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齐鲁70 齐鲁90 镇海70 镇海90 西安90 塔化90 辽河70 辽河90
克拉玛依70
克拉玛依90
18.99
17.1 17.6
26.50
32.1 31.1
54.40
37.1 38.2
0.11
7.0 6.4
中海70 中海90
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.1 石油沥青的组成结构及特性
84.83
77.44 85.8 84.00 83.52 84.41 81.9 81.8 79．06 82．20 76．05 84．46
9.73
8.46 11.41 10.75 12.53 10.29 9.93 8.62 10．01 9．16 8．18 11．26
2.18
2.86 0.55 0.70 0.39 1.29 1.33 0．74 1．90 2．39 0．47
3 乳化沥青的性能及其主要影响因素
3.1 乳化沥青的性能指标
（1）道路乳化沥青品种及适用范围
分类 阳离子 乳化沥青 品种及代号 PC-1 PC-2 PC-3 BC-1 PA-1 阴离子 乳化沥青 非离子 乳化沥青 PA-2 PA-3 适用范围 表处、贯入式路面及下封层用 透层油及基层养生用 粘层油用 稀浆封层或冷拌沥青混合料用 表处、贯入式路面及下封层用 透层油及基层养生用 粘层油用
乳化沥青在发达国家得到广泛应用。原因：
● 环保，节省能源、节省资源 ●
在公路修建、养护技术中，很多都适合使用甚至只 能使用乳化沥青作为结合料
● 乳化沥青技术的发展，使乳化沥青质量不断提高 ● 乳化沥青应用新技术也在不断涌现
1 乳化沥青的概念及应用
1.2 乳化沥青的应用领域
● 道路
●
高速铁路
● 金属材料防腐
2 乳化沥青的制备方法
2.4 实验胶体磨
Mill in stainless steel （中国石油大学）
2 乳化沥青的制备方法
2.4 实验胶体磨
DALWORTH乳化/改性沥青装置(中国石油大学)
2 乳化沥青的制备方法
2.5 乳化沥青制备工艺流程
乳化沥青制备工艺流程
2 乳化沥青的制备方法
2.5 乳化沥青制备工艺流程
阳离子乳化沥青制备工艺流程
乳化沥青中型装置（中国石油大学）
2 乳化沥青的制备方法
2.6 乳化剂
乳化剂的作用： ● 降低界面张力 ● 改善界面膜性质
● 使沥青微粒带电
主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8 乳化沥青的概念及应用 乳化沥青的制备方法 乳化沥青的性能及其主要影响因素 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响 乳化沥青的破乳及其影响因素 乳化沥青的新用途 结语
3 乳化沥青的性能及其主要影响因素
3.3 影响乳化沥青稳定性的主要因素
乳化沥青属热力学不稳定体系。制备及应用中稳定与 破乳是矛盾的，不同应用体系对稳定性要求不一。 主要影响因素包括：
● 沥青（改性沥青）的性质：组成、结构 ● 乳化剂、稳定剂、助剂 ● 水质：无机盐类 ● 乳化设备：搅拌、剪切、研磨——粒度及分布
乳化沥青的生产原理及新用途
范维玉（教授、博导）
中国石油大学（华东）
二O一四年九月
主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8 乳化沥青的概念及应用 乳化沥青的制备方法 乳化沥青的性能及其主要影响因素 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响 乳化沥青的破乳及其影响因素 乳化沥青的新用途 结语
主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8 乳化沥青的概念及应用 乳化沥青的制备方法 乳化沥青的性能及其主要影响因素 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响 乳化沥青的破乳及其影响因素 乳化沥青的新用途 结语
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
石油沥青：
原料：减压渣油 特点：黑色固态或半固态粘稠物质 主要用途：道路建设、建筑工程、水利工程、 油田、管道防腐、电器绝缘、油漆、农林等
沥青质
酸性分 碱性分
6601.24
1217.46 9219.65
3331.91
771.67 8636.10
两性分
中性分 沥青
6308.53
728.55 3399.00
4983.56
313.96 2736.00
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.2 石油沥青各组分的结构及特性-红外光谱
极性四组分的饱和分中无明显的芳环和杂原子官能团吸收峰，而以－ CH2－链的吸收(2920 cm-1, 2870 cm-1 ) 为主；芳香分中有明显的芳烃吸 收峰(1608.6cm-1)；胶质、沥青质中明显出现杂原子吸收峰(C=O 1700cm-1, N-H、O-H 3300cm-1)。
● 建筑屋面及洞库防水
● 油田
● 农林、沙漠治理 ● 新型建材
