采用旋转滴界面张力法和残留物含量差值法考察阴离子乳化剂、助剂和皂液pH值等对皂液－沥青甲苯模拟油界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响。结果表明:乳化剂、助剂和皂液pH值等对油水界面张力和贮存稳定性的影响规律是一致的，两者呈现出较好的相关性;随着乳化剂和羧甲基纤维钠用量的增加，油水界面张力降低，贮存稳定性变好;随着皂液pH值的升高，界面张力和贮存稳定性分别呈现出变小和变好的趋势，在pH=11时，界面张力值最小，贮存稳定性最好;随着缔合型增稠剂T用量的增加，油水界面张力先增加后减小，贮存稳定性先变差后变好，两者最后都趋于稳定;乳化剂和助剂对油水界面张力和贮存稳定性的影响的由大到小顺序为乳化剂SD-2、缔合型增稠剂T、羧甲基纤维素钠。

水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）由水泥、沥青乳液、砂和多种外加剂组成，是经水泥与沥青共同作用胶结硬化而成的一种新型有机无机复合材料。乳化沥青是CA砂浆的关键组成材料，乳液的稳定性是影响CA砂浆用乳化沥青性能的关键因素。笔者针对CA砂浆用阴离子乳化沥青的特点，考察乳化剂、助剂和皂液pH值等对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响。

1试验

1.1试验原材料与设备

基质沥青选用中石油的昆仑AH-70沥青;乳化剂为烷基芳基磺酸盐类慢裂快凝型高铁CA砂浆专用阴离子乳化剂SD-2，助剂选用20℃黏度为0.800～1.2 Pa·s的羧甲基纤维素钠（CMC）和聚氨酯类缔合型增稠剂T;pH调节剂选用化学纯的盐酸和氢氧化钠;生产乳化沥青的设备（胶体磨）为美国DALWORTH道维施型试验室改性沥青/乳化沥青组产设备;界面张力和乳化沥青贮存稳定性分别采用Kibron公司生产的dIFT型全量程界面张力仪和上海昌吉生产的SYD-0655型乳化沥青贮存稳定性试验仪进行测定。

1.2试验方法

1.2.1乳化沥青的制备

按照一定配比配制皂液，调节到适当的pH值并加热到一定的温度，然后将皂液和加热熔融的沥青一起经过胶体磨，即可制得乳化沥青。

1.2.2界面张力的测试

配置沥青甲苯模拟油，改变皂液的配比和pH值等，用TX-500型全量程界面张力仪在50℃恒温条件下用旋转滴法测定皂液与沥青甲苯模拟油的界面张力。

1.2.3乳化沥青贮存稳定性的测试

将乳化沥青注入250 mL的乳化沥青贮存稳定性试验仪中，在25℃下贮存5 d，分别从上部和下部取样测其蒸发残留物含量。以上部和下部所得蒸发残留物含量的差值表示乳化沥青的贮存稳定性，差值越小稳定性越好，否则越差。

2油水界面张力和稳定性的影响因素

2.1乳化剂

沥青分散到水中要克服较大的界面张力，沥青分散成小的颗粒时其表面积显著增加，产生的沥青乳液具有较高的能量状态，也不稳定，因此在生产乳化沥青时必须加入乳化剂来降低油水界面张力。选用高铁专用阴离子乳化剂SD-2，配置不同乳化剂质量分数的皂液，测定皂液与沥青甲苯模拟油的界面张力，并分别制备乳化沥青测定其贮存稳定性，考察乳化剂用量对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响，结果见图1。

由图1可以看出:乳化剂用量对体系的界面张力和乳化沥青的贮存稳定性影响明显;体系界面张力和乳化沥青贮存稳定性随着乳化剂用量的变化趋势相同，两者呈现出较好的相关性，说明体系的油水界面张力是影响乳化沥青贮存稳定性的主要原因之一。

当乳化剂的用量较少时，乳化剂不能使油水界面张力充分降低，沥青和水几乎是直接接触的，乳化效果不好，所以稳定性差。随着乳化剂用量的增加，油水界面张力开始趋于稳定，此时沥青乳液逐渐趋向于稳定状态，乳化剂分子的亲水和亲油基团分别和水、沥青结合。再增加乳化剂的用量，沥青乳液稳定性的变化不大，说明沥青乳液中乳化剂的含量已经达到临界值。从图1可以看出乳化剂SD-2的质量分数为4%时才能在乳化沥青中达到临界值。

图1乳化剂用量对界面张力和贮存稳定性界面张力的影响

2.2皂液pH值

阴离子乳化剂SD-2为烷基芳基磺酸盐型表面活性剂，活性组分为芳基磺酸根离子，pH值影响阴离子基团的电离程度，进而影响乳化剂的乳化效果。选用浓盐酸和NaOH调节质量分数4.0%SD-E皂液体系的pH值，测定不同pH值的皂液体系与沥青甲苯模拟油的界面张力和使用不同pH值的皂液制备的乳化沥青的贮存稳定性，结果见图2。

图2皂液pH值对界面张力和贮存稳定性界面张力的影响

由图2看出:pH值对油水界面张力和乳化沥青的贮存稳定性均有较大的影响，二者呈现出较好的相关性，即随着皂液pH值的增加油水界面张力减小，乳化沥青的贮存稳定性变好，并在pH=11处出现极值点。这说明皂液pH值对乳化沥青贮存稳定性的影响是通过其对界面张力的影响来实现的。当pH值较低时，皂液中的H+浓度较大，抑制了烷基芳基磺酸盐的电离，界面上吸附的活性基团较少，使得界面张力较大。随着pH值的增加，皂液中OH－浓度增加，促进了烷基芳基磺酸盐的电离，在pH=11时，界面上吸附的负电基团达到饱和，界面张力减小到极小值，同时OH－与沥青中的酸性物质（HB）生成有机皂，有机皂与乳化剂中的烷基芳基磺酸基发生协同效应，使得界面张力值下降，乳化沥青的贮存稳定性变好。

