乳化沥青提高原油采收率研究进展

乳化沥青具有注入性能好、封堵强度高等优点,作为一种选择性堵剂在油田提高采收率领域比其他化学剂体系更具应用潜力。本文总结了国内乳化沥青堵水体系的开发历程及现场选择性堵水的应用效果。通过调研近年来国内外文献,概述了乳化沥青堵水的作用机理,一种是作为乳液的作用机理,主要是乳液颗粒被变形捕获产生贾敏效应和乳液液滴的机械滞留使水的流动阻力增大;另一种是其分散相也就是乳液破乳后沥青的作用机理,主要是沥青黏附在岩壁上起到的堵水作用。同时,总结了乳化沥青稳定的主要影响因素,包括温度、水相中的电解质浓度和pH值以及分散相中的沥青质,并且论述了各因素影响乳化沥青稳定性的作用机理。最后,详细叙述了乳化沥青应用于油田调剖堵水领域的最新研究进展,研究表明乳化沥青不仅具有优异的封堵效果,还具有独特的封堵选择性。此外,乳化沥青还能与CO_(2)吞吐、泡沫调驱组成复合增产技术进行现场应用,并且指出了乳化沥青应用于调剖堵水领域存在的问题与未来展望。

微表处用水性树脂基改性乳化沥青流变性能

机场道面微表处技术养护品质依赖于其胶结材料性能,为明确水性树脂聚合物掺量对微表处用改性乳化沥青流变特性的影响,制备了微表处用WER/WPU改性乳化沥青与WER/WPU/EVA改性乳化沥青,借助动态剪切流变试验、线性振幅扫描试验和弯曲梁流变试验,探明了不同水性树脂聚合物掺量下改性乳化沥青高温抗变形能力、中温疲劳性能与低温蠕变特性,对比分析了WER/WPU改性乳化沥青与WER/WPU/EVA改性乳化沥青的流变性能,并与现有研究中改性乳化沥青的抗变形、抗开裂能力进行了对比评价。结果表明:掺加树脂聚合物后乳化沥青材料的高温抗变形能力、中温疲劳寿命以及低温柔韧性得到有效提升,提升幅度随水性树脂聚合物掺量增加而提高;WER/WPU/EVA-15改性乳化沥青高温抗变形性能略优于WER/WPU-15改性乳化沥青,但其疲劳特性与低温抗裂性较WER/WPU-15改性乳化沥青略低。文中所研制的树脂基改性乳化沥青具有显著的先进性。

基于响应曲面法的WER-SBR复合改性乳化沥青性能研究

为了定量分析水性环氧树脂(WER)和丁苯橡胶乳液(SBR)对乳化沥青性能的影响,并优化其配合比设计。基于响应曲面法设计了三因素三水平正交试验并以WER掺量、SBR掺量及固化温度为试验变量,以三大指标、车辙因子以及S/m值作为响应指标,利用Box-Behnken模型进行WER-SBR复合改性乳化沥青试验设计,并对试验结果进行回归分析。结果表明:WER能显著提高乳化沥青的高温性能,而低温性能的改善主要得益于SBR的低温柔韧性,固化温度对各响应指标的影响均呈现先增加后减小的变化趋势;当WER掺量为16%,SBR掺量为4%,固化温度为70℃时综合性能最优,其三大指标均满足规范值,高低温性能均优于单一改性乳化沥青和基质乳化沥青;实际试验值与预测值误差均不超过1%,表明改性剂掺量及固化条件可以利用响应曲面法进行设计、优化、预测,且结果具有一定的可靠度。