主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8 乳化沥青的概念及应用 乳化沥青的制备方法 乳化沥青的性能及其主要影响因素 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响 乳化剂类型及其对沥青乳化性能的影响 乳化沥青的破乳及其影响因素 乳化沥青的新用途 结语
1.1 乳化沥青的概念
（2）为什么要将沥青乳化？ 石油沥青在常温下是一种半固体粘稠状物质，必须首先将其转变 为液态方可在工程中应用。
沥青转化为液体的主要方法： 加热融化 溶剂稀释 加水乳化 考虑的因素：施工性能、成本、环保、沥青性能
1 乳化沥青的概念及应用
1.1 乳化沥青的概念
（3）乳化沥青的优势
2 乳化沥青的制备方法
2.1 沥青乳化的基本原理
DEFORMATION RUPTURE/CAPTURE
RULE OF THUMB: R ∝σ/E
PARTICLE SIZE, R, IS PROPORTIONAL TO SURFACE TENSION, σ, DIVIDED BY MILLING ENERGY,E
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.1 石油沥青的组成结构及特性
石油沥青的分离方法： 按极性和官能团分离： 氧化铝、硅胶、离子交换树脂（IEC） 按分子量分离： 体积排出色谱、高压液相色谱（HPLC） 两维分离： 以上两种分离方法的结合
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.1 石油沥青的组成结构及特性
2 乳化沥青的制备方法
2.2 沥青乳化的基本条件：
加热：熔化沥青（热能） 胶体磨：进行研磨（机械能） 乳化剂：降低界面张力（化学能）
2 乳化沥青的制备方法
2.3 胶体磨及基本结构：（colloid mill ）
润滑油系统压力表
胶体磨后轴温度表 胶体磨前轴温度表
实验室小型胶体磨
DALWORTH高剪切胶体磨
3 乳化沥青的性能及其主要影响因素
乳化沥青体系的特点：
● 热力学不稳定体系（乳状液）
● 不能从根本上改变沥青性能（物理分散） ● 乳化沥青的稳定与破坏（破乳） 沥青乳化过程关注的核心
3 乳化沥青的性能及其主要影响因素
3.1 乳化沥青的性能指标
乳化沥青性能指标体系与用途密切相关 道路乳化沥青指标体系相对比较成熟
孤 岛 沥 青
极性 组分
官能 团组 分
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.2 石油沥青各组分的结构及特性-酸值
两种沥青及其组分的酸值测定结果
酸值/(mg· g-1) 组分 胶质
沥青质 酸性分 碱性分 两性分 中性分
沥青
辽河沥青 1.569 10.842 69.950 0.451 37.650 0.243
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.2 石油沥青各组分的结构及特性-元素组成
两种沥青及其组分的元素组成
沥青 组 分 辽 河 沥 青 沥青 饱和分 芳香分 胶质 沥青质 官能 酸性分 团组 碱性分 分 极性 组分 两性分 中性分 沥青 饱和分 芳香分 胶质 沥青质 酸性分 碱性分 两性分 中性分 C×102 86.29 85.62 86.96 79.43 84.6 80.7 H×102 10.60 12.72 10.40 9.35 8.76 10.03 N×102 0.97 0.45 1.46 1.80 1.34 元 素 组 成 S×102 0.34 0.15 0.55 0.26 0.25 0.36 O×102 1.80 1.51 1.64 9.50 4.59 7.57 H/C原子比 1.47 1.77 1.42 1.40 1.23 1.48
孤岛沥青 1.821 2.887 77.546 1.035 42.227 1.138
沥青
8.285
3.448
4 沥青组成结构及对沥青乳化性能的影响
4.2 石油沥青各组分的结构及特性-碱氮值
两种沥青及其组分的碱氮值测定结果 g-1) 沥青 组分 碱氮值/(ug· 胶质 辽河沥青 4622.11 孤岛沥青 3589.12
四组分含量
组分
几种石油沥青的四组分含量 饱和分 9.8 10.5 9.3 8.0 18.5 23.4 17.36 19.64 16.53 芳香分 48.9 50.7 47.3 51.2 38.9 37.0 34.47 34.68 27.59 胶质 29.6 28.3 33.7 31.8 25.0 22.3 42.16 40.07 55.74 沥青质 11.7 10.5 9.7 9.0 17.6 17.3 6.01 5.61 0.14
乳化沥青有其特殊性，是针对工程设计的产品，没 有固定的配方，满足材料技术指标要求并不能说明可以 满足工程应用要求。
3 乳化沥青的性能及其主要影响因素
3.1 乳化沥青的性能指标
（3）乳化沥青技术指标体系 技术指标分类：交通部部颁标准中的乳化沥青技术 指标，可以归纳为三类： ● 生产性能指标：筛上剩余量，贮存稳定性 ● 施工性能指标：粘度、离子电荷，破乳速度 ● 路用性能指标：蒸发残留物性质，粘附性， 拌和试验