技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种改性乳化沥青及其制备方法。
背景技术
高速铁路客运专线是我国交通建设发展的重要方向。板式无砟轨道系统具有精度高、稳 定性与可修复性好的优点，是由预制轨道板、水泥沥青砂浆层、轨道板底座等部分组成。水 泥沥青砂浆是板式无砟轨道的关键组成部分，是由水泥、乳化沥青等多种材料组成并经水泥 水化与乳化沥青破乳成膜共同作用胶结硬化而成的一种有机无机复合材料，由于其硬化体结 构中含有大量的沥青而具有高的温度敏感性，因此其关键组分乳化沥青对温度的适应性将直 接影响到水泥沥青砂浆的温度敏感性。同时我国气候具有明显的地域性特点：东北地区严寒； 华南地区炎热；华北、华中地区，夏季炎热、冬季又十分寒冷，因此为满足我国复杂多变的 气候特点，需开发出一种优良温度适应性乳化沥青。
目前已有水泥沥青砂浆所用乳化沥青采用针入度为40(0.1mm)～140(0.1mm)的普通沥青 乳化而得，其蒸发残留物软化点低、低温延度低，无法满足我国复杂的气候条件。在交通及 建筑行业，为改善沥青乳液温度适应性，一般采用将苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)胶乳 或丁苯橡胶(SBR)胶乳改性剂掺入普通乳化沥青中而制备改性乳化沥青，采用这种“先乳 化，后改性”的制备工艺得到的沥青乳液中改性剂与沥青混合均质性较差，且它们之间难以 产生化学交联，因此对沥青温度稳定性能改善效果十分有限，其蒸发残留物的软化点难以达 到70℃以上，且5℃延度小于20cm，难以满足夏季高温与冬季严寒地区对沥青的使用需求。 目前也有“先改性、后乳化”的沥青乳液制备技术，这种技术采用SBS改性剂制备改性沥青， 然后进行乳化。随着SBS改性剂掺量的增加，沥青的温度适应性范围变宽，但后期乳化的难 度大大增加，主要是制备乳化沥青时沥青加热温度太高，造成热沥青与乳化用皂液混合时将 使皂液严重汽化而难以均匀乳化。因此已有技术至多仅能将SBS掺量不超过3％的改性沥青乳 化。与此同时，为了适应CA砂浆的制备技术要求，还要求制备的沥青乳液具有与水泥相适 应性优良的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种优良温度适应性改性乳化沥青及其制备方法，该改性乳化沥 青具有适应温度差大、储存稳定性优良、与水泥适应性好的特点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种优良温度适应性改性乳化沥青，其特征 在于它由改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂和水组成，各组分占的重量份为：改 性沥青50～60份、复合乳化剂4～10份、稳定剂0.2～1份、pH值调节剂0～2份、水31～ 40份。
所述的改性沥青为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青，苯乙烯丁二烯嵌段共聚 物(SBS)的掺量为沥青质量的3.5％～6％，所述的改性沥青的蜡含量小于2.2％(质量)、饱 和分与芳香分总含量为55％～65％(质量)、密度为1.000g/cm3～1.025g/cm3。
所述的复合乳化剂为阳离子乳化剂或阴离子乳化剂与非离子乳化剂复配而得，阳离子乳 化剂或阴离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为(1～4)∶1；复合乳化剂的亲水 亲油平衡值(HLB值)为10～18；所述阳离子乳化剂为季铵盐类、多胺类、阳离子咪唑啉、 胺化木质素中的任意一种或二种以上的混合，二种以上混合时为任意配比；所述的阴离子乳 化剂为烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐中的一种或二种的混合，二种混合时为任意配比；所述的 非离子乳化剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯(Tween80)、聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯 (Tween85)、烷基酚聚氧乙烯(10)醚(OP-10)中的任意一种或二种以上的混合，二种以上 混合时为任意配比。非离子乳化剂与阳离子乳化剂或阴离子乳化剂复合能增强阳离子乳化剂 或阴离子乳化剂的乳化能力，提高乳液的存储稳定性，降低乳化成本，同时能调节乳化沥青 的破乳时间，改善与水泥的适应性。
