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高黏乳化沥青制备工艺研究

文档作者：李奕佳黄宏海时敬涛李海明文档来源： 1.中石油燃料油有限责任公司研究院 2.佛山高富中石油燃料油有限责任公司		更新日期： 2026年05月03日	点击数：
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2023年12月石油沥青PETROLEUMASPHALT 第37卷第6期
高黏乳化沥青制备工艺研究
李奕佳'，黄宏海"，时敬涛，李海明²
（1.中石油燃料油有限责任公司研究院，北京100195；2.佛山高富中石油燃料油有限责任公司，佛山528531）
摘要：为了提高改性乳化沥青的黏结能力，基于50号沥青制备的SBS改性沥青开展高
黏乳化沥青制备工艺研究。实验结果表明，添加1.5%SBS的高黏改性乳化沥青的储存稳定
性、蒸发残留物的软化点和延度指标均优于市售的SBS改性乳化沥青。
关键词：硬质沥青高黏乳化沥青储存稳定性SBS
沥青路面国内外普遍采用分层施工的技术，
层与层之间铺筑黏层油，其主要作用是将沥青路
面结构层联结形成整体，共同承担由于荷载、环
境作用产生的应力作用，延长沥青路面服役寿
命，因此层间黏结状态与路用性能关系密切"]
而乳化沥青由于环保、易加工、施工简单等优点
被广泛应用在层间结合部位，用以连接结构层。
普通的乳化沥青以重交沥青为基质沥青，加
人乳化剂，通过机械搅拌的方式实现乳化，主要
用于国省干线、乡村道路等低等级路面，由于其
稳定性差、黏结力弱，对于预防性养护手段的超
薄磨耗层、砂封层以及桥面铺装防水黏结层等特
殊工况的施工情况难以满足要求，而高黏乳化沥
青由于黏结力强的特点被用于上述工况[2]。目
前高黏乳化沥青常用的改性剂包括SBR、SBS两
类，SBR改性乳化沥青对高温性能的提高略逊于
SBS改性乳化沥青，而SBS改性乳化沥青由于稳
定性、高黏力的优势成为制备高黏改性乳化沥青
最佳选择。杨炎生等[3]采用先对基质沥青进行
改性而后乳化的工艺制备得到高黏乳化沥青，并
以其储存稳定性作为考核指标，确定了最佳的
SBS添加量、沥青和乳液温度等工艺条件。龙翔
等[4]利用4.5%SBS改性剂以及1.0%增黏剂为
添加剂，制备出蒸发残留物软化点接近89℃、
延度高达60cm、拉拔黏结强度优良的超薄磨耗
层专用高黏改性乳化沥青。马卫民等[5]通过比
较SBR和SBS改性乳化沥青，发现SBS改性乳
化沥青的蒸发残留物的软化点远远超过前者，在
微表处拌和中表现出优良的综合性能。现有的高
黏乳化沥青制备是采用先改性再乳化工艺，即以
高标号的沥青为基质沥青制备高黏SBS改性沥
青，再对制备得到高黏改性沥青进行乳化，但在
此过程中，SBS的加人量相应增加，一般超过
4.5%，易导致储存稳定性变差，从而影响其路
用性能，本研究尝试采用以低标号50号沥青为
基质沥青进行先改性再乳化，用以提高乳化沥青
储存稳定性和其黏度指标。
1试验部分
1.1试验原料
本试验采用50#基质沥青，6302H线型改性
剂，伊朗抽出油，乳化剂为天龙化工公司生产的
阳离子型快裂乳化剂，pH调节剂盐酸，硬质沥
青的基本性质见表1。
表1硬质沥青基本性质
项目
针入度（25℃）/（10-lmm)
软化点/℃
延度（15 ℃)/cm
动力黏度（60℃）／（Pas)
动力黏度（135 ℃）／（Pa·s)
1.2试验方法
根据交通部《公路工程沥青及沥青混合料
收稿日期：2023-05-20
作者简介：李奕佳（1992一），女，工程师，主要从事道路
工程材料研究。E-mail：gf-liyj@petrochina.com.cn。
指标
49
53
20
315.15
0. 715
30
试验规程》（JTG E20—2011）中 T6502—1993
方法对乳化沥青进行筛上剩余量检测，用
T6505—1993方法检测乳化沥青的储存稳定性。
用珠海欧美克LS-POP（9）激光粒度分析仪测
定了乳化沥青的粒度。
1.3改性乳化沥青的制备
第一步制作皂液：用天平称取一定量的上述
阳离子乳化剂，在55～65℃温度下将乳化剂溶
解到500g水中，用盐酸及其他助剂调节水溶液
pH值为2～~3，待用。称取500g以50号基质沥
青制备的改性沥青样品，并加热至135~145℃。
第二步：启动胶体磨，先用热水预热3遍机器，
随后先加皂液，在搅拌下慢慢将热沥青加人，等
待胶体磨进行1min的乳化，打开阀门取出乳化
项目
针人度（25℃）／（10-lmm)
软化点/℃
黏度（150℃）／（Pa·s)
黏度（160℃）／(Pa·s)
