泡沫沥青再生混凝土应用关键技术

摘要：目前沥青路面再生技术已经成为发达国家公路建设与维修养护的最常用技术，普及程度高，技术成熟。我国是从八十年代初开始旧沥青路面再生利用研究的，但由于公路建设重心的转移，养护工作得不到足够的重视，路面再生技术研究也处于停滞状态，而今大量沥青路面已经陆续进入了维修或改建期，开发适用于沥青路面的再生技术这一工作已成为公路工作者的议题。与发达国家相比，我国的沥青路面冷再生的应用，无论从再生利用方式、材料性能还是到实用施工技术的研究均处于摸索阶段，都还没有形成完整的设计方法、本文详细阐述了沥青发泡原理、发泡特性的评价指标和发泡指标影响因素，为解决泡沫沥青再生混凝土应用中发泡关键技术积累了新的技术资料。

关键词：泡沫沥；再生混凝土；应用

1沥青的发泡原理

在高温沥青中加入少量水，沥青就会产生微细的泡沫，从而使沥青膨胀。此时沥青的物理性质会暂时发生变化，其粘度显著降低，可以方便的与冷湿粒料拌和均匀，不必像乳化沥青那样要经过额外的乳化加工，也不必像热拌料那样加热至高温而消耗许多能源，使用方便且效益较高，这种状态下的沥青即称为泡沫沥青。泡沫沥青冷再生技术的关键就是要使沥青产生较好的发泡效果，从而才能更好的发挥其作用。当冷水滴（环境温度）与高温沥青（140℃以上）接触时，将发生以下连锁反应：热沥青与小水滴表面发生热量（能量）交换，使水滴加热至100℃，同时沥青冷却；沥青传递的热量超过了蒸汽潜热，导致体积膨胀，产生蒸汽。膨胀腔里的蒸汽泡在一定压力下压入沥青的连续相；随着溶有大量蒸汽泡的沥青从喷嘴喷出，压缩蒸汽膨胀使略微变凉的沥青形成薄膜状，并依靠薄膜的表面张力将气泡完全裹附；在膨胀过程中，沥青膜产生的表面张力抵抗蒸汽压力直到一种平衡，由于沥青与水的低导热性，这种平衡一般能够维持数秒时间；发泡过程中产生的大量气泡以一种亚稳定态的形式存在，泡沫容易破灭。泡沫具有近乎稳定的蜂窝状结构的气室，气室两边的膜即为泡沫液膜。在三个或多个气泡聚集的地方，液膜被弯曲，并凹向气室的一方，形成普来特边界。由于在普来特交界处有较大的曲率半径，根据拉普拉斯方程，在气相与液相之间就会产生压力差，它随液体表面张力增加而增大，随气泡曲率半径增大而减小，因此在普来特交界处的液压要比附近曲率小的地方小，就使得液体由小曲率处向普来特交界处流动，这种排液作用会使液膜逐渐变薄，当液膜达到临界厚度时（5～10nm），膜就会破灭。

2沥青发泡特性的评价指标

为了衡量沥青的发泡效果，目前主要用膨胀率（发泡体积倍数）和半衰期两个指标加以评价。膨胀率是指在沥青发泡状态下测量的最大体积与未发泡状态下的体积之比。由于沥青在喷射过程中先前喷出的泡沫沥青体积已经开始衰减，因此测量的最大发泡体积要小于实际的最大值。为了使泡沫沥青与集料充分接触，形成良好的裹附作用，膨胀率越大，拌制的泡沫沥青混合料质量越好。半衰期是指泡沫沥青最大体积缩小到该体积一半时所用的时间。该指标实际上描述了沥青泡沫的稳定性，半衰期越长，说明泡沫越不容易衰减，可以与集料有较长时间的接触与拌和，以提高泡沫沥青混合料的质量。

3发泡指标影响因素

(1)泡沫沥青的膨胀率和半衰期的影响因素有：（1）沥青类型.虽然能够满足最低发泡要求的较硬沥青已经在过去成功应用，但是通常会使用针入度在 80-150（单位为0.1）的沥青用于发泡。使用较硬的沥青会产生较差质量的泡沫，从而导致沥青分散效果变差，因此考虑实际应用的原因，通常应避免使用。 (2)添加剂.市场上有许多产品会影响沥青的发泡性能，包括消极的（消泡剂）和积极的（发泡剂）。含有消泡剂（通常在炼制过程中）的沥青，通常需要使用发泡剂辅助发泡。多数的发泡剂在沥青加热至使用温度之前加入，他们往往对热量较为敏感，这意味着发泡剂的作用期往往很短。（3）沥青的温度.沥青的粘度与其温度成反比关系。当温度增加时，粘度减小。理论上，较低的粘度，在发泡过程中当水改变状态时就会形成较大的泡沫。既然这个过程需要从沥青吸收热量，因此要获得满意的发泡效果，沥青发泡前的温度应超过140℃。(4)加水量。增加发泡水用量可以有效增加产生泡沫的体积。因此，增加发泡用水量可以增加泡沫的大小，使得膨胀率增大。然而单个泡沫体积的增大减小了周围沥青薄膜的厚度，使得泡沫不稳定从而导致半衰期的减小。因此，膨胀率和半衰期与发泡用水量呈相反关系，见图1。实验室测试沥青发泡特性时主要是通过改变发泡温度和用水量，来研究膨胀率和半衰期的变化关系，以期找到最佳的发泡效果，并在这种状态下拌制泡沫沥青混合料。而通常情况下膨胀率和半衰期两者不可能都达到最优，如图1所示。一般认为最好的发泡性能是出现在膨胀率和稳定性都较好之时。目前对发泡性能尚无明确的数值标准，无论取高膨胀比还是较长的半衰期，均不如二者都合适时效果好。

图1 一定温度下沥青发泡特性曲线

4结语

在同一温度下，膨胀率随着用水量的增加而增加，半衰期则随着用水量的增加而减小。当发泡用水量小于2%时，膨胀率增大较快，同时半衰期降低也较快。当发泡用水量继续增加后，半衰期降低幅度明显减小，发泡用水量对沥青发泡特性的影响比较显著。沥青发泡过程是一个比较复杂的过程，温度高虽然有利于沥青产生泡沫，但产生的泡沫直径较大，这将使沥青表观粘度降低，从而使得沥青薄膜的弹性降低，更不利于泡沫本身的稳定，从而导致半衰期减小。因此评价沥青发泡效果时，膨胀率和半衰期是两个密不可分的指标，最好的发泡效果应使两个值均比较大，而不能单独采用一个指标来控制，其控制指标为发泡沥青的膨胀率宜大于10倍，半衰期不低于10s。

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作者简介：唐世桦（1984.2--），男，助理工程师，本科，主要从事铁路公路工程施工。

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