所述的稳定剂为无机稳定剂、高分子稳定剂中的任意一种或二种的混合，二种混合时为 任意配比；所述的无机稳定剂为氯化铵或氯化钙；所述的高分子稳定剂为聚乙烯醇、明胶、 纤维素醚中的一种。无机稳定剂通过调节沥青颗粒周围的双电层的离子电位差，增加相互间 的排斥力，增加乳化沥青的稳定性；高分子稳定剂的加入会形成胶体溶液，增加体系黏度， 减缓沥青颗粒的聚结速度，并在沥青颗粒表面形成保护膜，由于空间位阻效应使沥青颗粒处 于良好的分散状态。
所述的pH值调节剂为盐酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种。pH调节剂通过调节 乳液的酸碱度来调节复合乳化剂溶液的离子强度和乳化效果。
所述的水为普通饮用水。
上述一种优良温度适应性改性乳化沥青的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)制备复合乳化剂：按阳离子乳化剂或阴离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的 比为(1～4)∶1，选取阳离子乳化剂或阴离子乳化剂、非离子乳化剂，将阳离子乳化剂或 阴离子乳化剂与非离子乳化剂混合，得到复合乳化剂；
2)按各组分占的重量份为：改性沥青50～60份、复合乳化剂4～10份、稳定剂0.2～1 份、pH值调节剂0～2份、水31～40份，选取改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节 剂和水，备用；
3)将水加热至40℃～70℃后，加入到皂液罐中，再加入pH调节剂、复合乳化剂和稳定 剂，并搅拌使pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂溶解，皂液罐中的温度控制在50℃～70℃， 得到皂液；
4)将改性沥青加入到沥青罐中，加热到170℃～190℃，得到热改性沥青；
5)接通胶体磨使皂液和热改性沥青同时进入磨盘，经过胶体磨磨盘的高速剪切和分散， 从胶体磨磨盘流出的乳液，即为优良温度适应性改性乳化沥青。
所述的胶体磨的磨盘转速为8000r/min～11000r/min，胶体磨的压力控制在0.2MPa～ 0.6MPa。
本发明的有益效果是：本发明制得的改性乳化沥青，其储存稳定性优良，与水泥适应性 好，蒸发残留物软化点大于70℃，5℃延度大于20cm，可适应(夏季地面平均最高气温76℃、 冬季平均气温-22℃的夏热冬冷)高温差地区高性能耐久性水泥沥青砂浆制备(即本发明制 得的改性乳化沥青具有适应温度差大的特点，-22℃～76℃)，也可用于其他地区高性能水泥 沥青砂浆的制备的优良温度适应性乳化沥青。
本发明制得的优良温度适应性改性乳化沥青的关键技术指标：
1、储存稳定性(5d)：＜5.0％；
2、水泥适应性：阳离子乳化沥青，筛上剩余物＜1％；
阴离子乳化沥青，混合物20s内流出试样体积＞70ml；
3、蒸发残留物：软化点(环球法)＞70℃；
延度(5℃)＞20mm。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不 仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
一种优良温度适应性改性乳化沥青，它由改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂 和水组成，各组分占的重量份为：改性沥青50份、复合乳化剂10份、稳定剂0.3份、pH值 调节剂1.1份、水38.6份。
所述的改性沥青为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青，苯乙烯丁二烯嵌段共聚 物(SBS)的掺量为沥青质量的4％，所述的改性沥青的蜡含量为2.0％(质量)、饱和分与芳 香分总含量为60％(质量)、密度为1.01g/cm3。
所述的复合乳化剂为阳离子乳化剂与非离子乳化剂复配而得，阳离子乳化剂或阴离子乳 化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为1.5∶1{阳离子咪唑啉6份、聚氧乙烯山梨糖醇酐 三油酸酯4份}；所述阳离子乳化剂为阳离子咪唑啉(秦皇岛胜利化工有限公司，阳离子咪 唑啉)；所述的非离子乳化剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯(江阴市华元化工有限公司，吐 温85)；复合乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值)为10；
所述的为氯化铵(上海光华化学试剂厂，氯化铵)0.2份和明胶(沧州市金箭明胶有限 公司，工业明胶)0.1份。
所述的pH值调节剂为浓度为37％的浓盐酸(上海光华化学试剂厂，浓盐酸)1.1份。所 述的水为普通饮用水。
