泡沫瀝青發泡特性及其冷再生混合料水穩性能研究

2019-06-11 11:32:31白錦霞

中國房地產業·下旬 2019年1期

【摘要】通過對中海油70#基質瀝青進行發泡試驗，分析發泡特性，確定瀝青發泡最佳條件，并在添加水泥和不添加水泥進行混合料強度對比，試驗表明，添加水泥能夠有效改善泡沫瀝青混合料水穩定性，使其水穩定性更好。

【關鍵詞】發泡原理；發泡特性；水泥摻量；水穩定性能

泡沫瀝青作為一種瀝青類的粘結劑，已經成為一種常用的冷再生方法。以泡沫瀝青作為再生劑，將舊瀝青路面的銑刨料加工后重復利用，根據需要加入部分新骨料、填料、水等，在常溫下拌和即可形成泡沫瀝青冷再生混合料，節約能源，操作簡單。因為泡沫瀝青冷再生技術具有污染少、節能、成本低等優點，得到廣泛的關注和研究。20世紀90年代以來，在歐洲國家、美國、南非積極推廣節能環保的技術，已經有許多成功的經驗。隨著中國經濟技術的快速發展，公路建設也得到了迅速的發展，因此，維修公路進入了一個新的時期，重視減少污染、節約資源、降低成本是未來高速公路面臨的一大問題。泡沫瀝青混合料再生技術的應用與發展，可以有效地解決這個問題。

1、瀝青的發泡原理和發泡特性

1.1發泡原理

當冷水滴與高溫瀝青（140℃以上）接觸時，冷水滴與熱瀝青表面發生熱量交換，從而使水滴加熱但瀝青冷卻，當瀝青傳遞的熱量超過蒸汽潛熱時，導致體積膨脹，產生蒸汽。蒸汽泡在一定的壓力下壓入瀝青的連續相，瀝青就會產生細微的泡沫，并依靠泡沫薄膜的表面張力使氣泡完全裹覆。

泡沫瀝青并不改變瀝青本身的各種物理性質，僅是利用汽化階段瀝青體積增大，粘度暫時降低的有利條件，在不增加瀝青用量的情況下，有效地增大瀝青同礦料的裹覆面，改善瀝青與礦料拌和的和易性，減少瀝青混合料中自由瀝青膜的厚度，提高瀝青混合料的質量，從而節省瀝青用量。

1.2發泡特性

瀝青發泡特性的評價指標有膨脹率、半衰期、發泡指數。由于發泡指數較為復雜、不易操作，此次采用膨脹率和半衰期兩個指標評價瀝青的發泡特性。

膨脹率是指瀝青在發泡狀態下測量的最大體積與未發泡狀態下的體積之比；半衰期是指泡沫瀝青從最大體積縮小至該體積一半所用的時間。通常，這兩個指標無法同時達到最優，一般認為，最好的發泡性能出現在膨脹率和半衰期都較好之時。此次采用70號基質瀝青進行發泡，分別測定140℃、150℃、160℃、170℃四個溫度條件和1%、2%、3%、4%、5%五個含水量條件下的膨脹率和半衰期。試驗結果如下：

由上表可以看出，在相同的發泡用水量下，溫度對膨脹率的影響不大，但隨著溫度的升高，半衰期呈現減小趨勢；在相同的溫度條件下，隨著發泡用水量的增加，膨脹率明顯增大，半衰期明顯變小。

目前，膨脹率大于10，同時半衰期不低于12s是被普遍接受的條件，因此，綜合考慮膨脹率和半衰期這兩個指標，中海油70號基質瀝青的最佳發泡條件為：瀝青發泡溫度選擇160℃，發泡用水量選擇2%，此時的膨脹率為13.7，半衰期為11.8s。

2、泡沫瀝青混合料設計

2.1集料及級配選擇

本次試驗研究采用舊路面銑刨材料進行冷再生使用，首先對RAP料進行級配分析。泡沫瀝青提供的級配范圍很寬，目前，不同研究機構對級配范圍的界定略有不同，但普遍認為0.075mm以下集料的含量對泡沫瀝青混合料特性有顯著影響，一般建議控制在5%～20%范圍內，易于泡沫瀝青的分散，更能充分發揮其膠結作用。此次采用目前被普遍公認的德國Wirtgen公司建議的級配范圍，根據加入水泥劑量不同將泡沫瀝青穩定材料分為2類，即不添加水泥和水泥劑量為1.5%，水泥為P·O32.5級。礦料比例及合成級配如下表2-1及表2-2所示：

2.2拌合用水量的確定

拌合及壓實過程中的含水量是泡沫瀝青混合料設計中最重要的指標，采用重型擊實試驗確定泡沫瀝青混合料的最佳含水率和最大干密度。試驗結果如下表2-3所示。

2.3最佳瀝青用量的確定

以無側限抗壓強度作為泡沫瀝青混合料的配合比設計指標，采用前述級配，初擬了4個不同的泡沫瀝青含量，泡沫瀝青用量分別為1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，水泥用量采用0和1.5%，并通過振動壓實試驗確定了拌和用水量，采用規范要求的方法成型試件并養生，進行試件的抗壓強度試驗，以確定其最佳瀝青用量。試驗結果見表2-4所示。

從表2-4可以看出：

（1）隨著瀝青用量的增加，兩種配合比的泡沫瀝青混合料抗壓強度均表現出由大逐漸減小的趨勢，在瀝青用量1.5%時強度最大。分析原因，由于泡沫瀝青主要裹附于細集料表面，尤其是0.075mm以下顆粒表面，當瀝青用量少時，有少量水泥被瀝青裹附而填充與粗骨料之間，其余水泥將發生水化反應，提高泡沫瀝青的早期強度；當瀝青用量多時，將有部分水泥被瀝青裹附，使得發生水化反應的水泥減少，表現為泡沫瀝青混合料抗壓強度降低，柔性增加。

（2）對于泡沫瀝青穩定基層而言，在滿足抗壓性能的同時，需綜合經濟因素決定泡沫瀝青的用量，因此推薦瀝青用量在1.5%～2.0%之間。

3、混合料水穩性能的試驗研究

按照試驗規程T0709-2000方法以最佳油石比（2%）及最佳拌合用水量進行泡沫瀝青冷再生混合料試件成型，并按照規范進行養生后進行浸水馬歇爾殘留穩定度、凍融劈裂TSR，試驗結果如下表3-1及3-2所示。

綜合浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結果可以看出，添加水泥能夠明顯改善泡沫瀝青冷再生混合料水穩定性。

結論：

（1）選擇了不同溫度及用水量進行發泡試驗，通過發泡參數的比較，確定了中海70號瀝青的最佳發泡條件為瀝青發泡溫度選擇在160℃，發泡加水量為2.0%，噴射氣壓為5bar，水壓為6bar，此時，發泡瀝青的膨脹比為13.7，半衰期為11.8s。

（2）采用了振動壓實法進行配合比設計，提出了泡沫瀝青-水泥穩定舊料的最佳瀝青用量和最佳拌合用水量。

（3）在泡沫瀝青冷再生混合料中添加水泥能夠明顯改善其水穩定性，推薦摻量1.5～2.0%。

參考文獻：

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