二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响

为了量化分析现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料性能的影响,基于常规力学性能试验、Overlay Tester反射裂缝试验、低应变水平下的四点弯曲疲劳试验,对比分析了现场铺筑上覆热拌沥青混合料前后乳化沥青冷再生芯样与室内马歇尔试样的力学性能差异。量化分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能及耐久性能的增强效果,并基于工业CT无损检测技术,分析了现场二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料微细观空隙结构的影响规律。结果表明:现行规范推荐的马歇尔二次击实方法并不能很好地模拟现场实际压实状况,现场二次热压实对乳化沥青冷再生混合料力学性能、抗反射裂缝性能和抗疲劳耐久性能均有明显增强作用;现场压实乳化沥青冷再生混合料内部的大空隙数量和等效空隙直径均小于马歇尔击实成型,二次热压实作用对乳化沥青冷再生混合料空隙级配影响显著;现场二次压实作用对乳化沥青冷再生混合料力学性能和疲劳性能的改善机理在于二次压实作用增强了乳化沥青冷再生混合料密实度,降低了微细观空隙直径,改善了微细观空隙级配。

离子乳化剂对乳化沥青稳定性影响的分子模拟

为探究不同离子乳化剂对乳化沥青稳定性产生的不同影响,基于分子动力学模拟,利用Materials Studio软件构建“沥青-乳化剂-水-乳化剂-沥青”双层模型结构,模拟含不同离子乳化剂分子的乳化沥青体系,对比研究阴(SDS)/阳(CTAC)离子乳化剂对乳化沥青稳定性的影响.对比加入不同乳化剂分子后,沥青乳液的相对浓度分布、界面膜厚度、界面形成能以及静电势(ESP)的变化,分析乳化沥青的稳定性.结果表明,相较于加入CTAC乳化剂的沥青乳液,SDS乳化剂更能增大沥青与水之间界面层的厚度,减小两相的界面张力,提高乳化沥青的稳定性;从静电势角度分析,相较于CTAC乳化剂,SDS乳化剂分子烷烃链的静电势极大值更大,更易与静电势为负值的原子相结合.因此,加入SDS乳化剂的乳化沥青,其整体稳定性能要优于加入CTAC乳化剂的乳化沥青.

乳化沥青对超高性能混凝土工程特性及增韧效果的影响

开裂是目前超高性能混凝土(UHPC)的主要破坏形式,增加弯曲韧性是解决UHPC开裂破坏的主要技术途径.为探究乳化沥青在水泥基材中的增韧效果,研究了不同类型及掺量的乳化沥青对UHPC工作性能、力学强度和弯曲韧性的影响.结果表明阴离子乳化沥青和阳离子乳化沥青均会小幅度降低UHPC的工作性能与力学强度,但能有效提升UHPC的弯曲韧性.相较于阳离子乳化沥青,阴离子乳化沥青UHPC的工作性能与力学强度优于阳离子乳化沥青UHPC,增韧效果更显著;综合考虑力学性能及工作性能,推荐使用阴离子乳化沥青,且优选掺量为3%.通过扫描电子显微镜观察掺入乳化沥青后的UHPC微观结构,发现乳化沥青可有效优化混凝土内部结构、填充微裂缝;乳化沥青的黏弹特性能够有效抑制微裂缝的形成与发展.

高固含量冷拌冷铺乳化沥青混合料路用性能分析

为探究高固含量冷拌冷铺乳化沥青混合料路用性能,通过室内试验进行混合料配合比设计,确定混合料矿料级配、最佳拌和水用量及最佳沥青用量,利用力学性能试验、车辙动稳定度试验、弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验对混合料路用性能实施检测。结果显示:经SBS、SBR复合改性后,冷拌乳化沥青混合料力学性能、高温稳定性、低温抗裂性及抗水损性能均得到大幅度提升,符合设计及规范要求。

