乳化沥青冷再生技术_图文.doc

乳化沥青冷再生技术原理及其与泡沫再生的比较 自上世纪90年代以来,在长期高速增长的经济需求推动下,我国公路路网进入史无前例的大构建时期。至 2006 年底,我国公路通车总里程已经达到 348 万公里,高速公路更是从无到有达到4.54 万公里。在大建设还在持续的 同时,早期营建的道路或者是重载道路大量进入大中修期。大中修的主要对象是路面结构,传统的“挖除新铺”的大中修模式成本高、周期长、资源需求大、产生海量的路面“废料”难以处置,很快将难以为继。近几年来,各种路面再生技术在我国快速发展,厂拌、就地、热再生、冷再生(水泥、乳化沥青、泡沫的实体和试验工程频见报道,渐成规模。 相比于其他再生类型,乳化沥青冷再生具有裹覆型再生、柔性再生、大比 例再生的特点,特别适合于沥青面层旧料再生、以及冷再生材料用于路面偏上结构层的场合。本文从工作原理、性能特点、材料设计和实际案例的角度,发掘乳化沥青冷再生材料的应用潜力和技术要点。 1. 乳化沥青在冷再生料混合料中的工作原理 众所周知,沥青在常温状态下呈半固态,不具有施工工作性。冷再生技术 需要解决的首要问题是使胶结料在常温下具有工作性。乳化沥青采用机械结合化学的方法形成水包油的乳液系统来实现这个目的,沥青颗粒悬浮在水相介质中,整个乳液的流动性取决于水的流动性,胶结料的常温工作性借此实现。 图 1乳化沥青形成原理 乳化沥青加工过程中(如图1左,沥青与活性表面活性溶液(乳化剂皂液同时注入胶体磨,胶体磨转子部分相对于固定不动的定子部分高速旋转,定子和转子之间间隙很小,沥青在这个高速运动的狭小空间被迅速剪切成细小颗粒(3-10μm。沥青的表面积/表面能迅速增长,这样的状态是非常不稳定的,如无其他干预,很快重新团聚以获得更小表面积。如图2左,乳化剂是由 1 极性的亲水基团(如胺基和非极性的亲油基团(如烷基构成,在与沥青在胶体磨中高速混合过程中,乳化剂将迅速分散并聚集在沥青颗粒的表面(如图 1右,有效隔离水与沥青界面,同样达到降低表面能的目的。同时,亲水的 极性基团,通常带有同性电荷,同性电荷的排斥作用,有效维持了乳液的稳定性。通常情况下,冷再生用乳化沥青的沥青含量较高(建议大于62%,这样 的乳化体系,在不受污染和密闭的条件下,一般可以保持较长时间的稳定性。 图 2乳化剂结构 当乳化沥青与再生料拌合时,在合理时间范围内维持一定程度的乳液状态 是拌合和施工工作性的关键,这里主要涉及一个乳液的破乳过程。如图3左所示,再生料及新鲜石料表面通常为负电,而乳化沥青选用的乳化剂极性亲水基团的电荷通常与石料电荷相反,当乳化沥青与再生料及新鲜石料接触时,乳化剂会受石料表面的异性电荷吸引,脱离沥青颗粒向石料表面聚集。失去了乳化剂膜保护的沥青颗粒陆续团聚形成连续相,这就是破乳过程,乳化沥青的破乳过程就是乳化沥青冷再生料工作性丧失的过程,破乳过程的完成,也就是意味着混合料常温工作性的彻底丧失。如果在拌合过程中破乳过程过早完成,乳化沥青将无法实现充分的裹覆,而如果在施工过程的某个阶段就告结束的话,即使拌合实现了裹覆,也会在摊铺和压实过程中遇到严重问题。考虑到再生料和新石料的活性/电荷特性是不可预见的,而破乳进程还会受到日照、气温、风力等气候条件的显著影响,因此,乳化沥青配方必须进行项目级设计,或者在经验基础上建立覆盖面将广的典型配方。在沥青样品同样不可预得且不易改变的情况下,作为核心变量的乳化剂就显得尤为重要。如图2右所示,乳化剂是一个化学可控的变量,因为乳化剂的基团类型特别是基团组合形态是可变的,极性基团的相对大小、数量及其与非极性集团结合的位置,都会显著影响乳化沥青破乳过程。通常情况下,小的极性基团、较少的极性基团数量、较规则的位置,都会使得乳化沥青破乳进程加快,反之则相反。乳化沥青配方设计的核心,实际上是乳化剂类型的选择,复配和定量。 2 3 图 3乳化沥青混合料工作性和胶结原理 乳化沥青破乳进程的控制是乳化沥青冷再生工程实施成败的关键,但它不是唯一的乳化沥青再生路面形成的关键进程。如图3右所示,在破乳过程中,还有两个重要过程在同步进行:一是乳化剂极性基团与石料表面的化学结合,这一结合的强度要超过水的氢键与石料表面的结合(众所周知,热沥青与石料表面结合的强度是低于水与石料结合强度的,理论上,热拌沥青混合料中沥青与石料的界面迟早会被水取代;另一方面,极性基团已经与石料表面结合的乳化剂的亲油基团部分继续融入团聚后的沥青并将沥青拉近石料表面,而水被从界面位置排除。这两个过程,并称为凝聚过程。成功完成了凝聚过程的状态,可以被形象地看作沥青被乳化剂牢牢铆接在石料/旧料表面。再生路面施工完成,到具备临时通行条件,到摊铺面层,乃至更长的时间,都有可能是乳化沥青再生料的凝聚过程。凝聚过程并非越快越好,越是相对缓慢的凝聚过程,最后