稠劑T用量的增加，油水界面張力先增加后減小，貯存穩定性先變差后變好，兩者最后都趨于穩定。

（3）乳化劑、締合型增稠劑T和羧甲基纖維素鈉對油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的影響由大到小順序為乳化劑、締合型增稠劑T、羧甲基纖維素納，乳化劑是影響油水界面張力和乳化瀝青貯存穩定性的最主要的因素。