绿色低碳型乳化沥青胶结料及其聚合物改性方法研究进展

在公路、高铁建设及其养护工程中,乳化沥青技术得到了广泛的应用,因其相比于热拌沥青技术,具有环保及节省能源等优势。乳化沥青胶结料是通过乳化剂表面张力的降低作用,使沥青微小颗粒均匀地稳定分散在水中。这种乳液在常温下具有流动性,可以用于铺筑路面或作为建筑防水材料,从而显著改善施工条件。本文首先从基本概念、分类及优缺点等方面介绍了乳化沥青胶结料,进一步详细介绍了制备原理、工艺及设备,对比了乳化沥不同改性方式的优缺点。然后,阐述了丁苯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)及水性环氧树脂等聚合物改性剂对乳化沥青性能的影响,并对乳化沥青混合料的经济价值进行了分析。最后,对乳化沥青胶结料及其聚合物改性方法研究作出了相关总结,并对其未来发展进行了展望。

基于振动搅拌工艺的乳化沥青冷再生混合料性能研究

乳化沥青冷再生混合料中通常需要掺加少量水泥来提高再生混合料的早期强度,加快取芯进度,本文为了提升冷再生混合料的拌和均质性和性能稳定性,将振动搅拌技术运用于乳化沥青厂拌冷再生的拌和工艺中,提升水泥的分布均匀性,通过扫描电镜来观察水泥-乳化沥青再生料中的胶浆微观形貌,验证水泥在冷再生混合料中的微观作用机理,在保证不降低再生混合料强度、高温性能和抗水损害性能的前提下,进一步减少了水泥用量,降低路面后期产生裂缝的概率。

水性环氧乳化沥青在道路养护工程中的研究进展

水性环氧乳化沥青作为一种新型的绿色环保道路工程养护材料,因其优异的粘结性和路用性能逐渐受到关注。近年来,针对水性环氧树脂的制备、水性环氧乳化沥青的开发及其在道路养护工程中的应用已取得了部分研究成果。基于此,梳理对比了水性环氧树脂体系及水性环氧乳化沥青研究现状及其制备方法,阐述分析了水性环氧乳化沥青及其混合料的路用性能,调查总结了水性环氧乳化沥青在道路养护工程中的应用情况,为进一步推广水性环氧乳化沥青奠定了基础。

水泥乳化沥青混合料路面压实工艺参数研究

为了精准预测水泥乳化沥青混合料路面达到目标密实度所需的压路机压实工艺参数组合,基于该混合料压实流变时变特性及压实Bodner-Partom(B-P)本构模型,采用数值仿真和路面压实试验相结合的方法开展研究。首先对ANSYS进行二次开发得到B-P材料模型,然后将阶段性变化的B-P模型参数代入压实组合仿真分析中,最后开展路面压实试验,进一步得到压实工艺参数优化组合。数值仿真研究结果表明:由仿真结果得到3个低频高幅高速组合,3个组合作用后沿轮宽方向的混合料竖向应变值减小幅度均较大,在路面深度6 cm处的混合料竖向应变衰减幅度值均较小,其中组合六的衰减幅度值为最小,路面目标成型厚度可控制在7 cm以下。路面压实试验表明,组合六(低频高幅高速压实6遍)的有效压实能量偏大,应将组合六的压实遍数优化为:低频高幅高速压实5遍+高频低幅高速压实2遍。

水性环氧-SBR乳化沥青微表处混合料路用性能研究

以水性环氧树脂(WER)和丁苯(SBR)胶乳为乳化沥青改性剂,制备水性环氧-SBR乳化沥青(WESEA),采用蒸发残留物三大指标、旋转黏度、水煮法、湿轮磨耗试验、冻融循环试验、轮辙变形试验,探究水性环氧掺量对WESEA胶结料及其微表处混合料路用性能的影响。结果表明:WESEA胶结料高温性能、黏度与黏附性均随着水性环氧掺量增加而提升;当水性环氧掺量为10%时,WESEA微表处混合料1h湿轮磨耗值、6d湿轮磨耗值分别较SBR改性乳化沥青微表处混合料降低50.2%、44.0%,宽度变形率降低了41.8%;WESEA微表处混合料的耐磨性、抗水损能力以及抗车辙性能均优于SBR改性乳化沥青微表处混合料。

