乳化瀝青冷再生技術分類及強度機理分析

劉　爭（貴州貴安建設投資有限公司，貴州貴陽550025）

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乳化瀝青冷再生技術分類及強度機理分析

劉爭（貴州貴安建設投資有限公司，貴州貴陽550025）

為節(jié)省瀝青路面的維修和養(yǎng)護費用，本文參考國內(nèi)外廢舊瀝青再生利用方法，對瀝青路面再生技術進行分類，提出了再生技術的適用性，并分析了乳化瀝青冷再生混合料強度形成機理，提出了乳化瀝青再生混合料強度的影響因素，對乳化瀝青冷再生技術的推廣具有積極的作用。

乳化瀝青；冷再生；強度

瀝青路面近年來普遍應用我國各個區(qū)域，已經(jīng)成為我國公路路面的主要形式。但在通車使用一段時間之后，受人為與自然災害的損害，通常會陸續(xù)出現(xiàn)各種損壞、變形及其它缺陷等路面病害。因此，國家每年往往會投入高額的經(jīng)費用于對路面維護工作。此外，還存在著多余的瀝青混合料被作為填料或直接丟棄的情況，不僅浪費了資源，也嚴重破壞了環(huán)境。

再生瀝青路面（RAP），簡單來說就是通過對公路路面廢舊材料的循環(huán)使用，以實現(xiàn)綠色環(huán)保、資源節(jié)約、路面資金縮減的目標。1915年，美國率先進行對廢舊瀝青路面材料的再生技術的探索試驗，截至目前美國已經(jīng)制定了相應的規(guī)范［1～2］。由于種種原因，此后相當長的時間里，這項技術一直沒有引起很大的關注。時隔60年后，美國才又開始對廢舊瀝青材料再生技術重新進行研究，并由于如路面銑刨車與間歇式拌等重要公路機械設備的出現(xiàn)，瀝青路面再生技術受到了人們廣泛的關注。20世紀中后期，國際上如中國、前蘇聯(lián)、日本德國等各個國家，也陸續(xù)對瀝青路面再生技術開展了不同規(guī)模的探索與推廣應用。近年來，國內(nèi)開始進行乳化瀝青冷拌再生技術研究［3］，但此技術至今尚未成熟，研究乳化瀝青冷拌再生技術具有重要的工程實際意義。

1　瀝青路面再生技術類型

瀝青路面再生技術具體是指利用專業(yè)的再生機械設備，經(jīng)過翻挖、回收、破裂等一系列手段，將舊瀝青路面與新集料（如果需要）、瀝青以及再生劑等依照正確的比例進行攪拌混和，在確保其具備足夠的路用性能的前提下，在路面重新鋪筑的完整工藝。

瀝青路面按不同的拌合地點可分為場拌冷和現(xiàn)場冷再生兩種類型，其中場（廠）拌冷再生技術是將舊瀝青路面銑刨后運送至混合料拌和場（廠），而現(xiàn)場冷再生則是通過再生劑對舊路面瀝青材料進行相關處理，在進行處理時往往不包括舊路面材料的相關運輸工作，這和場（廠）拌冷再生技術有著顯著的差異?，F(xiàn)場冷再生工序如下：舊路面銑刨、瀝青混凝土RAP的粒徑回收分類、再生劑的摻入、再生料的鋪筑與碾壓。現(xiàn)場冷再生具有以下優(yōu)勢［4］：①促進路面的性能結(jié)構(gòu)的升級完善；②維修治理常見的路面病害；③減少反射裂縫；④路面車輛行駛質(zhì)量的提升；⑤運輸資金投入的減少；⑥提升生產(chǎn)效率；⑦控制工程造價；⑧資源能源的節(jié)約。

場（廠）拌冷再生方法具體是將再生劑與RAP相結(jié)合再生后，形成底面層混合料的一項技術手段。場（廠）拌冷再生方法能夠利用不同乳化瀝青及冷再生劑，恢復舊瀝青的原有性能。廠拌冷再生技術具有以下優(yōu)勢：①維修治理常見的路面病害；②減少反射裂縫；③路面幾何特性的保持；④路面車輛行駛質(zhì)量的提升；⑤節(jié)約能源能源；⑥保護環(huán)境；⑦舊路工程拓寬。

2　瀝青路面再生技術適用性

相較于以往的瀝青路面維護手段，瀝青路面再生技術有著極大的優(yōu)勢。路面再生技術各具特色，應當在對路面的實際狀況以及工程條件進行實地考核的基礎上，選擇最為恰當?shù)脑偕桨讣熬唧w實施措施。依據(jù)路面實地勘察與病害情況分析。ARRA的推再生技術推薦為路面再生方式的原則給予有效的指導，如表1所示［5］。

表1　路面再生技術推薦（ARRA）

3　乳化瀝青冷再生混合料強度形成原理

瀝青路面冷再生的原理，即流變逆轉(zhuǎn)原理。從化學角度分析，瀝青路面冷再生原理就是老化的逆過程。即使老化瀝青中的各組分重新協(xié)調(diào)，恢復瀝青的原有性能。瀝青混合料的再生過程，實際上就是通過添加各種再生劑（穩(wěn)定劑）來改善已老化舊瀝青混合料的粘稠性，提高瀝青薄膜的粘結(jié)力，使其路用性能恢復的過程。