上述一种优良温度适应性改性乳化沥青的制备方法，它包括如下步骤：
1)制备复合乳化剂：按阳离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为1.5∶1，选 取阳离子乳化剂、非离子乳化剂，将阳离子乳化剂与非离子乳化剂混合，得到复合乳化剂；
2)按各组分占的重量份为：改性沥青50份、复合乳化剂10份、稳定剂0.3份、pH值 调节剂1.1份、水38.6份，选取改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂和水，备用；
3)将水加热至50℃后，加入到皂液罐中，再加入pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂，并 搅拌使pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂溶解，皂液罐中的温度控制在60℃，得到皂液；
4)将改性沥青加入到沥青罐中，加热到180℃，得到热改性沥青；
5)接通胶体磨使皂液和热改性沥青同时进入磨盘，经过胶体磨磨盘的高速剪切和分散， 从胶体磨磨盘流出的乳液，即为优良温度适应性改性乳化沥青。
所述的胶体磨的磨盘转速为9000r/min，胶体磨的压力控制在0.9MPa。
制备的优良温度适应性改性乳化沥青的性能指标见表1。蒸发残留物软化点大于70℃， 5℃延度大于20cm，可适应(夏季地面平均最高气温76℃、冬季平均气温-22℃的夏热冬冷) 高温差地区高性能耐久性水泥沥青砂浆制备。水泥适应性为0.3％，说明与水泥适应性好。储 存稳定性(5d)/％为1.5，说明其储存稳定性优良。
实施例2：
一种优良温度适应性改性乳化沥青，它由改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂 和水组成，各组分占的重量份为：改性沥青50份、复合乳化剂10份、稳定剂0.2份、pH值 调节剂2份、水37.8份。
所述的改性沥青为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青，苯乙烯丁二烯嵌段共聚 物(SBS)的掺量为沥青质量的5％，所述的改性沥青的蜡含量为1.7％(质量)、饱和分与芳 香分总含量为55％(质量)、密度为1.000g/cm3。
所述的复合乳化剂为阴离子乳化剂与非离子乳化剂复配而得，阴离子乳化剂的重量与非 离子乳化剂的重量的比为7∶3{十二烷基苯磺酸钠7份、烷基酚聚氧乙烯(10)醚3份}；复合 乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值)为11.4；所述的阴离子乳化剂为十二烷基苯磺酸钠(南 京苏如化工有限公司，十二烷基苯磺酸钠)；所述的非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯(10)醚 (OP-10)(上海实诚化工，OP-10)。
所述的稳定剂为纤维素醚(上海润蓬贸易有限公司，纤维素醚MF4)。所述的pH值调节 剂为氢氧化钠(上海光华化学试剂厂，氢氧化钠)。所述的水为普通饮用水。
上述一种优良温度适应性改性乳化沥青的制备方法，它包括如下步骤：
1)制备复合乳化剂：按阴离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为7∶3，选取 阴离子乳化剂、非离子乳化剂，将阴离子乳化剂与非离子乳化剂混合，得到复合乳化剂；
2)按各组分占的重量份为：改性沥青50份、复合乳化剂10份、稳定剂0.2份、pH值 调节剂2份、水37.8份，选取改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂和水，备用；
3)将水加热至70℃后，加入到皂液罐中，再加入pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂，并 搅拌使pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂溶解，皂液罐中的温度控制在70℃，得到皂液；
4)将改性沥青加入到沥青罐中，加热到190℃，得到热改性沥青；
5)接通胶体磨使皂液和热改性沥青同时进入磨盘，经过胶体磨磨盘的高速剪切和分散， 从胶体磨磨盘流出的乳液，即为优良温度适应性改性乳化沥青。
所述的胶体磨的磨盘转速为9000r/min，胶体磨的压力控制在0.5MPa。
制备的优良温度适应性改性乳化沥青的性能指标见表1。蒸发残留物软化点大于70℃， 5℃延度大于20cm，可适应(夏季地面平均最高气温76℃、冬季平均气温-22℃的夏热冬冷) 高温差地区高性能耐久性水泥沥青砂浆制备。水泥适应性为210ml，说明与水泥适应性好。 储存稳定性(5d)/％为1.3，说明其储存稳定性优良。