老化条件下聚丙烯纤维改性乳化沥青及其微表处混合料性能分析

为探究老化条件下聚丙烯(polypropylene,PP)纤维改性乳化沥青及其微表处混合料的性能,以丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青为黏结剂,PP纤维为改性剂,对不同老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的流变性能展开研究,通过湿轮磨耗试验、车辙变形试验和低温劈裂试验探究5 d和12 d老化条件对微表处混合料路用性能的影响.研究结果表明:老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的车辙因子和应力敏感性均随老化时间延长而增大,其高温抗车辙能力提升,而承受荷载变化下的弹性恢复能力下降.在2.5%应变幅值时,相较于未改性的乳化沥青,老化后PP纤维改性乳化沥青结合料蒸发残留物的疲劳寿命提高,抵抗疲劳损伤的能力提升明显.在0.2%PP纤维掺量下老化后微表处混合料的黏聚力提升11%,1 h及6 d湿轮磨耗值分别降低32%及25%,轮辙变形率降低46%,低温劈裂抗拉强度提升16%,微表处混合料路用性能得到提升.

高速铁路板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆粘弹性的研究进展

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)是高速铁路CRTSⅠ型和CRTSⅡ型板式无砟轨道的关键工程材料之一,起着调整、支承、传载、减振和吸振的功能。由于CA砂浆中含有乳化沥青,其力学性能具有明显的粘弹性特征。本文综述了CA砂浆在粘弹性试验、粘弹性本构模型和粘弹性数值仿真等方面的研究现状,指出了CA砂浆在粘弹性研究方面的不足。结合CA砂浆的服役环境,从不同配合比及不同影响因素下CA砂浆的粘弹性试验、粘弹性损伤试验及机理、CA砂浆的粘弹性损伤模型及其仿真等方面探讨CA砂浆今后粘弹性研究的主要方向,以期为高速铁路板式无砟轨道CA砂浆的设计优化、服役寿命预测及养护维修提供支撑。

养生条件对掺粉煤灰水泥乳化沥青砂浆收缩及黏弹性能的影响

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)性能易受到养生环境和原材料组成的影响,通过设置的5组养生条件和3种配合比进行CA砂浆收缩率和动态黏弹性能的测试,并采用扫描电镜观察其微观形貌。结果表明:掺加粉煤灰会适当增大CA砂浆的膨胀率,不同养生湿度下砂浆体积变化趋势不同,增大沥灰比、升高养生温度均可改善CA砂浆的体积稳定性;掺粉煤灰CA砂浆的储能模量和损耗模量均随养生温度升高而增大,表现为砂浆刚度提高,变形时内部摩擦力做功增加;掺加粉煤灰能够改善CA砂浆的黏弹性能,其低温抗开裂性、高温抵抗变形能力均有所增强;20℃干养下粉煤灰CA砂浆黏弹性能最优;综合收缩性能和黏弹性能,20℃干养下沥灰比为1.4的粉煤灰CA砂浆性能较优。微观形貌观察的结果显示掺加粉煤灰后CA砂浆沥青膜增厚、孔隙率降低、结构更加致密,这是掺加粉煤灰CA砂浆体积稳定性和黏弹性得以改善的主要原因。

CRTSⅡ型水泥乳化沥青砂浆充填层沥青老化程度及影响

从我国南方一高温多雨地区服役13年和北方一寒冷干燥地区服役11年的运营高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆充填层中取样,提取沥青组分,进行沥青流变性能测试、组分分离、红外光谱分析以及充填层力学性能和抗冻性能测试,研究沥青老化程度及其对充填层服役性能的影响。结果表明:与北方服役11年充填层中沥青相比,南方服役13年充填层中沥青的复数剪切模量、车辙因子、G-R参数、蠕变劲度模量、沥青羰基指数和亚砜基指数均较大,重质成分含量较多,轻质成分含量较少,说明南方服役13年充填层中沥青老化程度更高,但是两个地区充填层中沥青的G-R参数值均小于180,蠕变劲度模量均远小于300 MPa,蠕变速率均大于0.30,说明两个地区沥青老化程度均较低;两个地区充填层抗压强度、抗折强度和剥落量均满足暂行技术条件要求,说明沥青现有老化程度对充填层力学性能与抗冻性能影响较小,两个地区充填层仍具有良好的服役性能。