黏度（170℃）／(Pa·s)
表2显示，随着SBS掺量的增加，针人度变
化幅度较小，而软化点不断增加，当SBS用量
为1.5%时，温度越高旋转黏度越小；同一温度
下，逐渐增加SBS用量，旋转黏度呈现先升后
降的规律。因此，需综合考虑针人度与软化点的
变化特点，以及改性沥青乳化的难易程度，最后
确定SBS的加人量为1.5%。
2.2乳化剂优选
乳化沥青在层间工程应用时，须满足快速破
乳且易成型，本研究从三种快裂型阳离子乳化剂
进行优选，编号分别为KZW、LF、LH三型号。
按照乳化剂用量为3%制备乳化沥青，固含量均
为65%，通过乳液状态和1d储存稳定性两个指
标研究乳化剂对改性沥青乳化后的效果，结果见
表3。实验选择乳化剂KZW型开展研究。
2.3乳化剂用量
乳化剂用量少时，易造成乳液中沥青微粒粒
径大小分布不均，乳化沥青的储存稳定性下降；
乳化剂用量多时，增加成本，且降低乳化沥青的
石油沥青
沥青，并降至室温。制备流程见图1。
135~145℃
改性沥青
乳化剂
水
助剂
2丝结果与讨论
2.1改改性沥青的制备
将50#沥青升温到165℃，加人不同比例的
SBS改性剂，在剪切机上研磨约30min，搅拌溶
胀发育5h。其成品的改性沥青基本指标见表2。
表2SBS改性沥青的基本性质
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
技术指标。乳化剂用量对改性乳化沥青储存稳
定性的影响见图2。
表3三种乳化剂对调和沥青乳化效果
乳化剂乳液状态类型
KZW 褐色乳液，乳液均匀，手触摸光滑细腻
LF 暗黑色乳液，手触摸颗粒感明显
LH 黑褐色乳液，手触摸颗粒感明显
12
10
%
86
4
2
0
0.51.01.52.0 2.53.03
乳化剂用量/%
图2乳化剂用量对乳化沥青储存稳定性的影响
图2表明，随乳化剂用量增加，乳化沥青贮
2023年第37卷
胶体磨乳化沥青
皂液
55~65℃
图1乳化沥青制备流程
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储存
稳定性/%
2.3
破乳分层
破乳分层
3.54.04.5
第6期
存稳定性首先表现为下降趋势，究其原因是：乳
化剂对油、水和空气的三相界面张力影响较大，
当增加乳化剂的用量时，可以降低油水的界面张
力，提高乳化作用，使沥青更容易被分散，增强
了沥青储存稳定性；在乳化剂的用量增加到一定
程度之后，油水界面张力的变化会变得很平稳，
储存稳定性的变化也会变得很平稳[6]。通过图2
可知，乳化剂的用量增加到3.0%时，已满足工
程储存的要求，若再增加乳化剂用量，储存稳定
性增加程度有限，且对乳化沥青的破乳不利，因
此乳化剂较为合理的用量为3.0%。
2.4乳化温度
高黏乳化沥青在乳化过程中若出现温度过
低，会导致沥青和皂液的流动性较差，机械搅拌
过程中沥青和皂液不能充分接触，使得沥青不能
得到完全乳化；如果温度太高，又很容易把水蒸
发，引起爆沸，进而使改性沥青聚结，造成油水
分离。为此需研究温度对改性沥青及乳化剂储存
稳定性的影响。
2.4.1改性沥青温度
沥青温度变化对改性乳化沥青储存稳定性的
影响见图3。从图3可以看出，在改性沥青的温
度为155～185℃时，改性乳化沥青储存稳定性
随着改性沥青温度的提高，呈现出先减小后略微
增大的趋势。这是由于沥青温度上升时，其黏度
将下降，通过胶体磨的乳化沥青分散效果越好，
根据斯托克斯公式u=2Apgr²/9m可知，随着沥
青颗粒粒径的减小，其沉降性也随之降低，储存
稳定性越高；随着温度进一步升高，沥青黏度对
于胶体磨的乳化能力增加程度减弱，而当温度过
高时，乳化过程中改性沥青颗粒团聚结块，加快
了乳化过程中的爆沸现象，胶体磨难以分散，因
此较为合理的温度为170℃。
5
%
4
3
2
1
0
150
图3改性沥青温度对改性乳化沥青储存稳定性的影响
李奕佳等高黏乳化沥青制备工艺研究
2.4.2乳化剂溶液温度
高黏改性乳化沥青的乳化剂溶液温度对储存
稳定性的影响如图4所示。由图4可知，乳化剂
在温度较低时，随温度的升高，储存稳定性呈先
下降后上升的趋势。这是由于在沥青和乳化剂溶
液同时进入胶体磨的情况下，当热沥青遇到低温
乳化剂时，沥青温度降低，黏度变大，胶体磨难
以分散；但是，当乳化剂溶液的温度过高（75
℃）时，乳化过程中很容易出现爆沸现象，从
而导致了乳化沥青中沥青微粒集聚的趋势增大，
储存稳定性变差。从图4可以看出，在60～70
℃范围内乳化剂溶液较为事宜。
2.5
%
2.0
1.5
1.0
0.5F
0
50
图4乳化剂溶液温度对改性乳化沥青储存稳定性影响