3.1乳化瀝青冷再生混合料強度形成機理

乳化瀝青冷再生混合料是以乳化瀝青作為穩(wěn)定劑，添加少量的水泥等以改善其力學性能。拌制時先將集料在最佳用水量下拌合，使其表面濕潤。然后，在常溫下加入乳化瀝青并拌合均勻，在適當?shù)耐饨绛h(huán)境下，乳化瀝青開始破乳。同時，一些科研工作者通過研究認為在RAP表面一定厚度范圍內(nèi)，乳化瀝青對舊瀝青還具有化學軟化作用，使其恢復部分性能，從而使乳化瀝青與被再生的舊瀝青共同形成能夠完全包裹RAP顆粒的有效瀝青薄膜。這種有效瀝青薄膜具有一定的粘結(jié)力，它是形成乳化瀝青冷再生混合料強度的重要因素［6］。

乳化瀝青再生混合料強度構(gòu)成因素主要是材料的內(nèi)聚力和內(nèi)摩阻力。混合料抗剪強度可以應用摩爾-庫侖包絡線方程求得，如式（1）所示［7］。

式中：τ——抗剪強度（MPa）；

c——粘結(jié)力（MPa）；

φ——內(nèi)摩擦角（rad）；

σ——正應力（MPa）。

只有通過集料和乳液粘附、分解，以及破乳、水分蒸發(fā)等過程后，乳化瀝青混合材料才會具備滿足所需的粘結(jié)功效，并利用壓實性能，將二者進行密實的粘結(jié)，從而達到適宜的強度。

3.2水泥-乳化瀝青再生混合料強度形成機理

水泥-乳化瀝青再生混合料也需要水分蒸發(fā)、集料和乳液粘附與分解的時間段，如果想要達到適宜的強度，則需經(jīng)過比熱瀝青成型更長的一段時間。摻入水泥后成型時間將會大大減少，特別是體現(xiàn)在強度早期成型的時候。乳化瀝青再生混合料受水泥影響的因素具體體現(xiàn)在下述兩個層面［8］：

（1）水泥在汲取乳液與混合料中的水分后，形成水化現(xiàn)象，并形成水化熱現(xiàn)象，使得乳化瀝青混合材料破乳與強度成型時間有效提升。乳化瀝青破乳和水泥水化反應可在同一時間段進行，所以瀝青膜與水化物才能夠互相交叉作用，又能互相獨立，空間立體網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)大多在礦料的附近分布，將礦料進行密切結(jié)合。如圖1～2所示，為水泥乳化瀝青及乳化瀝青的具體微觀結(jié)構(gòu)圖。

圖1　乳化瀝青再生混合料微觀結(jié)構(gòu)圖

圖2　水泥-乳化瀝青再生混合料微觀結(jié)構(gòu)圖

（2）另外一些水泥因為水分不滿足條件，不能發(fā)生水化現(xiàn)象。瀝青及水泥分子相互作用，產(chǎn)生力學結(jié)構(gòu)膜，從而幫助集料與瀝青材料的粘附性有效提升。

3.3影響乳化瀝青再生混合料強度的因素

乳化瀝青再生混合料性能主要分為使用和施工兩類。其中使用性能具體體現(xiàn)在公路路面受鋪筑壓實后的變形和密實性。而施工特性也可以對冷拌瀝青混合料在攪拌混合、鋪筑、壓實等過程中存在的脫附、結(jié)硬以及離析等等狀況進行更為整體、全方位的體現(xiàn)，乳化瀝青再生混合料主要受這么幾個方面影響：①養(yǎng)生條件；②拌和總用水量；③瀝青用量；④水泥用量；⑤乳化瀝青；⑥集料級配。

以上總結(jié)有助于正確選擇乳化瀝青再生料的組成材料，并根據(jù)施工條件、環(huán)境條件，采用合適的施工工藝來保證再生路面的施工質(zhì)量。

4　總結(jié)

對于乳化瀝青再生技術的選擇，需調(diào)查原路面的損壞狀況及相關配套工程條件，從而確定合理的再生方法和實施方案。由于舊瀝青混合料主要用作基層材料，只要具有一定的強度、剛度、水穩(wěn)性就能滿足規(guī)范要求，因此冷再生往往不涉及到舊瀝青材料本身性能的恢復。對于乳化瀝青冷再生混合料強度形成期間，應嚴格控制影響強度的因素。

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［3］李昭陽，湯潔，孫平安，等.長春市城市道路交通CO污染的空間分布模擬研究［J］.環(huán)境科學研究，2005，18（1）：78～82.

［4］J.A.Epps.Cold Recycled Bituminous Concrete using Bituminous Materials［J］.NCHRP Synthesis of Highway Practice 160，TRB.Washington，DC，1990.

［5］K.Wayne Lee，Todd E.Brayton，Jason Harrington.Performance-Related Tests and Specification for Cold In-Place Recycling：Lab and Field Experience［M］.TRB2003 Annual Meeting CD-ROM.

［6］權登州.乳化瀝青冷再生混合料技術性能研究［D］.長安大學，2009.

［7］趙方青，陳杰儀.淺談泡沫瀝青冷再生混合料技術［J］.建筑機械，2010（2）：4～6.

［8］江海波.瀝青路面再生技術研究與報告［J］.2008：31～35.

劉 爭（1976-），男，高級工程師，主要從事公路及城市建設、設計、監(jiān)理及咨詢管理工作。

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