表1，实施例1、实施例2的优良温度适应性改性乳化沥青的性能
注：“*”表示百分数，“**”表示体积。
从表1可知，实施例1、实施例2制得的优良温度适应性改性乳化沥青具有适应温度差 大、储存稳定性优良、与水泥适应性好的特点。
实施例3：
与实施例1基本相同，不同之处在于：各组分占的重量份为：改性沥青57.6份、复合 乳化剂10份、稳定剂0.3份、pH值调节剂1.1份、水31份。
实施例4：
与实施例2基本相同，不同之处在于：各组分占的重量份为：改性沥青57.6份、复合 乳化剂10份、稳定剂0.3份、pH值调节剂1.1份、水31份。
实施例5：
一种优良温度适应性改性乳化沥青，它由改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂 和水组成，各组分占的重量份为：改性沥青60份、复合乳化剂8.7份、稳定剂0.2份、pH 值调节剂0.1份、水31份。
所述的改性沥青为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青，苯乙烯丁二烯嵌段共聚 物(SBS)的掺量为沥青质量的3.5％％，所述的改性沥青的蜡含量为2.1％(质量)、饱和分与 芳香分总含量为55％(质量)、密度为1.000g/cm3。
所述的复合乳化剂为阳离子乳化剂与非离子乳化剂复配而得，阳离子乳化剂的重量与非 离子乳化剂的重量的比为1∶1；复合乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值)为15.3；所述阳离 子乳化剂为十六烷基三甲基氯化铵；所述的非离子乳化剂为聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯 (Tween80)。
所述的稳定剂为无机稳定剂和高分子稳定剂，二种混合时的重量配比1∶1；所述的无机 稳定剂为氯化铵；所述的高分子稳定剂为聚乙烯醇(分子量为59400)。
所述的pH值调节剂为磷酸。
上述一种优良温度适应性改性乳化沥青的制备方法，它包括如下步骤：
1)制备复合乳化剂：按阳离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为1∶1，选取 阳离子乳化剂、非离子乳化剂，将阳离子乳化剂与非离子乳化剂混合，得到复合乳化剂；
2)按各组分占的重量份为：改性沥青60份、复合乳化剂8.7份、稳定剂0.2份、pH值 调节剂0.1份、水31份，选取改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂和水，备用；
3)将水加热至40℃后，加入到皂液罐中，再加入pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂，并 搅拌使pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂溶解，皂液罐中的温度控制在50℃，得到皂液；
4)将改性沥青加入到沥青罐中，加热到170℃，得到热改性沥青；
5)接通胶体磨使皂液和热改性沥青同时进入磨盘，经过胶体磨磨盘的高速剪切和分散， 从胶体磨磨盘流出的乳液，即为优良温度适应性改性乳化沥青。
所述的胶体磨的磨盘转速为8000r/min，胶体磨的压力控制在0.2MPa。
制得的优良温度适应性改性乳化沥青的技术指标：1、储存稳定性(5d)：＜5.0％；2、水 泥适应性：阳离子乳化沥青，筛上剩余物＜1％；3、蒸发残留物：软化点(环球法)＞70℃； 延 度(5℃)＞20mm。
实施例6：
一种优良温度适应性改性乳化沥青，它由改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂 和水组成，各组分占的重量份为：改性沥青53份、复合乳化剂4份、稳定剂1份、pH值调 节剂2份、水40份。
所述的改性沥青为苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青，苯乙烯丁二烯嵌段共聚 物(SBS)的掺量为沥青质量的6％，所述的改性沥青的蜡含量为1.7％(质量)、饱和分与芳 香分总含量为65％(质量)、密度为1.025g/cm3。
所述的复合乳化剂为阴离子乳化剂与非离子乳化剂复配而得，阴离子乳化剂的重量与非 离子乳化剂的重量的比为4∶1；复合乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值)为16.4；所述的阴 离子乳化剂为十二烷基磺酸钠；所述的非离子乳化剂为聚氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯 (Tween85)。
