泡沫瀝青發泡機理及冷再生技術機理研究

易文豪

(重慶交通大學材料科學與工程學院 重慶 400074)

隨著國內外理論研究內容的逐漸深入、實體工程應用的大范圍展開，以及各地區規范性標準的陸續頒布和持續完善，標志著公路瀝青路面再生技術日益成熟。

在各種公路瀝青路面再生方式中，泡沫瀝青冷再生技術具有結構層強度增長相對較快，施工過程污染小、節能環保的特點，具有相對獨特的優勢，已成為國內瀝青路面維修養護的一種重要的方式[1]。

一、泡沫瀝青發泡機理

瀝青的發泡是由熱瀝青、水和壓縮空氣在膨脹室完成，見圖1。發泡室頂部是高溫瀝青入口，兩側設置有空氣和水的入口，高溫液態瀝青在泵送管道中循環流動，而水和空氣是由氣壓噴入發泡腔。當下達發泡指令后，噴嘴和水、氣閥門將同時開啟，高溫瀝青(140℃以上)、水和空氣在膨脹室內發生水的蒸發汽化和各相的裹附混合。

圖1 發泡裝置示意圖

膨脹室內的三種物質將短時間完成相互作用過程：高壓水流會在壓縮空氣的沖擊作用下發生霧化，并瞬間在高溫瀝青中分散成大量均勻的微小水滴。由于存在較大溫度差，熱瀝青與冷水滴之間會發生熱量交換，瀝青傳遞的熱量足夠水滴蒸發變成水蒸氣，瀝青因包裹汽泡而發生膨脹。在壓縮氣體的作用下，膨脹室里的蒸汽進入瀝青中形成大量的蒸汽泡，最后隨著瀝青從發泡噴嘴噴出。由于溫度的作用，瀝青內蒸汽泡開始膨脹，使瀝青和蒸汽之間逐漸形成薄膜。瀝青薄膜的表面張力可將氣泡完全包裹。

瀝青和水汽之間形成的界面膜的表面張力與氣泡內部的壓力在瀝青發泡過程中相互作用，使宏觀的泡沫瀝青發生體積變化。瀝青和水汽形成的泡沫狀物質在噴出發泡腔后，由于瀝青水汽泡的破裂和泡沫狀物質熱量流失，溫度降低，瀝青泡沫逐漸消失。泡沫狀瀝青存在的時間比較短，一般能達到數秒。這種噴出的泡沫狀混合物質，即為宏觀的泡沫瀝青。

二、泡沫瀝青冷再生技術機理

瀝青混合料的冷再生過程,實際上是通過添加再生結合料來改善舊瀝青混合料的粘稠性,使己老化瀝青薄膜和集料表面均附著上具有粘結性的新材料，經過物理化學變化過程，從而實現路用性能的恢復。

在混合料的拌合過程中，泡沫瀝青膜將迅速地破裂，破裂后的泡沫瀝青在水的潤濕和裹附作用下，表現得粘性降低，能夠均勻地分散于混合料中，經過一定的養生期，混合料內部的水分因蒸發以及水泥的水化反應而不斷地散失，泡沫瀝青待水分消散后，在舊瀝青混合料和新礦料之間起“點焊”般(見圖2)的粘結作用。

圖2 點焊般的泡沫瀝青

由于泡沫瀝青冷再生混合料中并沒有形成完整連續的瀝青膜裹覆在集料表面，且再生材料的水敏感性較強，因此需向其中摻加少量水泥，以提高混合料的水穩定性。

在整個泡沫瀝青冷再生的過程中，泡沫瀝青和水泥作為再生結合料，在回收料和新礦料之間發揮著關鍵的粘結和填充作用，從而獲得具有一定強度的冷再生混合料。

三、結論

(1)泡沫瀝青是利用專門的機械設備將瀝青進行物理發泡而獲得的一種泡沫態的瀝青類混合物，其泡沫狀態下的整體包含瀝青、水和空氣。

(2)泡沫瀝青內包裹一部分水，其與RAP料和礦料等完成拌合后，可均勻地分散在混合料中，待內部水分蒸發后而發揮其粘結作用。

(3)破裂后的泡沫瀝青在舊瀝青混合料和新礦料之間主要起“點焊”般的粘結作用。