2.5稳定剂类型及用量
为考察最佳的稳定剂种类及掺量，用4%
KZW乳化剂配制乳化沥青，采用后掺法分别将
羟乙基纤维素（Hec）、氯化钙（CaCl²）、纳米
二氧化硅（SiO,）加人到乳化沥青中，利用乳化
效果和1d储存稳定性来选择最佳稳定剂。
四种稳定剂对乳化沥青乳化效果的影响如图
5所示。从图5中可以看出，在添加了不同的稳
定剂之后，乳化沥青的平均粒径都得到了提高，
其中，氯化钙对乳化沥青平均粒径的影响最大，
并且大颗粒数量较多，羟乙基纤维素对乳化沥青
平均粒径的影响最小。
四种稳定剂对乳化沥青1d储存稳定性的影
响如图6所示。从图6中可以看出，四种乳化沥
青的1d储存稳定性指标都达到了标准，但与未
添加稳定剂的原样乳化沥青相比，添加CaCl稳
定剂对其储存稳定性有不利影响，而添加羟乙基
纤维素等增稠剂储存稳定更好。造成上述现象的
160 170
温度/℃
31
60 70
温度/℃
180 190
80
原因是：氯化钙稳定剂导致平均粒径增加，大粒
子增加，与原始样品相比，其黏度变化不大，最
32
后造成储存稳定性降低；但是，羟乙基纤维素和
纳米二氧化硅对乳化沥青平均粒径的影响不大，
并且还具备一定的增稠效果，对颗粒运动产生影
响，也降低了沥青颗粒碰撞聚集的风险，进而提
高了乳化沥青的储存稳定性。
20
15
%业
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粒径
图5不同稳定剂对乳化沥青乳化效果的影响
0.4
%
0.3F
0.2
0.1
4%KZW0.2%SiO,.0
稳定剂类型
图6不同稳定剂对乳化沥青1d储存稳定性的影响
2.6改性乳化沥青性能验证
基于以上确定的优化生产条件制备高黏乳化
沥青，即SBS改性剂加人量1.5%，有机增稠剂
加人量为0.04%，氯化钙加人量为0.15%，乳
化剂为加人量为3%，乳化剂溶液为65℃，检
测结果见表4，参照JTGF40—2004改性乳化沥
青技术要求，并与市售高黏乳化沥青比较发现，
石油沥青
制备出的高黏乳化沥青在储存稳定性、黏度、软
化点、延度等技术指标均优于市售的高黏乳化沥
青，证明了基于50号沥青的SBS改性乳化沥具
有优异的性能。
表4改性乳化沥青性能指标
4%KZW 项目 自制乳 00..32%%CSaioC,l,
0.3%Hec
10 100
粒径/um
(a) 粒径分布
稳定剂类型
0.3%CaCl,0.3%Hec
2023年第37卷
F40中改性乳化化沥青 市售 沥青要求PCR
破乳速度快裂快裂
颗粒电荷+
筛上剩余量(1.18mm)/% 0
恩格拉黏度8.1
1 d储存稳定性/% 0
5d储存稳定性/% 1.5
固含量/% 60. 2
针人度(25 ℃)/(10 -lmm) 38
软化点/℃ 62
延度(25℃) /cm 26
溶解度/% 99.5 99.0
3结论
（1）基于50号沥青制备的改性乳化沥青，
储存稳定性随乳化温度升高呈先降低后增加的趋
势，随乳化剂用量的增加均呈现降低趋势。
（2）无机氯化钙和羟乙基纤维素两类助剂
可以改善强黏结力改性乳化沥青的储存稳定性。
（3）高黏改性乳化沥青最佳制备工艺条件
为：SBS改性剂加人量1.5%，有机增稠剂加人
量为0.04%，氯化钙加人量为0.15%，乳化剂
加入量为3%，乳化剂溶液为65℃。
（4）在最佳工艺条件下制备的高黏乳化沥
青，在储存稳定性、黏度和软化点等指标上均优
于市售的高黏乳化沥青技术指标。
参考文献
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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
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[5］马卫民，赵石磊，丁春，等．高性能乳化沥青的研
究[J】：石油沥青，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．高黏乳化沥青制备工艺研究
[6］赵品晖，范维玉，董爽，等．阴离子乳化沥青稳定
性与油水界面张力的关系［J】，中国石油大学学
报（自然科学版），2012，36（3）：175－179.
Emulsified Asphalt
. lli
33
11
(上接第18 页)
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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