总体来说，从皂液酸碱度来看，碱性条件更利于乳化沥青的贮存稳定性，与模拟油试验结果一致。

2.3缔合型增稠剂

研究表明，在乳化沥青中加入缔合型增稠剂T，能够使得使用这种乳化沥青制备的CA砂浆具有良好的施工和易性，能够有效降低CA砂浆的分离度，避免CA砂浆泌水、分层等不利病害的发生。缔合型增稠剂T是制备高性能CA砂浆用乳化沥青不可或缺的一种助剂。

在乳化剂SD-2的质量分数为4.0%、pH值为11时，考察缔合型增稠剂T用量对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响，结果见图3。

图3缔合型增稠剂T对油水界面张力和贮存稳定性的影响

由图3看出:随着缔合型增稠剂T用量的增加，油水界面张力先增加后减小，乳化沥青贮存稳定性先变差后变好，两者的变化趋势一致，并且均在缔合型增稠剂T质量分数为0.5%时出现极值点，此时油水界面张力最大，乳化沥青的贮存稳定性最差。

缔合型增稠剂T的作用机制主要得益于其特殊的“亲油—亲水—亲油”形式的三嵌段聚合物结构，链端为亲油基团（通常为脂肪烃基），中间为水溶性的亲水链段（通常为较高分子量的聚乙二醇）。这种特殊的结构使得亲油基在不同的沥青颗粒表面发生吸附，这就与乳化剂中的活性成分产生竞争吸附。在一定的质量分数范围内，随着增稠剂质量分数的增大，增稠剂分子在沥青微粒表面的吸附量逐渐增多，乳化剂活性成分在沥青微粒表面的吸附量减少，使得界面张力值增大，在缔合型增稠剂T质量分数为0.5%时达到极大值。当增稠剂用量逐渐增大时，亲油基会缔合成胶束，使得增稠剂分子在沥青微粒表面的吸附量逐渐减少，乳化剂分子重新吸附在沥青微粒表面，界面张力值降低。当增稠剂质量分数增大到一定值时，亲油基之间的缔合作用和在沥青颗粒表面的吸附作用达到平衡，界面张力也趋于稳定。

2.4羧甲基纤维素钠

羧甲基纤维素钠（CMC）是一种性能优良的增稠剂，可以将其添加到CA砂浆用阴离子乳化沥青中作为稳定剂与缔合型增稠剂T复配使用。

在乳化剂SD-2质量分数为4.0%、缔合型增稠剂T质量分数为0.6%、pH值为11时，考察羧甲基纤维素钠对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响，结果如图4所示。

图4羧甲基纤维素钠对油水界面张力和贮存稳定性的影响

由图4看出:随着羧甲基纤维素钠质量分数的增大，界面张力值逐渐减小，乳化沥青稳定性逐渐变好，两者呈现出较好的相关性。

从分子结构上来看，羧甲基纤维钠也属于表面活性剂的范畴，具有一定的乳化能力。因此，羧甲基纤维素钠与乳化剂SD-2具有较好的协同效应，在较低的质量分数时就能够显著降低界面张力值，改善乳液的贮存稳定性。

2.5正交试验

乳化剂SD-2，缔合型增稠剂T和羧甲基纤维钠等是CA砂浆阴离子乳化沥青中最关键的3种组分，对乳化沥青的性能起着决定性的影响。为了比较对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响，采用L9（34）正交试验的方法进行优化设计，因素水平见表1。

表1正交试验因素与水平

根据正交试验表，配制不同配合比的皂液，调节pH值为11，制备乳化沥青测定其贮存稳定性，并测定不同配合比的皂液与沥青甲苯模拟油的界面张力，结果见表2。对试验结果进行对比分析和极差分析，结果见表3。

表2正交试验结果

表3正交试验结果对比分析和极差分析

由正交试验分析结果可知，乳化剂SD-2、缔合型增稠剂T和羧甲基纤维素钠等对油水界面张力和乳化沥青的贮存稳定性的影响规律一致，两者仍然能够呈现出较好的相关性。由极差分析可知，影响界面张力和贮存稳定性的因素由大到小顺序为乳化剂SD-2、缔合型增稠剂T、羧甲基纤维素钠。

结论

（1）油水界面张力和乳化沥青的贮存稳定性呈现出较好的相关性，油水界面张力是影响乳化沥青贮存稳定性的主要原因之一。

（2）随着乳化剂和羧甲基纤维钠用量的增加，油水界面张力降低，贮存稳定性变好;随着皂液pH值的升高，界面张力和贮存稳定性分别呈现出变小和变好的趋势，在pH=11时，界面张力值最小，贮存稳定性最好;随着缔合型增稠剂T用量的增加，油水界面张力先增加后减小，贮存稳定性先变差后变好，两者最后都趋于稳定。

（3）乳化剂、缔合型增稠剂T和羧甲基纤维素钠对油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的影响由大到小顺序为乳化剂、缔合型增稠剂T、羧甲基纤维素纳，乳化剂是影响油水界面张力和乳化沥青贮存稳定性的最主要的因素。