不同养生龄期下VAE改性乳化沥青冷再生混合料的路用性能

乳化沥青冷再生技术应用于道路工程时,常因养生龄期的限制和冷再生混合料自身水稳定性不足导致出现各种路面病害。以提高冷再生混合料的水稳定性为出发点,采用一种新型的改性剂醋酸乙烯-乙烯共聚物(VAE)对乳化沥青进行改性;探究VAE改性乳化沥青冷再生混合料在较长养生期间其路用性能的变化规律,以普通乳化沥青冷再生混合料为参照,采用干湿劈裂试验、冻融劈裂试验、20℃肯塔堡飞散试验、车辙试验和-10℃弯曲试验综合分析VAE改性乳化沥青冷再生混合料的路用性能,并从微观角度分析VAE改性乳化沥青冷再生混合料性能提升的机理。试验与分析结果表明:养生3~7 d是乳化沥青冷再生混合料发育形成强度的关键阶段;无论从水稳定性、抗剥落性方面还是高低温性能方面,VAE改性乳化沥青混合料的各项性能均优于普通乳化沥青冷再生混合料,具有推广应用价值。

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能及机理分析

乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳开裂性能会影响沥青路面结构层整体服役寿命。为了评价不同增强方式下乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳性能,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青这3种冷再生混合料为研究对象,开展了乳化沥青冷再生混合料中梁试件的四点弯曲疲劳试验,建立了3种乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳方程,揭示了疲劳过程中动态弯拉模量和累积耗散能的演化规律。采用扫描电镜试验获取了乳化沥青冷再生混合料疲劳破坏界面的微观形貌。试验结果表明:动态弯拉模量衰减至初始模量的70%~80%即可能发生断裂。动态弯曲劲度模量比κ越小、累积耗散能越大,疲劳性能越好。SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均可以改善乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。SEM试验揭示了乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能增强机理。研究成果可为乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能提升及其耐久性设计提供参考。

纳米ZnO/SBR复合改性乳化沥青及其微表处混合料性能

为了研究纳米ZnO与SBR对乳化沥青的复合改性效果和路用性能,开展了纳米ZnO/SBR复合改性乳化沥青的性能表征与评价工作,研究纳米ZnO掺量对乳化沥青以及微表处混合料路用性能的影响。研究表明,纳米ZnO对乳化沥青的流体特征(粒度、模量等)产生了明显影响,纳米ZnO掺量为2%、3%时提高了残留物的软化点、不可回复柔量和SPG等级等高温性能;纳米ZnO掺量为0~3%时,乳化沥青的高温等级均能达到SPG70。纳米ZnO改性乳化沥青应用于微表处混合料时,表现出破乳速度快、混合料早期强度高的特点;当纳米ZnO掺量大于2%后,乳化沥青稀浆料的工作性下降,破乳无法控制。

不黏轮乳化沥青试验方法研究

不黏轮乳化沥青是一种解决沥青路面施工中“黏轮问题”的关键材料,其中不黏轮效果是其核心指标。不黏轮效果准确评价对不黏轮乳化沥青推广应用至关重要。该文基于国内外研究成果创新提出两种不黏轮效果试验方法(配重法、压头法),并对多种乳化沥青进行不黏轮效果评价。试验结果表明:两种试验方法(配重法、压头法)能够较好地评价乳化沥青的不黏轮性能且试验结果具有很好的一致性。其中配重法适合于工程现场快速评价,压头法适合于科学研究、试验检测分析。两种试验方法设备简单、操作方便,适用于工程现场、室内研究等多种场景的不黏轮乳化沥青不黏轮效果评价。