水泥-乳化瀝青冷再生技術破乳時間評價方法研究

張軍仁（甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000）

水泥-乳化瀝青冷再生技術破乳時間評價方法研究

張軍仁（甘肅省張掖公路管理局，甘肅 張掖 734000）

現(xiàn)有的乳化瀝青破乳時間通過人為觀測來確定，會因個人及環(huán)境等條件的不同，致使破乳時間存在不準確性。本文在不同養(yǎng)護時間下，通過旋轉(zhuǎn)壓實方法成型多組馬歇爾平行試件，記錄不同養(yǎng)護條件下試件的壓實圈數(shù)、壓實高度及曲線變化，通過不同壓實圈數(shù)對應的壓實高速曲線，及不同養(yǎng)護時間下的15℃劈裂強度曲線拐點，確定冷再生技術的破乳時間。結(jié)果表明，與人為定性觀測4小時破乳相比，養(yǎng)護時間在5小時成型的試件，壓實高度遞減至最小，15℃劈裂強度遞增至最大，出現(xiàn)破乳時間拐點。因此，通過該種方法定量表征水泥-乳化瀝青冷再生技術破乳時間更精確。

冷再生技術；破乳時間；壓實曲線；評價方法

1 引 言

近年來，我國高速公路建設漸進飽和，高速公路建設全面進入養(yǎng)護維修階段，在路面養(yǎng)護維修過程中產(chǎn)生大量的路面舊料，采取合適的再生技術妥善應用回收瀝青混合料，對保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。因此，采用再生技術合理利用現(xiàn)有舊料將發(fā)揮巨大的經(jīng)濟效益和社會效益[1~2]。

宋哲玉[8]等根據(jù)乳化劑分子化學組成和結(jié)構(gòu)特點對陽離子乳化瀝青和陰離子乳化瀝青的破乳機理分別進行了研究和探討。結(jié)果表明，陽離子乳化劑和陰離子乳化劑分子組成和結(jié)構(gòu)的不同決定了陽離子乳化瀝青和陰離于乳化瀝青破乳機理的不同。李云良[9]等將CA砂漿中乳化瀝青的破乳過程分成了3個階段：水泥與乳化瀝青的接觸階段、動態(tài)平衡階段及加速破乳階段。當水泥含量較多時，水泥顆粒被瀝青包裹程度較小，水化速率較快，促進了乳化瀝青的破乳和聚集。NADIA P[10]等將水泥與乳化瀝青拌合后的體系固化過程分為兩個方面：乳化瀝青的破乳和水泥的水化，這兩個過程同時發(fā)生且相互影響。但現(xiàn)有的人為定性觀測乳化瀝青冷再生混合料破乳時間不夠嚴謹，存在不確定性。本文通過旋轉(zhuǎn)壓實方法成型多組馬歇爾平行試件，記錄不同養(yǎng)護條件下試件的壓實圈數(shù)、壓實高度及曲線變化，通過不同壓實圈數(shù)對應的壓實高速曲線，及不同養(yǎng)護時間下的15℃劈裂強度曲線拐點，確定冷再生技術的破乳時間。

2 材料與方法

2.1 原材料

2.1.1 銑刨料

采用蘭州公路總段樹屏料場銑刨料，為G6蘭海高速養(yǎng)護工程廢料，其篩分結(jié)果如表1、表2所示：

表1 銑刨料含水率及油石比

2.1.2 乳化瀝青

采用龍孚乳化劑LXF2105制備的乳化瀝青，乳化瀝青符合如下指標，如表3所示：

2.1.3 水泥

采用甘肅祁連山水泥有限公司生產(chǎn)的P·C32.5復合硅酸鹽水泥，指標如表4所示：

表2 銑刨料篩分

表3 乳化瀝青相關指標

表4 水泥相關指標

所用原材料如圖1所示。

圖1 水泥-乳化瀝青冷再生技術原材料

2.2 試驗方法及方案

將不同養(yǎng)護時間的松散混合料，成型為80mm等高試件，在25℃室溫條件下養(yǎng)生不同時間，然后按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）[11]標準試驗方法測其15℃劈裂強度，具體試驗流程如下：

首先確使冷再生混合料中所有水量之和保持在4.1%~4.3%之間，摻水量為定量。將13組拌合好的冷再生混合料放入密封容器中，分別放置0.5h，1h，1.5h，2h，2.5h，3h，3.5h，4h，5h，6h，7h，36h，48h 養(yǎng)護，來模擬車輛運輸過程。靜置完后，利用旋轉(zhuǎn)壓實成型儀，成型直徑為150mm馬歇爾試件，記錄4，5，6，8，10，100旋轉(zhuǎn)壓實圈數(shù)下試件高度的變化及不同養(yǎng)護時間成型試件的5℃劈裂強度變化。

3 試驗結(jié)果分析

按照定性觀測等級（表1），養(yǎng)護時間在4h時，拌合后混合料狀態(tài)出現(xiàn)由B向A轉(zhuǎn)變的跡象，定性評價4h為破乳時間，破乳現(xiàn)象如圖2所示：