所述的稳定剂为无机稳定剂和高分子稳定剂，二种混合时的重量配比1∶1；所述的无机 稳定剂为氯化钙；所述的高分子稳定剂为纤维素醚。
所述的pH值调节剂为氢氧化钾。
上述一种优良温度适应性改性乳化沥青的制备方法，它包括如下步骤：
1)制备复合乳化剂：按阴离子乳化剂的重量与非离子乳化剂的重量的比为4∶1，选取 阴离子乳化剂、非离子乳化剂，将阴离子乳化剂与非离子乳化剂混合，得到复合乳化剂；
2)按各组分占的重量份为：改性沥青53份、复合乳化剂4份、稳定剂1份、pH值调节 剂2份、水40份，选取改性沥青、复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂和水，备用；
3)将水加热至70℃后，加入到皂液罐中，再加入pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂，并 搅拌使pH调节剂、复合乳化剂和稳定剂溶解，皂液罐中的温度控制在70℃，得到皂液；
4)将改性沥青加入到沥青罐中，加热到190℃，得到热改性沥青；
5)接通胶体磨使皂液和热改性沥青同时进入磨盘，经过胶体磨磨盘的高速剪切和分散， 从胶体磨磨盘流出的乳液，即为优良温度适应性改性乳化沥青。
所述的胶体磨的磨盘转速为11000r/min，胶体磨的压力控制在0.6MPa。
制得的优良温度适应性改性乳化沥青的技术指标：1、储存稳定性(5d)：＜5.0％；2、水 泥适应性：阳离子乳化沥青，筛上剩余物＜1％；3、蒸发残留物：软化点(环球法)＞70℃；延 度(5℃)＞20mm。
比较实施例1～比较实施例7：各类复合乳化剂制备的乳化沥青性能如表2。表2中改性 沥青SBS掺量为3.5％(占沥青质量比)，沥青的蜡含量为1.8％、饱和分与芳香分总含量为65％、 密度1.025g/cm3。在乳化沥青中各原料所占重量份为：改性沥青55份，稳定剂聚乙烯醇(上 海光华化学试剂厂，聚乙烯醇)0.2份，37％的浓盐酸(上海光华化学试剂厂，浓盐酸)(阳 离子乳化沥青)或NaOH(上海光华化学试剂厂，氢氧化钠)(阴离子乳化沥青)0.8份，改 性沥青加热温度170℃，皂液加热温度60℃，胶体磨磨盘转速8000r/min，胶体磨系统压力 0.2Mpa。
表2不同乳化剂的乳化沥青主要技术性能
注：“*”表示百分数，“**”表示体积。
由表2可知，单独使用一种乳化剂时乳化沥青与水泥适应性较差，不能满足规范要求， 需将阳离子乳化剂或阴离子乳化剂与非离子乳化剂复配。
比较实施例8～比较实施例13：当改性沥青SBS掺量提高时，达到相同粘度时改性沥青 加热温度将提高，因此需提高胶体磨剪切速率同时胶体磨系统压力将增大，以提高皂液的沸 点，防止皂液乳化过程中气化。
表3列出了不同SBS掺量改性沥青乳化工艺参数及技术性能。表3中SBS掺量4％的改性 沥青蜡含量为1.7％、饱和分与芳香分含量62％、密度为1.015g/cm3，SBS掺量5％的改性沥青 蜡含量为1.0％、饱和分与芳香分含量为58％、密度为1.005g/cm3，SBS掺量6％的改性沥青蜡 含量为1.0％、饱和分与芳香分含量为55％、密度为1.000g/cm3。对于阳离子乳化沥青，各原 材料所占重量份为：沥青60份、复合乳化剂阳离子咪唑啉(秦皇岛胜利化工有限公司，阳 离子咪唑啉)与氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯(江阴市华元化工有限公司，吐温85)比例为3∶1， 重量份见表2、1mol/L磷酸(上海光华化学试剂厂，浓磷酸)1份、CaCl2(上海光华化学试 剂厂，氯化钙)0.2份、水为34.3份、33.3份与31.8份。对于阴离子乳化沥青，各原材料 所占重量份为：沥青含量60份、复合乳化剂十二烷基苯磺酸钠(南京苏如化工有限公司， 十二烷基苯磺酸钠)与氧乙烯山梨糖醇酐三油酸酯(江阴市华元化工有限公司，吐温85)比例 为3∶1，重量份见表2、氢氧化钾(上海光华化学试剂厂，氢氧化钾)1份、聚乙烯醇(上 海光华化学试剂厂，聚乙烯醇)1份、水为33.5份、32.5份与31份。
表3不同SBS掺量乳化沥青主要参数
注：“*”表示百分数，“**”表示体积。
本发明各原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举实施例；本 发明的复合乳化剂、稳定剂、pH值调节剂的各具体原料都能实现本发明，在此就不一一列举 实施例；本发明各工艺参数(如温度、压力等)都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。