圖2 4h養(yǎng)護時間的破乳現(xiàn)象

3.1 不同圈數(shù)下養(yǎng)護時間與壓實高度

圖3為不同圈數(shù)對應的養(yǎng)護時間與壓實高度的關系，不同圈數(shù)下的壓實高度隨養(yǎng)護時間的變化趨勢基本一致，且隨著養(yǎng)護時間的增加，壓實高度呈現(xiàn)先減后增的趨勢。這是由于乳化瀝青與集料拌和時，集料是潮濕的，即在集料表面已形成了吸附水膜，則在乳液與集料接觸時，乳液中水相和吸附水膜之間存在著乳化劑濃度差，乳化劑分子首先移動直至達到乳化劑濃度平衡。由于瀝青微珠界面膜上乳化劑分子向集料表面移動，也牽拉著瀝青微珠向集料表面靠近。瀝青微珠在向集料表面靠近過程中不斷產(chǎn)生形變，逐漸趨向薄膜狀，原來的平衡被打破，界面膜破裂，乳化劑分子重排，乳化劑分子親水基端向著集料表面方向插入水中，親油基端向著瀝青薄膜方向插入瀝青中。當養(yǎng)護時間在5h時，壓實高度出現(xiàn)最低點，此刻是由于瀝青微珠通過乳化劑分子到達集料表面，在眾多的乳化劑分子的“橋梁”作用和“牽拉”作用下，使得瀝青微珠與集料表面的結(jié)合力遠遠大于水與集料表面的結(jié)合力，于是在瀝青微珠通過橋梁到達集料表面與集料接觸的瞬間，將產(chǎn)生一個較大的擠壓力。這個擠壓力把集料表面吸附的水份擠出去，讓位于瀝青。被擠出的水份相互聚集，聚結(jié)成為連續(xù)水相。若干個瀝青微珠都產(chǎn)生這樣的作用，水份從微珠與微珠界面之間被擠出去。于是瀝青微珠間相互吸附、擴散、滲透，最后融合到一起，界面消失，集料表面被瀝青完全裹覆，形成一層薄膜。在薄膜完全形成之時，聚結(jié)的水相全部被擠出來處于瀝青薄膜之上，大氣之中，因此冷再生混合料難以繼續(xù)壓實；該結(jié)論與定性觀結(jié)果對比，在靜置5h后仍能繼續(xù)壓實，說明4h仍未破乳，故實際的破乳時間應為5h；而定性觀測破乳時間產(chǎn)生偏差的原因應在于，人為定性觀測導致的誤差，環(huán)境溫度、濕度產(chǎn)生的影響以及破乳“假象”（如圖2右圖所示）導致的誤判。

圖3 不同圈數(shù)下養(yǎng)護時間與壓實高度關系圖

3.2 養(yǎng)護時間與15℃劈裂強度

圖4為不同養(yǎng)護時間與15℃劈裂強度的關系?？梢?，當養(yǎng)護時間逐漸增加，劈裂強度呈現(xiàn)先增后減的趨勢。當養(yǎng)護時間在5h時，15℃劈裂強度為7.63MPa，達到峰值，此刻乳化瀝青冷再生混合料中水份被完全擠出，如果氣溫較高，濕度較小，而且有風時，水份就很快揮發(fā)，瀝青膜粘聚力與粘附力達到最大。與定性觀測破乳時間為4h時對比，此時15℃劈裂強度為6.96MPa，未達到劈裂強度最大值，說明4h時破乳過程仍未完成。

圖4 養(yǎng)護時間與15℃劈裂強度關系圖

在5h養(yǎng)護時間條件下，壓實高度遞減至最小，且15℃劈裂強度遞增至最大，綜合兩者曲線變化得知，5h為水泥-乳化瀝青冷再生技術真正的破乳時間，通過這種評價方法可以定量表征水泥-乳化瀝青冷再生混合料破乳時間。

4 結(jié) 語

定性觀測破乳時間時，會因個人及環(huán)境等條件的不同，致使破乳時間存在不準確性。當人為定性觀測破乳時間為4h時，通過與破乳前后的壓實高度和15℃劈裂強度綜合曲線對比，壓實高度遞減至最小，15℃劈裂強度遞增至最大，確定5h為水泥-乳化瀝青冷再生技術真正的破乳時間。由此可見，該評價方法對于定量表征水泥-乳化瀝青冷再生混合料破乳時間是可行的。

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Research on evaluation of the cold recycled cement - emulsi fi ed asphalt asphalt process demulsi fi cational time

The transportation and construction time of asphalt mixture are limited by demulsification speed of cement-emulsified asphalt cold recycled technology,and the roller compacted time is affected by the working time,too.The time of demulsification is identified by artificially qualitative observations at current time. It observed artificially and qualitatively is different due to the different people and different environment.False appearance of demulsification can lead to the appearance that the real demulsification time is determined difficultly. In the paper, many marshall specimens form in different curing time, and then observer quantitatively the vary of compaction laps, compaction height ,15℃ splitting strength.The results show that, compared with the 4 hours of artificial qualitative observation, the curing time of the specimens formed in the form of the curing time of 5 hours decreased to the minimum,and the splitting strength increased to the maximum at the temperature of 15 ℃,and the turning point of demulsification time appeared.Therefore,this evaluation method can be used to characterize quantitatively the time of demulsification of cement - emulsified asphalt cold recycled technology.

cold recycling technology；time of demulsification；compaction curve；evaluation methods

U414

B

1003-8965（2017）05-0066-03